Yazarlar, uzman teknik yardım için C. Roderigo teşekkür etmek istiyorum. Biz video üretimi için yardım S. Köhler (İleri Görüntüleme Merkezi, Heinrich-Heine Üniversitesi Duesseldorf) teşekkür ederim. (MC) R01NS032123 hibe: (Ro 2327 / 8-1 CRR için DFG), (nh) Heinrich-Heine Üniversitesi Duesseldorf ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından yazarın laboratuvarında araştırma Alman Araştırma Birliği tarafından finanse edilmiştir.

<ol>
	<li>Somjen, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+regulation+in+the+brain:+implications+for+pathophysiology.">Ion regulation in the brain: implications for pathophysiology.</a> Neuroscientist. 8, 254-267 (2002).</li><li>Dietzel, I., Heinemann, U., Hofmeier, G., Lux, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulus-induced+changes+in+extracellular+Na++and+Cl-+concentration+in+relation+to+changes+in+the+size+of+the+extracellular+space.">Stimulus-induced changes in extracellular Na+ and Cl- concentration in relation to changes in the size of the extracellular space.</a> Exp Brain Res. 46, 73-84 (1982).</li><li>Nicholson, C., ten Bruggencate, G., Stockle, H., Steinberg, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+and+potassium+changes+in+extracellular+microenvironment+of+cat+cerebellar+cortex.">Calcium and potassium changes in extracellular microenvironment of cat cerebellar cortex.</a> J Neurophysiol. 41, 1026-1039 (1978).</li><li>Rice, M. E., Nicholson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamate-+and+aspartate-induced+extracellular+potassium+and+calcium+shifts+and+their+relation+to+those+of+kainate,+quisqualate+and+N-methyl-D-aspartate+in+the+isolated+turtle+cerebellum.">Glutamate- and aspartate-induced extracellular potassium and calcium shifts and their relation to those of kainate, quisqualate and N-methyl-D-aspartate in the isolated turtle cerebellum.</a> Neuroscience. 38, 295-310 (1990).</li><li>Prince, D. A., Lux, H. D., Neher, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+extracellular+potassium+activity+in+cat+cortex.">Measurement of extracellular potassium activity in cat cortex.</a> Brain Res. 50, 489-495 (1973).</li><li>Deitmer, J. W., Rose, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=pH+regulation+and+proton+signalling+by+glial+cells.">pH regulation and proton signalling by glial cells.</a> Prog Neurobiol. 48, 73-103 (1996).</li><li>Chesler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+and+modulation+of+pH+in+the+brain.">Regulation and modulation of pH in the brain.</a> Physiol Rev. 83, 1183-1221 (2003).</li><li>Kofuji, P., Newman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Regulation of potassium by glial cells in the central nervous system. , (2009).</li><li>Nicholson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion-selective+microelectrodes+and+diffusion+measurements+as+tools+to+explore+the+brain+cell+microenvironment.">Ion-selective microelectrodes and diffusion measurements as tools to explore the brain cell microenvironment.</a> J Neurosci Methods. 48, 199-213 (1993).</li><li>Fedirko, N., Svichar, N., Chesler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+use+of+high-speed,+concentric+h+-+and+Ca2+-selective+microelectrodes+suitable+for+in+vitro+extracellular+recording.">Fabrication and use of high-speed, concentric h+- and Ca2+-selective microelectrodes suitable for in vitro extracellular recording.</a> J Neurophysiol. 96, 919-924 (2006).</li><li>Stephan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kir4.1+channels+mediate+a+depolarization+of+hippocampal+astrocytes+under+hyperammonemic+conditions+in+situ.">Kir4.1 channels mediate a depolarization of hippocampal astrocytes under hyperammonemic conditions in situ.</a> Glia. 60, 965-978 (2012).</li><li>Haack, N., Rose, C. R., Lei, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation,+Calibration+and+Application+of+Potassium-Selective+Microelectrodes.">Preparation, Calibration and Application of Potassium-Selective Microelectrodes.</a> Microelectrodes. , 87-105 (2014).</li><li>Roos, A., Boron, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+pH.">Intracellular pH.</a> Physiol Rev. 61, 296-434 (1981).</li><li>Kleinhans, C., Kafitz, K. W., Rose, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-photon+Intracellular+Sodium+Imaging+Combined+with+UV-mediated+Focal+Uncaging+of+Glutamate+in+CA1+Pyramidal+Neurons.">Multi-photon Intracellular Sodium Imaging Combined with UV-mediated Focal Uncaging of Glutamate in CA1 Pyramidal Neurons.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , (2014).</li><li>Hertz, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roles+of+astrocytic+Na+,K+-ATPase+and+glycogenolysis+for+K+homeostasis+in+mammalian+brain.">Roles of astrocytic Na ,K -ATPase and glycogenolysis for K homeostasis in mammalian brain.</a> J Neurosci Res. , (2014).</li><li>Pumain, R., Heinemann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulus-+and+amino+acid-induced+calcium+and+potassium+changes+in+rat+neocortex.">Stimulus- and amino acid-induced calcium and potassium changes in rat neocortex.</a> J Neurophysiol. 53, 1-16 (1985).