神经电刺激和记录装置正在被广泛地应用在诸多领域,如脑机接口和神经假体等。通过它们的研究能帮助人们更加深入地理解神经系统,并且能够使有神经系统缺陷的患者恢复一定的运动或感知能力。植入式神经装置的快速发展需要有更加先进的电极制备技术来保证电极在长期植入过程中的可靠性,这是本世纪面临的一个重大的科学挑战之一。然而,目前有两个问题严重阻碍着植入式神经装置的临床应用：一个是神经电极的电化学性能；另一个是由于组织反应造成的电极性能的下降。本文的主要工作是发展具有较好电化学性能和生物相容性的神经电极以及电极／神经界面。主要研究内容如下：1、采用有效、可靠的电化学方法,在Na2HPO4溶液中通过不对称脉冲对铱电极进行氧化,制备了活化氧化铱电极(AIROF)。这种活化氧化铱电极具有非常高的安全电荷注入密度(Qinj,～4.1 mC／cm2),以及非常优异的机械和电化学稳定性。并且电极(d=100μm)在1 kHz时的阻抗相比活化前降低了～92%。因此,这种活化氧化铱电极非常适合在神经电刺激和记录装置中使用。然而,由于金属铱非常坚硬,并且延展性差,不宜加工成型,难以实线电极的阵列化,因此在铱基体上活化氧化铱不是一种非常理想的方法。另一种更加简单、可行的方法是电化学沉积法。这种电沉积的氧化铱电极(EIROF)具有较高的安全电荷注入密度(～2.6 mC／cm2),以及较好的机械和电化学稳定性。并且电极(d=100μm)在1 kHz时的阻抗相比于电沉积前降低了～92%。此外,电极在非常宽的pH范围(1～13)内具有较好的超能斯特响应。这种电沉积技术可以和薄膜技术以及微机电系统(MEMS)联用,有利于神经电极的微型化发展。2.发展新的电极材料和电极修饰技术对于提高植入式神经装置性能的长期稳定是十分重要的。为此,我们研究了采用电化学方法共沉积聚吡咯和单壁碳纳米管(PPy／SWCNT)来增强电极／神经界面的方法。这种PPy／SWCNT复合电极的安全电荷注入密度达到了～7.5 mC／cm2,并且在1 kHz时具有非常低的界面阻抗以及很好的稳定性。通过大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤(PC12细胞)的钙黄绿素染色和扫描电子显微镜(SEM)观察,发现了细胞在PPy／SWCNT复合材料上具有较好的贴附和突触分化、生长。此外,本文还通过六周的植入实验研究了材料在大鼠大脑的免疫组化情况。结果发现,相对于铂植入体(n=8)来说,在修饰了PPy／SWCNT后的植入体(n=11)周围100μm的范围内,组织的胶质纤维酸性蛋白(Glial Fibrillary Acidic Protein, GFAP)表达要明显较轻,而神经元特异性核蛋白(Neuronal Nuclei, NeuN)要明显较强,且均有显著性差异(P<0.05)。这说明了这种PPy/SWCNT非常适合作为长期植入的高电荷注入密度的神经电极材料。更重要的是,这种方法可以和其他的修饰技术联用,构建更加理想的电极／神经界面。3.阻碍神经装置应用的一个重大难题是长期植入后由于生物相容性不佳而引起的装置性能的衰退。本文研究了采用水凝胶涂层来对神经电极进行修饰,从而改善电极／神经界面的方法。我们根据需要合成了聚乙烯醇／聚丙烯酸(PVA／PAA)、聚氨酯(PU)和聚乙烯醇／聚氨酯(PVA／PU)几类水凝胶材料,通过等离子体处理技术将它们分别修饰在基于聚甲氧基硅氧烷(PDMS)的神经电极表面。对比修饰前后的氧化铱电极,电化学交流阻抗(EIS)和最大安全电荷注入密度的变化非常小。材料表面的非特异蛋白吸附量相对于PDMS来说下降了85%～92%。并且在神经生长因子(NGF)的作用下,材料上PC12细胞的生长和分化情况要明显优于PDMS。此外,经过六周的植入实验发现,相对于PDMS植入体来说,采用水凝胶修饰的植入体周围的GFAP表达更轻,NeuN表达更强,并且这一结果在植入体周围很大的范围内都具有统计学差异(P<0.05)。这些都说明了采用水凝胶修饰是一种简单、有效的改善电极／神经界面的方法。