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神经网络是神经系统的重要组成部分，神经网络的结构与功能决定了神经系统的生理或病理状态。神经网络由神经细胞通过一定的方式连接形成。神经科学中的许多突破进展是通过体外研究平台获得的。在体外精确控制神经细胞的粘附、发育过程以及迁移、突触发生等行为，不仅是基础神经科学研究的重要需求，也是信息和电子技术领域（如神经电极、生物传感器及人工智能等）关心的问题。近些年来，微纳米技术的迅速发展使得细胞行为和微环境的体外控制更加精确。但是神经细胞行为调控关键参数的系统研究，以及仿生神经网络的构建仍比较缺乏。 本论文以微纳米技术为基础，通过软刻蚀、微流控及自组装等技术的整合，在体外构建了一系列具有特定结构和功能，且适宜长时程培养和研究的神经网络。本文的工作内容和结论主要包括以下三部分: 1)定量分析材料表面微纳米修饰对神经细胞发育和网络行为的影响。将自组装单层膜与微接触印刷技术相结合，构建尺度和形状精确可控的图案化基底，在其上分别涂覆多种生物分子。系统性定量研究这些生物分子对神经细胞粘附、形态发育以及网络中神经细胞群体迁移行为的影响。研究发现在聚合物大分子基底上，神经细胞倾向于均匀粘附并形成短而多的突起;在胞外基质蛋白基底上，神经细胞倾向于形成团簇并加速轴突树突极化，同时具有较快的迁移速率。这些发现为指导神经网络的构建以及研究网络中神经细胞的迁移等行为提供了基础。 2)设计引导神经突起高通量定向生长的微流控芯片，并开发具有全自动图像提取和分析功能的AxonQuant算法与芯片相匹配，用于高效分析轴突连续性。改进了微流控芯片的设计，在保留轴突导向和分离功能的同时，减小单个芯片尺寸，增大轴突导向的沟槽密度，使其与共聚焦显微镜单层、大视野扫描相匹配。用AxonQuant算法分析芯片上定向生长的神经轴突，评估其连续性指数，比现有商用软件模块更为快速和稳定。该方法可以高通量、快速评价微环境和药物对轴突连续性的影响，作为神经退行性疾病体外研究的平台。 3)构建微芯片上仿生三维神经网络并研究其功能。利用自组装技术构建结构有序的三维支架，用以支持神经细胞的粘附和生长。通过胶质细胞共培养或几何限制，形成结构稳定的三维神经网络。利用软刻蚀技术将多个三维神经网络置于同一微芯片中，在芯片上构建多层的、正交分布的微通道诱导网络间的有序连接，从而构建多级别的具有仿生结构的三维神经网络。用钙成像方法记录网络中的自发神经活动，测得明显的周期性钙信号，并发现距离越近的神经细胞越倾向于形成相似的活动周期。同时，光学透明的芯片可以应用于光学刺激和调控。因此这种仿生三维神经网络可以用于神经网络功能检测，并作为神经病理体外模型和药物筛选平台。 综上，本论文综合运用多种微纳米技术的结合，建立了体外神经网络构建的新方法，实现了对网络中神经细胞发育和行为的精确调控，并对神经活动进行记录和分析。本文为基础神经科学、神经退行性疾病研究提供了新工具，也为神经组织工程及神经传感等领域提出了新方法。