</li><li>Vargova, L., Jendelova, P., Chvatal, A., Sykova, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamate,+AMPA,+NMDA+Induced+Changes+in+Extracellular+Space+Volume+and+Tortuosity+in+the+Rat+Spinal+Cord.">Glutamate, AMPA, NMDA Induced Changes in Extracellular Space Volume and Tortuosity in the Rat Spinal Cord.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 21, 1077-1089 (2001).</li><li>Fellin, T., Gomez-Gonzalo, M., Gobbo, S., Carmignoto, G., Haydon, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Astrocytic+glutamate+is+not+necessary+for+the+generation+of+epileptiform+neuronal+activity+in+hippocampal+slices.">Astrocytic glutamate is not necessary for the generation of epileptiform neuronal activity in hippocampal slices.</a> J Neurosci. 26, 9312-9322 (2006).</li><li>Rouach, N., Koulakoff, A., Abudara, V., Willecke, K., Giaume, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Astroglial+metabolic+networks+sustain+hippocampal+synaptic+transmission.">Astroglial metabolic networks sustain hippocampal synaptic transmission.</a> Science. 322, 1551-1555 (2008).</li><li>Lux, H. D., Heinemann, U., Dietzel, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+changes+and+alterations+in+the+size+of+the+extracellular+space+during+epileptic+activity.">Ionic changes and alterations in the size of the extracellular space during epileptic activity.</a> Adv Neurol. 44, 619-639 (1986).</li><li>Zanotto, L., Heinemann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aspartate+and+glutamate+induced+reductions+in+extracellular+free+calcium+and+sodium+concentration+in+area+CA1+of+'in+vitro'+hippocampal+slices+of+rats.">Aspartate and glutamate induced reductions in extracellular free calcium and sodium concentration in area CA1 of 'in vitro' hippocampal slices of rats.</a> Neurosci Lett. 35, 79-84 (1983).</li><li>Borrelli, M. J., Carlini, W. G., Dewey, W. C., Ransom, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+for+making+ion-selective+microelectrodes+suitable+for+intracellular+recording+in+vertebrate+cells.">A simple method for making ion-selective microelectrodes suitable for intracellular recording in vertebrate cells.</a> J Neurosci Methods. 15, 141-154 (1985).</li><li>Ammann, D., Anker, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neutral+carrier+sodium+ion-selective+microelectrode+for+extracellular+studies.">Neutral carrier sodium ion-selective microelectrode for extracellular studies.</a> Neurosci Lett. 57, 267-271 (1985).</li><li>Deitmer, J. W., Schlue, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+Na++and+Ca2++in+leech+Retzius+neurones+during+inhibition+of+the+Na+-K++pump.">Intracellular Na+ and Ca2+ in leech Retzius neurones during inhibition of the Na+-K+ pump.</a> Pflugers Arch. 397, 195-201 (1983).</li><li>Schwiening, C. J., Thomas, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+intracellular+calcium+and+its+muffling+measured+by+calcium+iontophoresis+in+snail+neurones.">Relationship between intracellular calcium and its muffling measured by calcium iontophoresis in snail neurones.</a> J Physiol. 491 (Pt 3), 621-633 (1996).</li><li>Chesler, M., Kraig, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+pH+of+astrocytes+increases+rapidly+with+cortical+stimulation.">Intracellular pH of astrocytes increases rapidly with cortical stimulation.</a> Am J Physiol. 253, R666-R670 (1987).</li><li>Ammann, D., Chao, P. S., Simon, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Valinomycin-based+K++selective+microelectrodes+with+low+electrical+membrane+resistance.">Valinomycin-based K+ selective microelectrodes with low electrical membrane resistance.</a> Neurosci Lett. 74, 221-226 (1987).</li><li>Deitmer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bicarbonate-dependent+changes+of+intracellular+sodium+and+pH+in+identified+leech+glial+cells.">Bicarbonate-dependent changes of intracellular sodium and pH in identified leech glial cells.</a> Pflugers Arch. 420, 584-589 (1992).</li><li>Lux, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+recording+ion+specific+microelectrodes:+their+use+in+pharmacological+studies+in+the+CNS.">Fast recording ion specific microelectrodes: their use in pharmacological studies in the CNS.</a> Neuropharmacology. 13, 509-517 (1974).</li><li>Nicholson, C., Phillips, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+diffusion+modified+by+tortuosity+and+volume+fraction+in+the+extracellular+microenvironment+of+the+rat+cerebellum.">Ion diffusion modified by tortuosity and volume fraction in the extracellular microenvironment of the rat cerebellum.</a> J Physiol. 321, 225-257 (1981).</li><li>Chesler, M., Chan, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulus-induced+extracellular+pH+transients+in+the+in+vitro+turtle+cerebellum.">Stimulus-induced extracellular pH transients in the in vitro turtle cerebellum.</a> Neuroscience. 27, 941-948 (1988).</li><li>Thomas, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+sodium+activity+and+the+sodium+pump+in+snail+neurones.">Intracellular sodium activity and the sodium pump in snail neurones.</a> J Physiol. 220, 55-71 (1972).</li></ol>

