用于药物输注与电生理联合记录的微注射电极系统

该微注射电极系统专为药物输注、电生理学研究以及实验探针（如微电极和纳米传感器）的递送与回收而设计。其结构优化可适用于清醒活动动物的多次使用，且对周围组织造成的穿刺损伤较小。该微注射电极系统可根据多种用途进行配置。

第一种方法是将套管进行简单组装，用于放置实验探针，否则该探针将过于脆弱而无法穿透硬脑膜。第二种方法是通过微流控系统独立或与含有实验探针的套管联合进行药物输注。该系统的微流控组件可实现纳升级体积的精确递送。

测量套管和纳米传感器探针或微电极的长度。探针必须比套管长出一段，其长度等于需从套管尖端伸出的部分再加上约一厘米。在放大镜下，从套管后端将探针插入套管，以保护探针尖端。

将装有探针的套管从底部卡套插入T型接头。将套管顶部平端置于T型接头的中央位置。为避免套管堵塞接头，可将其稍向接头内部回撤，然后拧紧固定。

将一段导管连接到微电极的顶端。通过毛细导管、T型接头、套管及相应的卡套，从后端装入微电极。将微电极剪至所需长度，并刮除末端。

确保电极后端从毛细管后部伸出的长度小于一厘米，且电极尖端从套管底部以所需距离伸出。将微电极终端插入金针中，并将金针焊接到微电极终端上。在金针与顶部卡环之间添加环氧胶，以将微电极固定到卡环上。

环氧树脂固化后，建议放置超过24小时，然后拧开顶部卡环，确保微电极完全缩回套管内。构建微流控回路时，将一块宽板放置在稳定的表面上。将两个三通阀平行放置于宽板最长边附近，相距约12厘米，使其中一个接口相对。

使用螺丝将阀门固定在宽板上，并截取另一段10厘米的毛细管作为标尺线并放置其间。使用标准卡套螺母将毛细管紧固至阀门相对的接口上。截取10至20厘米的毛细管，使用标准卡套螺母和鲁尔锁接头将注射器上的管路连接至输入阀的其中一个接口。

剪下一小段毛细管，将其连接至输出阀作为冲洗管路。另剪两段长约100厘米的毛细管，用于连接输出阀与微电极。将药物泵和标记物泵连接至输入阀。

首先，确保微电极实验探针已回缩至套管内。使用螺丝将定制的适配器连接到微注射电极上，从导管顶部将微注射电极装入，然后通过一对螺丝将其固定在定制的微驱动适配器上。测量微驱动器位置的深度，使微注射电极从导管中伸出，随后将其回缩一厘米，以准备插入。

进行微量注射实验时，将脑部导管连接至微量注射针头未使用的T形接头开口处。使用标准卡套并用卡套扳手拧紧。确保上方的卡套也已拧紧。

然后，将微驱动装置置于烧杯上方。将浓度为每升20克的氯己定注入1毫升气密型注射器中，并将其放入药物泵内。调节阀门的流动方向，设定50至200微升/分钟的低流速，使液体从药物泵经输入阀流向输出阀，再通过脑部导管流出。

用氯己定冲洗管路至少10分钟。随后用无菌生理盐水和空气重复冲洗。在接头处轻轻使用无尘擦拭布，以帮助发现套管接口处的液体泄漏。

最关键的步骤是确认注射电极与微流控回路的组装无泄漏。将药物装入500微升气密型注射器中，压缩空气后将其安装到药物泵上。调节流速至50微升每分钟，使液体流动直至微注射电极末端剩余少量液滴。

然后，将导管在浓度为20克/升的氯己定溶液中浸泡15分钟。在推进造影剂泵的同时，将输出阀的方向转向冲洗管路，以推动造影剂前进，直至在刻度线处观察到颜色与油相之间形成清晰的边界。务必确保药物与颜色液体之间始终存在油相，以防止两种水溶性物质混合，从而避免失去两者之间的清晰分界。

标记该油性染料线的起始位置。完成必要的实验准备后，通过松开顶部卡套将微电极缩回套管内。将微型驱动装置连接到记录室，并降低导管使其穿透硬脑膜。

接下来，将微注射电极下降至脑内记录位点上方约两毫米处。拧紧顶部套管，并将金针连接至记录系统。继续推进微注射电极至目标位点。

然后，将输出阀切换至脑部管路。进行灌注实验时，使用手动微量注射泵，每分钟推动油柱移动0.5厘米。当灌注达到所需体积后，将输出阀转向冲洗管路。

本研究中，通过右侧半球 FEF 区域注射 GABA A 激动剂，可逆性地失活额叶眼动区，同时让动物完成一项记忆引导的扫视任务。极坐标图显示了相对于注视点不同位置的偏心度表现。注射后两小时，左侧视野半区的表现明显下降。

此处展示了在FEF注射Muscimol前后，八个外周记忆位置的扫视轨迹。注射Muscimol后，左侧视野的扫视准确性下降。一旦设置完成，该方法具有很高的可靠性和稳健性。

然而，由于小分子在管道和端口内发生沉淀，每次使用前以及每次实验后都必须进行彻底冲洗，以确保微流控系统无堵塞和泄漏。尽管该方法是在非人灵长类动物的额叶眼区进行演示的，但其原理可应用于任何需要结合电刺激、记录和药物注射的脑区，适用于啮齿类或更大体型的物种。我们的系统具有灵活性，既可单独用于记录，也可与药物注射结合使用，并且能够精确地将任何脆弱的实验探针穿过硬脑膜和神经组织，同时因其套管直径小，可最大限度减少组织损伤，并保护探针免受损坏。