高速スキャンサイクリックボルタンメトリー

高速スキャンサイクリックボルタンメトリー（ FSCV ）は、非常に高いスキャン速度（最大1 × 10 ⁶  V · s ⁻¹）。^[1]高いスキャン速度の適用により、数ミリ秒以内にボルタモグラムを迅速に取得でき、この電気分析技術の高い時間分解能が保証されます。10 Hzの取得速度が日常的に採用されています。

FSCVは炭素繊維マイクロ電極と組み合わせることで、生物系における神経伝達物質、ホルモン、代謝産物の検出法として非常に普及しました。 ^[2]当初、FSCVは、クロム親和性細胞（アドレナリンとノルアドレナリン）、脳切片（5-HT、ドーパミン、ノルエピネフリン）、および麻酔下または覚醒して行動している動物（ドーパミン）における電気化学的に活性な生体アミン放出の検出に効果的に使用されました。この方法のさらなる改良により、ラットとマウスの生体内で5-HT、HA、ノルエピネフリン、アデノシン、酸素、pH変化を検出できるようになり、ショウジョウバエのドーパミンとセロトニンの濃度も測定できるようになりました。

高速スキャンサイクリックボルタンメトリー（FSCV）では、小さな炭素繊維 電極（マイクロメートルスケール）を生きた細胞、組織、または細胞外スペースに挿入します。^[3] 次に、電極を使用して三角波のように電圧をすばやく上げ下げします。電圧が適切な範囲（通常、±1ボルト）にある場合、対象の化合物は繰り返し酸化および還元されます。これにより、溶液中の電子の移動が発生し、最終的に小さな交流電流（ナノアンペアスケール）が生成されます。^[4] 結果として得られる電流からプローブによって生成されたバックグラウンド電流を差し引くことで、各化合物に固有の電圧対電流プロットを生成することができます。^[5]電圧振動の時間スケールはわかっているので、これを使用して、時間の関数として溶液中の電流のプロットを計算できます。各酸化還元反応で移動する電子の数がわかっていれば、化合物の相対濃度を計算できます。

化学的特異性、高解像度、非侵襲性プローブなどの利点により、FSCVは生体内で変化する化学物質の濃度を検出するための強力な手法となっています。^[3] FSCVの化学的特異性は還元電位に由来します。すべての化合物には固有の還元電位があるため、交流電圧を設定して特定の化合物を選択することができます。[ ^5] その結果、FSCVはカタコールアミン、インドールアミン、 神経伝達物質などのさまざまな電気的に活性な生物学的化合物の測定に使用できます。 ^[3]アスコルビン酸、酸素、一酸化窒素、水素イオン（pH ） の濃度変化も検出できます。^{[2] 1つの化合物が正の酸化還元電位を持ち、もう一方が負の酸化}還元電位 を持つ限り、複数の化合物を同時に測定することもできます。高解像度は、高速スキャン速度と呼ばれる非常に高速で電圧を変更することによって実現されます。FSCVのスキャン速度は1秒未満で、化合物の酸化と還元はマイクロ秒単位で行われます。 FSCV のもう一つの利点は、生体内で使用できることです。一般的な電極は、直径数マイクロメートルの小さな炭素繊維針で構成されており、生体組織に非侵襲的に挿入できます。^[2] 電極のサイズにより、非常に特定の脳領域をプローブすることもできます。そのため、FSCV は生体の化学変動を測定するのに効果的であることが証明されており、いくつかの行動研究と組み合わせて使用​​されています。

許容電圧および電流範囲は、FSCV の一般的な制限です。まず、電位は水の電気分解の電圧範囲内にとどまらなければなりません (Eo = ± 1.23)。さらに、細胞溶解および細胞脱分極を避けるために、結果として生じる電流は低く抑える必要があります。^[4] 高速スキャンサイクリックボルタンメトリーは、差分測定のみを行うという点でも制限があります。測定される電流はバックグラウンドに対する相対値のみであるため、安静時の濃度を定量化するために使用することはできません。これは、基礎電流レベルが pH などの要因に大きく影響されるため、長期間にわたってこれらの値がドリフトする傾向があることが一因です。電極の使用年数も重要であり、プローブは使用期間が長くなるほど精度が低下する傾向があります。

この技術も電気的に活性な化合物の濃度の定量化に限定されており、生物系内の特定の分子にのみ使用できます。それにもかかわらず、電気活性基質を持つ非電気酵素のレベルを測定する方法が開発されています。^[4] しかし、このシナリオでは、電極プローブもデータ解像度の制限要因になります。電気活性基質を測定する場合、プローブは対応する酵素でコーティングされることがよくあります。酵素が異なる基質と相互作用するのを避けるために、電極は特定の種類のイオンに対して選択フィルターとして機能するポリマーでもコーティングされます。ただし、このポリマーが追加されると、電圧スキャンを行うことができる速度が低下し、実質的にデータ解像度が低下します。

FSCVは、1nMまでの感度で哺乳類の脳内のドーパミン濃度の変化をリアルタイムで監視するために使用されます。^{[6] 10Hzの取得速度}を使用すると、神経伝達物質の放出とクリアランスのダイナミクスをサンプリングするのに十分な速さです。D1およびD2受容体作動薬および拮抗薬（ラクロプリド、ハロペリドール）、ドーパミントランスポーター 阻害剤（コカイン、ノミフェンシン、GBR 12909）などのドーパミン作動薬の薬理作用は、FSCVで評価できます。高速取得速度により、行動中のドーパミンのダイナミクスを研究することもできます。

精神刺激薬（コカイン、アンフェタミン、メタンフェタミン）、オピオイド（モルヒネ、ヘロイン）、カンナビノイド、アルコール、ニコチンがドーパミン神経伝達と薬物依存症の発症に及ぼす影響をFSCVを用いて研究した。

ドーパミンは学習、目標指向行動、意思決定を媒介する主要な神経伝達物質です。FSCVを投与された行動中の動物の体内でのドーパミン濃度をモニタリングすると、脳の意思決定プロセスのドーパミンコーディングが明らかになります。^{[7] [8]}

FSCV は、クロマフィン細胞からのノルアドレナリンとアドレナリンの放出、肥満細胞からのセロトニンの放出、脳スライスにおける 5-HT の放出、麻酔をかけたげっ歯類とショウジョウバエの脳における 5-HT の放出、麻酔をかけた自由に動くげっ歯類の脳におけるノルエピネフリンの放出の動態を研究するために使用されます。

• バード、AJ; フォークナー、LR (2000)。電気化学的方法：基礎と応用（第2版）。ジョン・ワイリー＆サンズ。ISBN 0-471-04372-9。
• Michael, AC; Borland, LM編 (2007)。神経科学のための電気化学的方法。CRC Press。ISBN 978-0-8493-4075-8。