The authors declare no competing interests.

Sıvı taşıyıcı bazlı, iyon seçici elektrotlar on yıllardır başarıyla birçok iyonlar için kullanılmıştır, son derece spesifik sensörleri 22-26 mevcuttur. ECS genişliği sadece yaklaşık 20-50 nm, seçici iyon çapı ise: Omurgalı beyin hazırlıkları dışı boşluk (ECS) kullanıldığında, kimse bu oldukça invaziv bir tekniktir ki, akılda tutmak gerekir Mikroelektronlar yaklaşık 1 mikron (çift namlulu elektrotlar) veya daha büyük (konsantrik elektrotlar) &#39;dir. Iyon seçici Mikroelektronlar uçları bu nedenle, sadece doku kendi kazığa oturtma sırasında dokulara zarar değil, aynı zamanda iyon geçici bir azımsanmasını lehine ECS büyütmek olacaktır. Bu tuzaklara rağmen, nöronal aktivite cevaben dışı iyon geçici bu yöntemin güvenilirliği doğrulayan farklı laboratuvarlarda 7,8 arasında belirgin tutarlıdır. Iyon seçici elektrot performansı ve uygunluğukullanılan sensor kokteyl (&quot;sıvı membran iyonofor &#39;) tarafından tanımlanan duyarlılık ve seçicilik, bağlıdır. Sensör kokteyller potasyum 27 için yüksek bir seçicilik gösterir K + -seçici mikro elektrod Valinomycin örneğin özel bir taşıyıcı molekül içerir. Rağmen, diğer iyonlar ile çapraz reaksiyon oluşabilir ve test edilmelidir. Valinomycin sonuçları değerlendirilirken göz önüne alınmalıdır amonyum için önemli çapraz reaktivite (örneğin 11,12) gösterir. Iyonoforlar gerilim-tepkisi Nernst davranışı (bakınız denklemi 1) takip ettiği başka, sinyal-gürültü oranı ve saptama eşiği ölçülecek iyonunun konsantrasyonuna bağlıdır. Böylece, ise küçük [K +] o geçici geçici çok daha zor hi karşı algılamak için vardır o alçak taban [K +] o, küçük [Na +] karşı büyük voltaj değişikliklerini uyandırmakGH bazal [Na +] o (bakınız Şekil 5 ve 6). Iyon seçici elektrot performansı büyük ölçüde elektriksel zaman sabiti tarafından yönetilir zamansal çözünürlüğü ile belirlenir. Ikinci esas olarak sensör eksenel direnci ile belirlenir ve iç çözeltiler ve dış sıvısı arasındaki pipet uzunluğu boyunca dağıtılmış kapasitans kullanılarak verilir. Iki namlulu bir yapılandırmada, direnç backfilled iyon sensörünün uzunlukta sütun nedeniyle yüksektir. (Bu durumda borosilikat cam), belirli bir yalıtkan dielektrik için, kapasite dielektrik kalınlığı ile yönetilir. Çift namlulu elektrotlar ise, dielektrik genişlik pipet cam duvarın tutarlar. Cam ucu yakın incelir gibi, dielektrik genişlik düşer ve kapasitans artar. Bu faktörler birkaç yüz milisaniye birkaç değişir tepki süreleri ile elektrotlar üretmek için bir arayasaniye olarak bu faktörler çeşitlidir. Konsantrik tasarımın en büyük avantajı eksenel direnci ve banyo kapasite hem büyük ölçüde azaltılmış olmasıdır. İpucu önce son birkaç mikrometre sadece bir kalıntısı bırakarak backfilled iyon değiştirici direnişin en konsantrik pipet şantlar. Buna ek olarak, konsantrik pipet içindeki dolgu çözümü fiziksel ölçüde kapasitansını azaltarak, iki cam duvar kalınlığı ile ayrılmış, banyo mesafeli edilir. 