神经信号是一种大脑在生理活动时会产生的蕴含大量信息的生理信号。获取神经信号并分析其中的信息,可以帮助探索生命活动、辅助临床诊断、进行疾病监测等。神经探针是一种连接大脑与外部设备的接口。性能良好的神经探针可以在引起尽可能小的损伤的情况下,记录下脑电信号并将其传输到外部设备进行处理。神经探针作为多种脑电极中,植入位置最深、获取信号质量最高的一种,具有非常广阔的应用前景。对于神经探针进行多功能的集成,也是近年来的研究热点。这种设计思路使得神经探针不仅仅可以作为采集、传递信号的记录电极,也可以在同一时间发挥更多的有利作用。近年来,在采集信号的同时进行脑内化学物质检测的相关研究正在逐渐增多,一些常见化合物如多巴胺、腺苷、谷氨酸的检测均得到了充分的研究,而对于乳酸的关注则相对较少。脑脊液乳酸水平是被广泛用于疾病诊断与治疗中的关键参数,也用于评估患者健康状况以及在手术、创伤等过程中的持续监测。因此,研究如何在神经探针中进行脑脊液乳酸检测的功能集成也非常具有实际意义。传统的乳酸测量方法往往需要繁琐的预处理、昂贵的设备和专业的操作人员,而电化学生物传感器是非常有效的替代方案。其中,基于酶的生物传感器,具有操作简单、制造成本低、选择性高和适用于实时检测等优势,非常适用于与神经探针集成以进行脑内的乳酸测量。基于以上考虑,本文提出了一种柔性神经探针与一种可与之相结合的脑脊液乳酸检测技术。这种设计综合运用了神经生物原理、微纳加工技术、电化学修饰技术,旨在研制一种高性能植入式的兼具神经信号采集与实时在体乳酸水平检测的检测电极,从而为神经科学的探索与研究提供新的工具和方法。具体的研究内容如下:1.设计了小尺寸、高生物相容性、便于植入的柔性神经探针。该柔性神经探针为双面设计,一面为6通道的记录电极,可以进行多位点的信号采集;另一面为单通道的乳酸检测电极,其乳酸检测功能将通过电化学修饰得以完成。两种电极均以柔性材料聚酰亚胺作为衬底与封装层,以金属银作为导电层,同时在裸露的电极触点位置沉积化学性质稳定的金膜,在材料的选择上充分体现了生物相容性,金膜的选择也为后续进行修饰提供了良好的基底,便于进行乳酸检测功能的集成。在结构设计上,该神经探针外轮廓光滑,前窄后宽,同时头部设有引导孔,十分便于植入,也有利于减轻植入损伤。2.探索完成了稳定的神经探针制备流程,并对于制备完成的神经探针进行了性能测试。该工艺流程基于实验室的微纳加工平台,具有高可重复性,制备出的神经探针形态完整、线条清晰。经过电化学阻抗测试,显示该神经探针在1k Hz下的交流阻抗约为240.6kΩ,符合探针式神经电极的要求。3.设计了可与柔性神经探针相结合的乳酸检测修饰方案。该方案可以修饰在金基底的电极上,通过乳酸氧化酶与乳酸的特异性反应,检测其反应得到的电流,从而进行乳酸水平的检测。为了提高其性能,该方案采用了普鲁士蓝、壳聚糖、碳纳米管与Nafion材料以帮助排除干扰物与更好的固定乳酸氧化酶。最终在金基底的FPC电极上修饰该方案得到的乳酸检测传感器的灵敏度为2.33μA·m M-1·cm-2,并具备一定的稳定性与抗干扰性。