用于增强神经化学检测的金纳米粒子改性碳纤维微电极

该方法之所以重要，是因为它能够进行具有高空间和时间分辨率的神经化学检测，从而有可能增强神经化学检测的体内方法。该技术的主要优点是，它是一种快速、简单、可重复的方法，可提高神经递质检测的灵敏度和时间分辨率。演示这个程序的将是萨努贾·莫哈纳拉杰和宝琳·万嫩伯格，我实验室的研究生。

首先，将碳纤维材料分离到单个链中，然后从一根链上拉出一个直径为七微米的碳纤维。将真空管连接到硅酸盐玻璃毛细管，将碳纤维吸入毛细管。然后切割一块10厘米的25厘米的纸板，作为电极支架。

将纸巾胶带胶带胶带固定在纸板上作为支撑，然后将毛细管插入电极支架，并小心地将其固定在垂直毛细管拉拔器中。配置毛细管拉拔器，将玻璃毛细管拉到电极材料的细锥度并启动。一旦拉入完成，加热线圈冷却，切断连接管拉电极的碳纤维。

小心地从毛细管拉拔器上拆下微电子棒。在立体镜或显微镜的引导下，使用锋利的刀片或手术剪刀将每个电极上凸出的碳纤维修剪到大约 100 到 150 微米的长度。接下来，在25毫升小瓶中，使用棉签将10克环氧树脂与0.2毫升的硬质混合。

用丙酮填充另一个小瓶。对于每个电极，将碳纤维尖端浸入环氧树脂中 15 秒，然后浸入丙酮中浸 3 秒钟，以去除多余的环氧树脂。环氧树脂后，环氧电极在125摄氏度的烤箱中固化3小时。

接下来，使用微操纵器将碳纤维微电极放在银-银氯化物参考电极中，在0.1摩尔水氯化钾中氯尿酸的0.5毫摩尔溶液中放置碳纤维微电极。将电极连接到电位器，使用碳纤维微电极作为工作电极。以 50 毫伏/秒的速度将电极从 0.2 伏扫描至负 1 伏，进行 10 次循环，以执行电极沉积。

优化沉积金涂层的参数至关重要。涂层过多会导致噪音和信号过载，而涂层过少不会增强神经化学检测。在测试之前，在去维化水中准备高氯酸中的多巴胺10毫升库存溶液和约一升pH7.4 PBS缓冲液。

将多巴胺库存溶液的一微升移入10毫升缓冲液中，使多巴胺溶液成为大约一微摩尔多巴胺溶液。然后将碳纤维微电极和氯化银银参考电极连接到电位。将碳纤维电极和参考电极固定在流动单元装置的头部阶段，并使用微操纵器将它们降入流动单元。

将 60 毫升 PBS 缓冲液放入注射器中。用缓冲液填充流动液，将注射器安装到注射器泵中。以每分钟一毫升的速度开始流液缓冲器通过流动单元。

然后配置电位，以负 0.4 伏特扫描至 1.3 伏特，以 10 赫兹和 400 伏特/秒的速度扫描。将波形简要地应用于微电位，观察示波器，并调整增益以防止过载。让微电子在缓冲区中平衡 10 分钟。

然后将稀释的多巴胺溶液绘制到注射器中，并连接到流动细胞的注射口。将电位统计上的总运行时间设置为 30 秒。开始记录测量结果，等待10秒，然后将0.2毫升多巴胺溶液注射到流动细胞中。

运行完成后，使用高清环电压分析软件处理数据。在执行另一个测试之前，让微电子重新平衡 10 分钟。测试完成后，通过三毫升水和三毫升空气注入缓冲液和注射口三次，清洁流动液。

涂层碳纤维用扫描电子显微镜成像。金纳米颗粒涂层的厚度和粒径可由电极沉积时间控制。20分钟的电极沉积产生了一个厚厚的金色涂层与锋利的山脊，而5分钟产生薄均匀的黄金涂层。

与未修改的电极相比，金纳米粒子涂层碳纤维微电极的峰值氧化电流和电子转移动力学速度明显较高。金纳米颗粒涂层对电极反应的稳定性没有显著影响，如此处在多巴胺溶液中所证明的。裸极和金纳米粒子涂层电极对扫描速率变化均呈线性响应，金涂层电极的变化幅度要大得多。

这表明多巴胺吸收可以通过扫描率得到控制。裸极和金纳米粒子涂层电极在多巴胺浓度为 100 纳米摩尔到 10 微摩尔之间线性响应。在较高浓度下观察到一个无症状曲线，表明多巴胺在电极表面是过饱和的。

能够以更快的时间尺度和更高的灵敏度检测神经化学变化将有助于回答神经科学中的复杂问题。该方法在分析化学、代谢组学和环境科学中也有应用。虽然学习起来很容易，但视觉演示对于学习制作、修改和测试微电子模型至关重要。

该方法的未来方向包括调整金质和其他涂层的沉积，以考虑厚度、尺寸、形状和形态，以优化特定神经递质的检测。研究人员在尝试这项技术之前，应该练习在显微镜下处理小纤维。此外，神经递质库存溶液应准备在烟罩，因为他们使用1摩尔高氯酸。