10 Daha önce gösterildiği gibi, daha az direnç ve kapasitans birleşik etkisi, iki büyük kertesine zamansal çözünürlüğü bir gelişmedir. Eş-Ca 2 + ve pH Mikroelektronlar halinde,% 90 tepki süreleri gibi düşük msn 10-20 olarak 10 idi. Eş-tasarımın bir avantajı, ilgili düşük ses seviyesi (bakınız Şekil 8). Herhangi bir Ambien gelen, büyük ölçüde azaltılmış direnci gerilim transientler sayesindet gürültü en aza indirilmiştir. Ayrıca, bu tür geçici kurtarma çünkü hızlı zaman sabitinin, hızlıdır. Bu tür eserler, bu nedenle küçük ve hızlı, ve fizyolojik kayıtları (bakınız Şekil 8) üzerinde daha az yıkıcı bir etkiye sahiptir. Eş-tekniğin dezavantajları da vardır. İlk olarak, bunların montajı daha karmaşık ve zaman alıcı bir iştir. İkinci bir dezavantaj, ayrı bir mikromanipülatör veya özel bir çift manipülatör ya kullanımını gerektirmeyen, kendi ucu ile ayrı bir referans mikroelektrot yer ihtiyacıdır. Son olarak, iki namlulu Mikroelektronlar konsantrik elektrotlar için mümkün değildir, aynı zamanda 28, iki farklı iyon türü tespitine olanak sağlayan, üçlü namlulu tasarım uzatılabilir. En yaygın tuzaklar Verimsiz silanizasyon. Herhangi bir sıvı-sens imalatında en önemli adım, ve asıl engelya göre iyon seçici mikroelektrot silanizasyon işlemdir. Elektrotlar spesifik iyon konsantrasyonuna değişikliklere yanıt, ya da bir alt Nernst cevabı (on kat konsantrasyon farkı başına, yani iyi az 58 mV) ile yanıt başarısız olduğunda, silanizasyon kötü etkinliği genellikle nedenidir. Atmosferik nem yaz veya kış yükseklikte koşulları tipik, çok yüksek veya çok düşükse Bizim tecrübelerimize göre, bu sırasıyla oluşabilir. Oda nem üzerinde bir miktar kontrol uygulamak için mümkün değilse, bu sorunlar aşılabilir. Elektrot direnci çok yüksektir. Gerekirse, iyona duyarlı bir kovanın direnci Kaynak ağzı azaltılabilir. Bu amaçla, bir kaç saniye için su içinde süspansiyon haline getirilmiş, bir aşındırıcı maddenin kuvvetli jet olan ucu maruz. Bu, upmost ucu kırmak ve istenen değere daha düşük direnci neden olur. Tuz köprüler. Tuziyon ve referans varil arasında köprüler zayıf ya da hiç tepki vermeyen elektrotlar neden ve dolayısıyla da büyük ölçüde kalibrasyon performanslarını karıştırabilir. (Nokta 1.6 bkz.) Yukarıda da belirttiğimiz gibi, bu çift namlulu teta cam seçilir bir sorun esas olmakla birlikte, burada açıklanan ofset, bükülmüş varil tekniğini kullanırken nadir görülen bir durumdur. Akılda imalat kolaylığı sayesinde, Lux 29 orijinal çift namlulu tasarım genellikle karlı kullanılabilir. Bu yöntem aynı zamanda ucu ile, iyon değiştirici katılmasıyla, aşağıdaki, tuz çözeltileri, ucu olan emme ve çıkarma ile silan çözeltisine hızlı bir pozlama ile iyonu ve referans varil ön doldurma kullanır (30,31 bakınız) . Bu elektrotlar yaklaşık 10 dakika içinde imal, ama onların uç boyutu genellikle 4 mm veya daha fazla ve onlar bir deney sırasında başarısız daha yatkındır edilebilir. Bunun aksine, bu silanizasyon yöntemleri silan buhar ve ısı maruz kalınmasınıing küçük günler süren ipuçları ve bazen haftalık elektrotları üretebilir. Birlikte ele alındığında, birçok protokoller vardır ve iyon seçici Mikroelektronlar hazırlamak için nasıl yaklaşır. Burada, yakın% 100 genel başarı oranı ile, bizim laboratuarlarımızda iyi ve güvenilir çalışması bükümlü namlulu çift olarak konsantrik Mikroelektronlar imalatı için iki ana süreçleri de tarif etmiştik. Önemli olarak, bu teknikler, pH veya kalsiyum iyonları da dahil olmak üzere, diğer türler, ölçülmesi de aktarılabilir, ve aynı zamanda, genel olarak sıvı ile dolu boşlukların veya sıvıları da dahil olmak üzere beyinde dışında preparatlar için de geçerli olacaktır. Son fakat en az değil, iyon seçici Mikroelektronlar hücrelerin içinde iyon konsantrasyonlarının tespitine imkan. Nispeten büyük bir uç boyutu (~ 1 mm) arasında olduğundan, bu, bununla birlikte, omurgasız preparasyonlar 28,32 bulunan gibi yalnızca örneğin büyük bir hücre gövdesi, hücrelerde mümkün.

