Fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) is an electrochemical sensing technique that can be used for neurochemical sensing with high spatiotemporal resolution. Carbon fiber microelectrodes (CFMEs) are traditionally used as FSCV sensors. However, CFMEs are prone to electrochemical fouling caused by oxidative byproducts of repeated serotonin (5-HT) exposure, which makes them less suitable as chronic 5-HT sensors. Our team is developing a boron-doped diamond microelectrode (BDDME) that has previously been shown to be relatively resistant to fouling caused by protein adsorption (biofouling). We sought to determine if this BDDME exhibits resistance to electrochemical fouling, which we explored on electrodes fabricated with either femtosecond laser cutting or physical cleaving. We recorded the oxidation current response after 25 repeated injections of 5-HT in a flow-injection cell and compared the current drop from the first with the last injection. The 5-HT responses were compared with dopamine (DA), a neurochemical that is known to produce minimal fouling oxidative byproducts and has a stable repeated response. Physical cleaving of the BDDME yielded a reduction in fouling due to 5-HT compared with the CFME and the femtosecond laser cut BDDME. However, the femtosecond laser cut BDDME exhibited a large increase in sensitivity over the cleaved BDDME. An extended stability analysis was conducted for all device types following 5-HT fouling tests. This analysis demonstrated an improvement in the long-term stability of boron-doped diamond over CFMEs, as well as a diminishing sensitivity of the laser-cut BDDME over time. This work reports the electrochemical fouling performance of the BDDME when it is repeatedly exposed to DA or 5-HT, which informs the development of a chronic, diamond-based electrochemical sensor for long-term neurotransmitter measurements in vivo.

Abstract Fast‐scan cyclic voltammetry (FSCV) is a popular approach for real‐time neurochemical sensing. Using a carbon‐fiber microelectrode (CFME), sensitive neurochemical sensing can be achieved in the acute setting with sub‐second resolution for monoamine neurotransmitters. However, to study neuropsychiatric conditions and neurological functions, it is often of interest to perform longitudinal monitoring of neurotransmitters over chronic timepoints. Despite notable successes, there remains substantial room for improvement in chronic neurochemical sensing performance. Electrode fouling and cellular encapsulation that can occur following surgical implantation can lead to diminished sensor performance over time. Additionally, working and reference electrodes can suffer from etching and polarization that can hinder their longevity and stability. Here, this work reviews current challenges facing chronic neurochemical sensors and discusses state‐of‐the‐art advancements in electrode material and device design choices. This work covers how the biological environment can negatively affect sensing performance and how device design can mitigate these effects. This work also provides examples of state‐of‐the‐art electrode technologies that have been developed to improve chronic neurochemical sensing. Improvements in FSCV as a tool for chronic neurotransmitter sensing will open new opportunities to study neurodegenerative and neuropsychiatric diseases, develop feedback systems for neuromodulation, and explore the neurochemical underpinnings of normal brain function and behavior.