神经接口一方面通过记录电极采集神经信息以解码控制外部设备或解析认知心理及行为的内在原理,另一方面通过刺激电极将编码信息回传至神经系统形成传感反馈或对神经元活动实现调控。神经接口的应用可为多种大脑疾病的检测和治疗提供新手段,为部分脊髓损伤致下肢瘫痪的患者带来重新站立行走的希望,以提高患者生活质量,具有十分重大的社会意义。神经电极作为神经接口中电子系统与生物组织直接接触的最前端,需要具有良好的生物兼容性及机械柔性,以适应在生物组织环境中的长期工作需求。此外,电场电流作为调控神经系统的重要手段,针对不同类型的神经系统、不同侵入程度及诸如动物实验和体外细胞培养实验等不同实验模型,需采用不同的研究手段对其效果进行评估。本文主要针对神经接口研究领域涉及到的柔性微电极制造及针对不同类型神经系统的电场调控开展,首先针对大鼠动物实验及大鼠背根神经节体外培养实验,设计了用于外周神经电刺激及体外牵拉培养神经元信号采集的柔性电极,探究了侵入式及接触式电场调控产生的效应。同时以人体为研究对象,通过建立数值模型,对非侵入式脊髓神经系统及大脑神经系统的电场调控的各类影响因素进行了系统地仿真分析,为实验具体实施中电极的选择和使用、刺激参数的设置提供了重要参考和建议。本文首先基于柔性材料SU-8设计了神经微电极阵列的微电子加工流程,加工制作了24通道微电极阵列,并搭建了测试平台对该电极的性能进行了系统的体外测试和分析。该电极前端与生物组织接触的部分带有特殊设计的支架结构,电极尺寸和外形设计面向了基于轴突牵拉神经元的电信号传导测试的应用。同时,基于目前成熟的柔性电路版印刷技术,本文还设计了聚酰亚胺基底的柔性电极,并对交付公司加工返回的电极进行了测试。在外周神经电场调控方面,本文以大鼠为实验对象,利用聚酰亚胺柔性电极设计了坐骨神经电刺激的实验,通过采集刺激前后大鼠大脑颅骨脑电信号,分析刺激对全脑脑电的影响,探究通过外周神经电刺激调控大脑活动的可行性,为降低大脑调控的侵入性提供新的思路和方案。此外,对于体外牵拉培养的背根神经节,本文采用为之定做的SU-8及聚酰亚胺基底柔性电极阵列,一方面作为牵拉膜和底膜支撑着神经元的粘附生长,另一方面为电场的注入和神经电生理信号的采集提供条件。通过测试表面修饰前后电极的电学性能,及轴突牵拉神经元电信号采集实验后电极性能的测试实验,评估了所涉及电极及所搭建平台的可靠性。在脊髓神经系统电场调控方面,本文基于电场及生物热传导多物理场有限元分析的方法,系统分析了非侵入式脊髓电刺激过程中电极参数、生理参数及刺激设置对躯干各组织成分的电场及热场分布的影响,评估了经皮脊髓电刺激的刺激效果及热安全性。本文针对人体躯干建立了多类结构各异的几何模型,研究了个体差异在经皮脊髓电刺激导致的各组织成分温度变化的影响,为临床实验的设计与实施提供了建议与参考。在大脑神经系统电场调控方面,本文以人体为研究对象,通过对人体医学影像数据进行边缘识别和重建,建立了具有四种组织类型的人体真实头颅模型。基于此头颅模型,本文建立了一系列头皮贴合电极模型,利用有限元分析的方法,探讨了电极尺寸、位置、间距、位置偏移以及导电介质与电极之间的几何失配等因素对非侵入式大脑电场调控效果的影响。同时,通过耦合刺激电场与生物热传导物理场,针对不同电极及刺激参数,分析了经颅直流电刺激对各组织温度变化的影响,评估了该调控手段的热安全性。