An author's middle initial was omitted from the publication, <a href="http://www.jove.com/video/53058/double-barreled-concentric-microelectrodes-for-measurement">Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue</a>. The author&#39;s name has been updated to:
Christine R. Rose
from:
Christine Rose

A correction was made to Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue.

Erratum: Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue

Electrical signaling in the brain is based on the flux of ions across plasma membranes. Major ion movements into and from the extracellular space are not only mediated by passage through voltage-gated ion channels, but also by postsynaptic ionotropic receptors as well as ion transporters. Neuronal activity is thus accompanied by complex changes in the extracellular concentration of all major ions 1. For example, influx of sodium into neurons during excitatory activity has been shown to result in a decrease in the extracellular sodium concentration ([Na+]o) 2. The same holds true for the extracellular calcium concentration because calcium ions rapidly enter both pre- and postsynaptic structures 3. At the same time, potassium moves the opposite way and this mediates an increase in the extracellular potassium concentration ([K+]o) in the low mM range 4,5. Synaptic activity also causes changes in extracellular pH that are partly mitigated by concomitant glial membrane fluxes that change intraglial pH 6,7. These activity-related changes in extracellular ion concentrations have significant functional consequences. For example, even small increases in [K+]o depolarize neurons as well as glial cells thereby altering neuronal excitability, and several mechanisms exist to remove excess potassium 8. Failure of these may result in epileptiform activity of neurons or phenomena like spreading depression 1. 
Because of their critical importance, quantitative determination of extracellular ion concentrations is often necessary and required to understand the function and dysfunction of neural networks under physiological and pathophysiological conditions. For decades, double-barreled ion-selective microelectrodes have proven to be excellent tools for such measurements in brain tissue 9. For many ions, highly specific sensors with low cross-reactivity for other ions are available. In addition to the classical double-barreled electrodes, so-called concentric electrodes were recently introduced. The latter provide a superior time resolution, but take a little more time and effort to construct 10. 
In the following, we will describe the preparation and calibration of these two types of ion-selective microelectrodes. We then show how these electrodes can be employed in brain slice preparations for measurement of changes in [K+]o or [Na+]o induced by excitatory activity following different stimulation paradigms including bath and pressure application of drugs.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Abrasive&#160;&#160;</td>
			<td>MicroPolish&#160;</td>
			<td>Buehler GmbH</td>
			<td>Dissolved in A.dest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate-glass capillaries</td>
			<td>1405059</td>
			<td>Hilgenberg</td>
			<td>Application pipette; 75 mm x 2 mm, wall thickness 0.3 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GC 150 F-15&#160;</td>
			<td>Clark Electromedical Instruments, Harvard Apparatus</td>
			<td>For the sensor of double-barreled microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GC100-F-15</td>
			<td>Clark Electromedical Instruments, Harvard Apparatus</td>
			<td>For the reference of double-barreled microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GB-200TF-15&#160;</td>
			<td>Science Products</td>
			<td>Concentric, outer channel. o.d. 2.0 mm&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GB-120TF-10</td>
			<td>Science Products</td>
			<td>Concentric, inner channel. o.d. 1.2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digidata</td>
			<td>1322A</td>
			<td>Axon Instruments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrometer amplifier with headstage</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Rin = 10T&#937; and Ibias=50fA-1pA (commercially available&#160; alternatives: e. g. Dagan IX2-700, with headstage (10 Gig feedback resistor) or EPMS-07, NPI, Tamm, Germany)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental chamber</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Commercially available from e.g.&#160; Warner Instruments,USA;&#160; Scientifica, UK</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Furnace</td>
			<td></td>
			<td>Heraeus</td>
			<td>Must stay constant at 200&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hard sticky wax / dental wax&#160;</td>
			<td>Deiberit 502&#160;</td>
			<td>Siladent Dr. Boehme &#38; Schoeps GmbH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Must stay constant at 40&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microelectrodes holder made of plexiglas</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Double-barreled: o.d.&#160; capillaries 1.5 mm, concentric: o.d.&#160; capillaries 2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td></td>
			<td>Leitz</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td>MD4R</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo microscope</td>
			<td>M205C</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective</td>
			<td>Plan 0.8xLWD</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette puller</td>
			<td>Model PP-830</td>
			<td>Narishige</td>
			<td>Concentric microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette puller</td>
			<td>Model P-97</td>
			<td>Sutter Instruments&#160;</td>
			<td>Sensor of concentric microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pneumatic drug ejection system</td>
			<td>Picospritzter Type II</td>
			<td>General Valve TM Corporation</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Travel dovetail stage</td>
			<td>DT 25/M</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Two-component glue</td>
			<td>&#160;Araldite</td>
			<td>Huntsman advanced materials GmbH</td>
			<td>One may also use a small stripe of aluminum foil to stick the capillaries together&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silverwire</td>
			<td>99.9%&#160;</td>
			<td>Wieland Edelmetalle</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slicer / Vibratome</td>
			<td>Microm HM 650 V</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td>AxoScope 8.1&#160;</td>
			<td>Axon Instruments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vertical puller&#160;</td>
			<td>Type PE-2</td>
			<td>Narishige Scientific Instruments</td>
			<td>With a revolvable chuck for&#160; double-barreled microelectrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>x/y translational stage</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of Compound</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1(S),9(R)-(&#8722;)-Bicuculline methiodide</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>14343</td>
			<td>Competitive antagonist of GABAA receptors (light-sensitive); CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNQX</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>C-127</td>
			<td>AMPA/kainate receptor antagonist; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>D5879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DL-AP5</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J64210</td>
			<td>NMDA receptor antagonist; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexamethyldisilazane (HMDS)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>440191</td>
			<td>CAUTION: Flammable, acute toxicity (oral, dermal, inhalation) and corrosive to metals and skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Aspartic acid</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>A9256</td>
			<td>Activates NMDA and non-NMDA and EAATs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamic acid monosodium salt hydrate</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>G1626</td>
			<td>Activates NMDA-R, AMPA-R, QA-R and KA-R),&#160; mGluRs and EAATs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium ionophore I - cocktail B</td>
			<td>Fluka&#160;</td>
			<td>60403</td>
			<td>Based on valinomycin; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium ionophore II - cocktail A</td>
			<td>Fluka&#160;&#160;</td>
			<td>71178</td>
			<td>Based on ETH 157</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TTX</td>
			<td>Ascent Scientific</td>
			<td>Asc-055</td>
			<td>Inhibitor of voltage-dependent Na+ channels; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water, ultra pure</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>W3500&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

