大脑中的神经元电活动控制着从肌肉运动的常规调节到记忆、推理等复杂的智能运算,这些电活动是神经系统信息传递的主要活动表征。因此,如何精确记录神经系统的电活动是神经科学发展的重要方向。硬膜下电极(Subdural Electrode)已在记录神经电信号等神经科学研究方面中得到了广泛的应用,通过硬膜下记录皮层脑电信号(Electrocorticography,ECoG)可以实现手势信息的解码以及控制手指等精密动作以及癫痫病灶定位等,具有非常好的临床应用前景。但是目前临床广泛应用的硬膜下电极都是以铂铱合金为导电材料,与神经组织存在着极大的机械不匹配性,导致脑部损伤和电极的功能丧失而无法实现安全的长期埋植。因此,临床中迫切需要解决长期埋植电极的生物兼容性问题。目前有两种解决方向:第一种是改进电极的金属部分,做薄做小;另外一种是选用新型材料代替金属进行导电,例如石墨烯和聚合物,但是这两种材料的弹性模量都远大于脑组织而导致生物兼容性问题。这两种改进方法,电极导电部分的弹性模量和神经组织仍差距较大,距离临床长期埋置有很长的距离。因此,本文提出以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)为基础,新型 PVA(Polyvinyl alcohol,聚乙烯醇)-ACSF(Artificial cerebrospinal fluid,人工脑脊液)水凝胶材料为离子导体,制造了一种完全柔软且具有贴合性的硬膜下电极。为了模拟大脑组织的化学特性,我们使用了 ACSF作为水凝胶的溶剂,提供了自由移动的离子使水凝胶具有导电性。我们先前的研究证明,基于离子水凝胶的穿透电极可以在大脑中记录高信噪比的电生理信号,而且,富含水和离子的水凝胶具有独特的类似于生物组织的机械和化学性质,从而表现出优异的生物相容性并极大地减轻了神经炎症反应和脑组织破坏。我们用这种新型水凝胶电极记录了麻醉状态下猫脑皮层的电生理信号。与传统的临床硬脑膜下电极相比,它引起更少的神经胶质增生和脑血管破坏,具有更好的生物兼容性,更适合长期埋植。此外,该电极由于其柔软性,与大脑皮层紧密贴合,可随着脑搏动的节律变化,进一步避免由于电极与脑表面摩擦而造成的脑损伤;同时其透明性也适合结合其他光学成像技术手段,我们验证了在记录电生理信号的同时实现了高横向分辨率的脑皮层多光子成像;而且由于没有金属成分且水凝胶成分与脑组织的相似性,更适合于核磁共振成像(MRI)相结合的信号检测。凝胶电极的这些多种特性,为临床应用提供了多种成像技术结合的可能,为临床的神经疾病诊断与治疗提供了新的工具。