神经科学研究对了解神经系统的工作机理，以及神经疾病的治疗和康复有着重要的意义。作为神经科学研究的基础工具之一，动作电位检测技术已经广泛应用于认知神经科学、神经药理学、人工智能假体等领域。作为神经系统与动作电位检测系统的接口，动作电位传感器的性能直接影响检测系统后端所能采集到的动作电位的信噪比，进而决定神经信号采集系统的性能。因此，通过优化设计以提高动作电位传感器的性能，通过神经细胞图形化以改善神经细胞与动作电位传感器的接触，是扩展动作电位技术的应用范围和提升动作电位检测信噪比的有效途径，是动作电位传感技术研究的主要方向和目标。　　本文对传统动作电位传感器和神经细胞图形化技术的不足之处开展了有针对性的研究，主要研究内容如下:　　(1)针对用于制作微电极阵列的传统材料存在电极位点透明度较差的问题，制作了基于石墨烯材料的微电极阵列。我们采用石墨烯作为微电极材料，研制成功了透明的微电极位点;测试了石墨烯微电极的电化学阻抗，并与商用微电极阵列进行了比较，发现其性能与商用微电极阵列相当;此外，对石墨烯微电极阵列的稳定性测试表明，石墨烯微电极阵列能够在长期使用中保持其初始的电化学性能;最终，我们将神经细胞成功培养于石墨烯微电极阵列上，并检测到了自发性的动作电位，其信噪比达到8.2;　　(2)针对当前用于动作电位检测的场效应管均为刚性器件，不适用于植入式应用的问题，我们设计制作了基于聚酰亚胺(PI)基底的石墨烯柔性场效应管。该场效应管采用了液栅型结构，极大的增加了场效应管的栅极电容和器件跨导;通过对制作工艺进行改进，解决了传统石墨烯场效应管制作工艺应用于柔性器件制作的局限性;利用该方法制作的柔性石墨烯场效应管，通过多次弯曲后仍然能够保持较高的跨导(＞500μS)和较低的噪声(＜10μV);此外，利用该器件成功检测到了培养于其表面的神经元网络中自发性的动作电位，记录到的动作电位信号的信噪比达到12.2;　　(3)针对传统神经细胞图形化技术无法在提供良好抗细胞黏附表面的同时，保持较低的微电极阻抗的问题，我们提出了一种基于材料表面修饰的神经细胞图形化技术。该神经细胞图形化技术通过在基底表面的特定区域修饰聚乙二醇(PEG)单分子层，改变了神经细胞对基底表面不同区域的黏附性，进而在基底上实现了神经细胞的图形化;同时，由于使用了等离了体对电极进行处理，大大减少了电极阻抗;该方法制作的具有人工拓扑结构的神经元网络能够在芯片上保持其拓扑结构长达21天;对该神经细胞网络的活性测试表明，神经元在该网络中形成了有效连接，神经信号能够在该网络中进行传输。　　本论文对石墨烯在动作电位传感器制作中的应用进行了探索，有效提高了动作电位传感器的性能，从而拓展了其应用范围;此外，还对现有的神经细胞图形化技术进行了改进。本论文对现有动作电位传感器和神经细胞图形化技术的改进工作，为动作电位检测技术的进一步发展提供了重要的工具和帮助。