double-barreled and concentric microelectrodes for measurement of extracellular ion signals in brain tissue

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular concentration of all major ions. As these ion shifts bear significant functional consequences, their quantitative determination is often required to understand the function and dysfunction of neural networks under physiological and pathophysiological conditions. In the present study, we demonstrate the fabrication and calibration of double-barreled ion-selective microelectrodes, which have proven to be excellent tools for such measurements in brain tissue. Moreover, so-called &#8220;concentric&#8221; ion-selective microelectrodes are also described, which, based on their different design, offer a far better temporal resolution of fast ion changes. We then show how these electrodes can be employed in acute brain slice preparations of the mouse hippocampus. Using double-barreled, potassium-selective microelectrodes, changes in the extracellular potassium concentration ([K+]o) in response to exogenous application of glutamate receptor agonists or during epileptiform activity are demonstrated. Furthermore, we illustrate the response characteristics of sodium-sensitive, double-barreled and concentric electrodes and compare their detection of changes in the extracellular sodium concentration ([Na+]o) evoked by bath or pressure application of drugs. These measurements show that while response amplitudes are similar, the concentric sodium microelectrodes display a superior signal-to-noise ratio and response time as compared to the double-barreled design. Generally, the demonstrated procedures will be easily transferable to measurement of other ions species, including pH or calcium, and will also be applicable to other preparations.

