神经元信息传递机制的研究,是脑科学领域内的重要研究课题之一,是人类对大脑的认知过程的重要环节,并且对于治疗脑神经疾病也具有极其重要的意义。近年来,关于神经信号传递机制的相关研究引起了相关领域研究学者的广泛关注。神经信号的传递机制研究尤以研究神经元的电信号为主,因此神经电信号的采集成为了重点研究问题之一,针对这一问题,本文提出并研发一套基于微电极阵列(Microelectrode Array,MEA)的生物传感器系统,并应用于离体脑切片的神经电信号采集与研究,实现了神经电信号的采集与刺激功能,在离体脑切片的应用上实现了神经信号的采集,并成功在予以刺激的同时采集到了响应信号,为研究大脑神经元的信息传递机制提供了一种高效准确的研究工具。整个传感器系统按功能分为两个大的部分,神经电信号采集与刺激两大部分,以电信号采集为主要设计核心,分为微电极阵列采集单元、电信号调理单元、多通道控制单元和专用数据处理软件单元四个主要系统单元。依据传感器系统的整体设计框图分别实现各个系统单元,首先是微电极阵列采集单元的实现,选定微电极阵列的类型,并设计了专用的接口板;其次是信号调理单元的设计、仿真与实现,其中包括三级运算放大,有源低通滤波和工频陷波三个模块,这三个模块是信号采集的核心;然后是多通道采集单元的设计与实现,多通道采集的实现是借助数据采集卡来控制一对32:1的多路复用选择器实现的,本文还创造性地加入了时分复用技术,成功利用16个模拟通道采集了32路信号;最后的专用数据软件采用微软基础类库(Microsoft Foundation Classes,MFC)来实现,利用MFC编程快捷方便和兼容性强的特点,高效实现了数据的采集、实时显示与存储等一系列功能。在生物验证实验中,进行了大鼠脑切片的制备与培养,为保持脑切片的生理活性,还专门设计了灌流和换气系统以及以显微镜为主的实时观测系统,最终形成了一套完备的生物传感器系统实验平台。为了证明脑切片的生理活性,通过对分组培养的脑切片进行染色实验来鉴定各组脑切片神经细胞的活性,结果显示本实验对于脑切片的制备与培养能够保持其生理活性,并进行电生理实验。采集脑切片上的神经电信号,并分析其放电规律;对脑切片进行电刺激,并采集刺激过程中脑切片的神经元放电响应,与刺激信号进行对比,分析其规律。实验结果表明,本文所设计的传感器系统具有可行性与应用性,可用于脑神经电信号的数据采集与分析。