研究目的
为证明采用无束缚碳纤维电极进行光电子效应介导的神经刺激策略的可行性，以克服传统电刺激（如组织损伤和空间选择性差）的局限性。
研究成果
光电刺激法具有可行性和安全性，能以极小的电荷注入量和温升实现局部神经激活。与电刺激相比，该方法空间精度更高且无需导线连接，是神经刺激应用中颇具前景的替代方案。
研究不足
近红外光的散射和吸收将刺激深度限制在约500微米，因此需要颅窗。植入过程可能导致急性组织损伤，长期疗效和安全性尚需进一步验证。电荷注入测量存在变异性和噪声问题。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用体外和体内实验来表征光电刺激。体外测试使用琼脂脑模型测量电化学特性和温度变化，体内测试则利用转基因小鼠验证神经激活效果。具体方法包括计时电流法、计时电位法以及双光子显微镜荧光成像。
2：样本选择与数据来源：
体外样本为含罗丹明B染料的生理盐水琼脂凝胶模型。体内样本为5只Thy1-GCaMP3转基因小鼠，在视觉或体感皮层植入碳纤维电极。
3：实验设备与材料清单：
设备包括双光子显微镜（布鲁克）、超快激光器（Insight DS+；光谱物理）、光电倍增管（滨松）、物镜（尼康）、加热板（PC-410；康宁）、温度探针（50304；斯托尔?。⒋鳨CD?？榈腁utolab电化学工作站（PGSTAT128N；瑞士万通）、碳纤维电极（CarboStar-1；Kation Scientific）、钨探针（微探针）、碳纤维束对电极（Cytec Thornel T650）、Ag|AgCl参比电极及MATLAB数据分析软件。材料包含琼脂凝胶、罗丹明B染料、生理盐水、PBS缓冲液及GCaMP转基因小鼠。
4：0）、Ag|AgCl参比电极及MATLAB数据分析软件。材料包含琼脂凝胶、罗丹明B染料、生理盐水、PBS缓冲液及GCaMP转基因小鼠。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：体外实验：制备模型后插入电极，施加不同功率的激光刺激，进行电化学测量和温度成像。体内实验：麻醉小鼠后实施开颅手术，植入电极并施加激光刺激，同步记录GCaMP荧光信号，同时设置电刺激对照实验。
5：数据分析方法：
通过MATLAB处理数据。温度校准采用罗丹明B荧光信号的线性回归分析，电荷注入量通过电流数值积分计算，统计显著性检验使用Welch's T检验。
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ultra-fast laser
Insight DS+
Spectra-Physics
Provides NIR laser for photo-stimulation.
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objective lens
16X, 0.8 numerical aperture water immersion
Nikon Instruments
Used for focusing laser and imaging.
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hot plate
PC-410
Corning Inc.
Maintains temperature in phantom experiments.
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Autolab unit
PGSTAT128N
Metrohm Autolab
Used for chronoamperometry and chronopotentiometry measurements.
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2-photon microscope
Bruker
Used for inducing photo-stimulation and imaging in experiments.
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photomultiplier tubes
Hamamatsu Photonics KK
Used for detecting fluorescence in imaging.
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temperature probe
50304
Stoelting
Measures temperature in experiments.
-
carbon fiber electrode
CarboStar-1
Kation Scientific
Serves as the stimulation electrode in experiments.
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tungsten probe
Microprobes
Used as a control electrode in some experiments.
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carbon-fiber bundle counter
T650
Cytec Thornel
Acts as the counter electrode in electrochemical setup.
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Ag|AgCl reference electrode
Used as reference in electrochemical measurements.
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MATLAB software
Mathworks
Used for data analysis.
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