<html> Izlemek için [K +] o ve oluşan değişimler uyarıcı aktiviteye karşılık olarak, iki namlulu bir potasyum seçici mikroelektrot CA1 stratum radiatum sokulmuştur. Birkaç dakika Impalement sonra elektrot iyon seçici varil yaklaşık 2,8 mM, kullanılan ACSF [K +] yakın bir değere (o kadar [K +] tekabül eden, kararlı bir taban çizgisi (Şekil 7A) ulaşıldığında 2,5 mM). 10 sn için 0,5 mM glutamata Banyo uygulaması ~ 0.7 mM (Şekil 7A) tutarında taban altında undershoot, sonra, 4 mM o [K +] bir döner artışa neden. 0.4, 0.3, glutamat konsantrasyonunun azaltılması, ve 0.2 mM geçici bir artış ve [K +] o (Şekil 7A) içinde undershoot iki genliği karşılık gelen bir azalmaya yol açtı. OAD / 53058 / 53058fig7.jpg &quot;/&gt; Şekil uyarıcı aktiviteye karşılık olarak 7. Hücre dışı potasyum geçici. (A): [K +] o geçici, gösterildiği gibi 10 sn için glutamat farklı konsantrasyonlarda banyo uygulaması ile uyarılan taban altında undershoot ardından bir artış, aşağıdakilerden oluşan. (B) glutamat reseptör blokerleri ile perfüzyon Etkisi (CNQX, 100 uM; APV, 100 uM) ile tetrodotoksine (TTX 0.5 uM) [K +] o geçici 10 sn için 0,5 mM glutamat banyo uygulaması ile uyarılan. 0mg 2 + / BIC varlığında (C) kendiliğinden [K +] o geçişler. Ac gösterilen deneyler çift namlulu elektrotlar kullanılarak yapıldı. Gösterim amacıyla, izleri Sawitzky-Golay filtresi (genişlik 20) ile düzeltti bulundu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53058/53058fig7large.jpg" target="_blank">Cl Lütfen</a>Bu rakamın büyük halini görmek için buraya ick. Daha önce deneyler glutamat kaynaklı [K +] o sinyalleri belirgin TTX uygulama sırasında değişmiş olmadığını göstermiştir ve dolayısıyla voltaj kapılı sodyum kanalları ve nöronal aksiyon potansiyeli nesil 15,16 açılması büyük ölçüde bağımsız olması. Glutamata karşılık olarak gözlenen [K +] o değişikliklerin altında yatan mekanizmaları incelemek için, glutamat reseptör blokerleri, yani CNKX (100 uM; AMPA alıcılarının engelleyici) uygulanmış ve APV (100 uM; NMDA reseptörlerinin bloke) varlığında, TTX (0.5 uM). (Şekil 7B, örneğin 17), bu bloker banyo perfüzyon üzerine, glutamat kaynaklı [K +] değişikliklerden o önce bildirildiği gibi iyonotropik glutamat reseptör kanallarının açılması bağımlılığını teyit neredeyse mülga idi. Bundan başka t göstermek içinhücre-dışı üretimi için glutamaterjik uyarma o ilgisi [K +] sinyalleri, dilimler nominal Mg2 + içermeyen salin 10 uM bicuculline metiyodid (0mg 2 + / BIC) içeren perfüze edildi. Bu NMDA reseptörlerinin voltaja bağımlı Mg2 + -blok azaltır ve (örneğin 18,19) ağ spontan tekrarlayan epileptiform activity neden GABA A reseptörleri bloke ederek inhibe azaltır. Beklendiği gibi 20, kendiliğinden, tekrarlayan [K +] o geçici, yaklaşık 1.5 mM tutarında 0mg 2 + / BIC salin (Şekil 7C) &#39;de tespit edilmiştir. 0.2 bir ortalama amplitüdü olan, bu tepkiler arasında, daha küçük bir [K +] o geçici olarak mM (Şekil 7C) oluştu. Deneylerin ikinci setinde, biz uygulanması ile uyarılmış [Na +] o değişiklikleri belirlemek için [Na +] -duyarlı Mikroelektronlar kullanılanglutamat agonistleri. Burada, biz de iki farklı uygulama paradigmaları kullanan çift namlulu ve konsantrik Mikroelektronlar tepki özelliklerini karşılaştırdık. [Na +] -duyarlı Mikroelektronlar yaklaşık 50 uM&#39;lik bir derinlikte stratum radiatum içine yerleştirilmiştir. Stabil bir temel çizgisi elde edildikten sonra, glutamat agonistinin L-aspartat (2,5 ml / dakika ile 10 mM, 120 saniye, Banyo perfüzyonu) Banyo perfüzyonu başına uygulanmıştır. Daha önce 21 gözlendiği gibi, aspartat uygulama yaklaşık 5 dakika sürmüş ve daha sonra taban çizgisine geri (Şekil 8A) kurtarmak için başladı yaklaşık 15 mM ile o [Na +] yavaş bir düşüşe neden olmuştur. Her iki elektrot ile belirlenir: [Na +] o sinyalleri zirve amplitüdleri ve kinetiği bu koşullar altında hemen hemen aynı ise Özellikle, konsantrik elektrotlar daha stabil bir taban çizgisi ve gürültü seviyesini azaltır (Şekil 8A) arzetmiştir. R test etmek için<html> Daha hızlı bir uygulama paradigma altında farklı elektrot özelliklerini esponse biz iyon seçici mikroelektrot ucundan 20-40 um&#39;lik bir mesafe stratum radiatum yerleştirilmiş ince bir cam pipet ile glutamat uygulanan basınç. 