30微米锥形碳纤维微电极提升神经递质检测寿命与活体性能的研究

这篇研究通过电化学蚀刻技术制备30微米锥形碳纤维微电极（CFME），显著提升了快速扫描循环伏安法（FSCV）检测多巴胺的活体性能。相较于传统7微米电极，锥形设计使机械耐久性提高4.7倍，活体信号增强3.7倍（47.5±19.8 nA），并通过免疫荧光证实其降低小胶质细胞（Iba1）和星形胶质细胞（GFAP）激活的生物相容性优势，为慢性神经化学监测和闭环深部脑刺激（DBS）系统提供新方案。

　　

材料与方法

研究团队采用电化学蚀刻技术对30微米直径碳纤维微电极（CFME）进行锥形尖端改造，通过线性执行器控制电解液中的碳纤维蚀刻速度，形成100-120微米高度的锥形结构。扫描电镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）证实蚀刻过程未改变碳纤维表面化学组成。动物实验选用Sprague-Dawley大鼠，通过立体定位技术将电极植入纹状体（坐标AP +1.2 mm, ML +2.0 mm），并采用WINCS Harmoni系统施加电刺激（60 Hz, 300 μA）。

性能对比分析

体外实验中，30微米裸电极的灵敏度达33.3±5.9 pA/μm²，是7微米电极（12.2±4.9 pA/μm²）的2.7倍。但活体检测时，30微米裸电极因组织损伤导致信号降低至12.9±8.1 nA，仅为7微米电极的52%。锥形改造后，活体信号跃升至47.5±19.8 nA，且免疫荧光显示Iba1阳性细胞密度降低至87.5%（裸电极112.4%），GFAP积分密度下降42.7%，证实其组织穿透优势。

耐久性突破

连续施加FSCV波形（-0.4–1.5 V, 30 Hz）的加速老化测试中，30微米锥形电极寿命达363.7±9.2小时，是7微米电极（78.7±4.0小时）的4.7倍。SEM显示锥形电极尖端在369小时后仍保持完整结构，而传统电极已完全侵蚀。

应用前景

该设计解决了慢性监测中电极氧化降解（Takmakov et al., 2010）和生物污染（Meunier et al., 2020）的核心问题。其高时空分辨率特性适用于帕金森病模型的多巴胺动态研究，并为闭环DBS系统提供实时反馈可能。未来需在大型动物模型中验证长期信号稳定性，并探索其对5-羟色胺等神经递质的检测潜力。