用于急性和慢性在体记录的碳纤维微电极阵列的构建与实施

此处描述的台式构建是目前为数不多的可实现从神经元密集簇中记录信号并长期追踪其中多个神经元的技术之一。碳纤维微电极阵列制作成本低廉，体积小，具有生物相容性，且能随脑组织移动，从而实现健康而稳定的记录。

碳纤维非常细，在最初阶段很难看见。然而，经过几天的操作练习后，它们会变得更容易处理。首先，将双面胶带贴在盒体的两个长边上，使胶带边缘与盒体内侧边缘对齐。

为制备碳纤维操作工具，将一小片粘性膜包裹在30号针头上，使膜形成一个尖锐但柔韧的尖端。接着，从焙烧后的纤维束中分离出单根纤维，并将其与胶带盒的短边平行放置，保持两至三毫米的间距。在确认每个胶带盒上可容纳20至30根纤维后，用透明胶带覆盖双面胶带以固定纤维位置，并将装填好的胶带盒放入胶带盒架中。

组装碳纤维微电极阵列时，先将每根接地导线穿过夹具连接端对应通道，持续穿入直至两端长度相等。然后将导线拧在一起，以固定在夹具上。涂抹紫外固化牙科水泥以固定导线，同时确保牙科水泥不会进入导线穿过的开放通道内。

使用紫外固化棒对牙科水泥进行20秒固化，并调整夹具和台钳的方向，使连接端、基座和漏斗尖端可见。接着，调整夹具方向，使漏斗朝向远离操作者的一侧，而连接端朝向操作者。然后将25号针头尖端沿盒体上可能的纤维取出位置滑动，从盒体中切割出一根碳纤维。

使用碳纤维工具夹住新切割的光纤自由端，用针从匣盒端将光纤的另一端切断。然后再次使用碳纤维工具拾取该碳纤维，使其中一端从工具端伸出约一厘米。使用带有光纤的碳纤维工具，将光纤较短的一端从夹具中间槽的漏斗部件中穿入。

继续将光纤穿过夹具漏斗，直到光纤的大部分长度均已穿过。使用碳纤维工具将光纤的后部穿过一个可用的通道。继续从后部推进光纤，直至有约五毫米的光纤露出，必要时可将其剪裁至合适长度。

为去除连接端的绝缘层，使用标准火花轮打火机将火焰扫过暴露的光纤，然后将烧灼后的光纤穿过夹具，使烧灼部分进入夹具的通道内，同时确保无光纤从夹具背面伸出。将紫外固化牙科水泥涂抹至夹具的基座光纤部分，填满整个基座区域，覆盖两个通道及漏斗的开口。将夹具从台钳上取下并调整方向，使漏斗朝下，固定夹具，确保连接端朝上。

用银浆填充针头，小心地将针头插入一个通道，直至被牙科水泥挡住。为填满通道，一边缓慢按压注射器，一边将针头从通道中抽出；然后将棉签浸入稀释剂中，擦去夹具表面底部的任何油漆。接着，通过将插针与通道对齐，以正确的方向插入头帽连接器。

当头端连接器保持笔直、竖直，并尽可能与夹具齐平时，沿头端连接器与夹具接触的边缘涂抹牙科水泥，将头端连接器固定在夹具上，然后用紫外光照射固化20秒。为了将电极尖端切割至所需长度，将电极缓慢放入盛有去离子水或蒸馏水的烧杯中，直至喇叭口尖端完全浸没于水中且与液面垂直。随后将电极从水中取出，使单根碳纤维聚拢在一起。

将电极放置，使纤维平贴于导引表面，使用手术刀以滚动方式将纤维切割至所需长度，然后使用合适的适配器将电极连接至多电极阻抗测试仪并检测阻抗。接着，将电极尖端下放约两毫米至含有0.1摩尔PBS的微量离心管中，并将接地线插入该微量离心管内。为降低电极尖端的阻抗，施加选定幅度和持续时间的正向电流，随后用去离子水或蒸馏水冲洗纤维以清洁。

接下来，在镀金溶液中进行电镀时，将电极束尖端向下插入装有镀液的微量离心管中约两毫米，并将接地线插入该微量离心管中。然后设置合适的电镀参数。电镀完成后，用去离子水或蒸馏水彻底冲洗纤维。

制备的碳纤维的代表性扫描电镜图像显示，镀金溶液集中在纤维尖端。碳纤维的金电镀使阻抗降低，适合用于记录。在初始切割、正电流注入和电镀处理后，300个通道的阻抗值在每个处理步骤后均显示出下降趋势。

中等时长的金电镀在碳纤维束尖端形成了细小且呈圆形的沉积物。此外，还分析了自由活动的成年雄性小鼠后压部皮层稳定的64通道电生理活动。结果表明，记录质量具有一致性，能够稳健地检测单个神经元信号，非归一化的动作电位波形显示信号随时间保持稳定，且噪声水平稳定。

此外，植入后11个月记录的原始电压显示出较强的局部场电位。本文还展示了一个典型的急性16通道碳纤维微电极阵列记录实例，该记录来自一只成年雌性雪貂的初级视觉皮层。碳纤维微电极阵列可实现对脑内邻近神经元的短期或慢性长期记录，这对于理解神经回路至关重要。