21 Beklendiği gibi, 200 ms için glutamat uygulama (10 mM) [Na +] o (Şekil 8B) bir düşüşe neden oldu. [Na +] o düşüş zirve genlikleri elektrotların her iki tip için de aynı aralıkta idi (:;: 19.1 mM, n = 15 - - 2,0 konsantrik 13.5 mM, n = 14 4.5 çift namlulu). Ancak yavaş Banyo perfüzyonu (yukarıya bakınız), sinyal-gürültü oranı değil, aynı zamanda iki elektrot tip tespit [Na +] o sinyallerinin zaman tabii sadece elde edilen sonuçların aksine önemli ölçüde farklılık göstermiştir. Zirveye ortalama süre konsantrik Mikroelektronlar için namlulu çift ve sadece 1,3 saniye 3.5 saniye idi. ve_content &quot;&gt; Bu nedenle, bu sonuçlar, ve genel eş çift namlulu Na + -seçici Mikroelektronlar hızlı tepki kinetikleri onaylamak (bakınız Şekil 6C ve 8B), aynı zamanda Ca + 2 ve not edildi pH-seçici muadilleri 10 . Kısa patlama sinaptik stimülasyonu hızlı sinaptik kaynaklı iyon transientleri uyandırmak için yapıldığı eski çalışmada, aksine, sadece bir eğilim, ama bizim uygulama ile konsantrik ve çift namlulu elektrotlar arasındaki ortalama pik amplitüdlerinde anlamlı bir fark yoktu paradigması. Bu nedeni muhtemelen sonuç olarak iki (20-40 um) &#39;in bir faktör ile farklılık iyon seçici mikroelektrot ucu ve uygulama pipet mesafe, hedef bölgede maksimum glutamat konsantrasyonu zirve amplitüdlerinde varolan herhangi bir fark tıkayan, farklı deneylerde aynı değildi. (A) Üst izleri: volta DeğişimBir çift namlulu elektrodun (siyah noktalı iz) ve banyo Na + konsantrasyonu değişikliklere tepki olarak konsantrik elektrot (gri iz) referans varil (V ref) ve ge ([Na +] b) gösterildiği gibi. Her iki elektrot voltaj tepkileri hemen hemen aynı olduğuna dikkat edin. Alt izleri: iki namlulu bir elektrot (siyah iz) ve [Na +]; b değişikliklere karşılık olarak bir eş-elektrot (gri iz) Na + -potansiyel (V Na +) gerilim değişiklikler. Her iki elektrot V Na + karşısında B (b) [Na +], yan-logaritmik çizimleri. Verilerin Lineer araziler her iki elektrot için yaklaşık 48 mV eğim ortaya koymaktadır. 70 mM 152 mM ila b çift namlulu (siyah iz) V Na + (C) Müdahale ve [Na +] hızlı bir değişime konsantrik elektrot (gri iz). Konsantrik elektrodun tepki süresi önemli ölçüde fas olduğunu unutmayınter. Gösterim amacıyla, izleri Sawitzky-Golay filtre ile düzeltti edildi (genişlik 20). <img alt="Şekil 8" src="/files/ftp_upload/53058/53058fig8.jpg" /> Şekil 8: çift namlulu ve konsantrik elektrotlar ile tespit edilen hücre dışı sodyum geçici. (A) Geçici V ref değişiklikler ve [Na +] bar belirtildiği gibi o 120 saniye boyunca 10 mM aspartat ile banyo perfüzyon tarafından uyarılan. Üst izleri iki namlulu bir elektrot ile gerçekleştirilen bir kayıt, düşük değerli izleri eşmerkezli elektrot kullanılarak kaydedildi göstermektedir. (B) ok ile gösterilen şekilde 0.2 sn için 10 mM glutamat yerel basınç uygulaması ile uyarılan o V ref ve [Na +] Geçici değişir. Üst izleri iki namlulu bir elektrot ile gerçekleştirilen bir kayıt, düşük değerli izleri eşmerkezli elektrot kullanılarak kaydedildi göstermektedir.Noktalı kırmızı çizgiler onun maksimum sinyal başlangıcı arasındaki dönemde doğrusal uyuyor temsil etmektedir. Eşmerkezli elektrot yanıt süresi bu koşullar altında çok daha hızlı olduğunu not edin. Gösterim amacıyla, izleri Sawitzky-Golay filtresi (genişlik 20) ile düzeltti bulundu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53058/53058fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue at JoVE.com

Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue

We demonstrate the fabrication, calibration and properties of two types of ion-selective microelectrodes (double-barreled and concentric) for measurement of ion concentrations in brain tissue. These are then used in the mouse hippocampal slice preparation to show that excitatory activity changes both extracellular potassium and sodium concentrations.

Beyin Dokusu Ölçme Ekstraselüler Ion Sinyalleri için Çift namlulu ve Konsantrik Mikroelektronlar

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular ...

double-barreled-concentric-microelectrodes-for-measurement

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.4K Görüntüleme.  Heinrich Heine University Düsseldorf. We demonstrate the fabrication, calibration and properties of two types of ion-selective microelectrodes (double-barreled and concentric) for measurement of ion concentrations in brain tissue. These are then used in the mouse hippocampal slice preparation to show that excitatory activity changes both extracellular potassium and sodium concentrations. 