一种使用自制可编程输出频率伏安表进行TEER测量的简便方法

自20世纪80年代以来，跨上皮电阻力的测量已被用于确定细胞培养中上皮单层的汇合度和屏障功能。该技术的基础是四端传感法，通过不同的电极对分别施加电流和检测电压，从而实现更精确的测量。目前有多种 commercially available 设备可用于测量跨上皮阻抗，尽管这些设备使用简便且可靠性高，但仍存在一些缺点，例如输出频率不可转换以及价格昂贵。

因此，我们展示了如何构建一种经济高效且可编程的伏安计。首先，我们将介绍如何使用市售设备进行TEER测量。为此，我们已在Transwell小室的滤膜（孔径为3 µm）上培养了一层脉络丛上皮乳头状瘤细胞。

该体系已被Schroten等人描述为血-脑脊液屏障的体外模型。现在，将一根筷子状电极连接至上皮细胞伏安计。

打开设备并设置为测量电阻模式。将电极在80%乙醇中灭菌，随后在适当的培养基中平衡。所测得的阻抗将作为参考值，用于评估后续组装的伏安计的可靠性。

在此示例中，我们记录的阻抗为 680 欧姆。让我们首先组装一个具有可编程输出频率的低成本伏安表。首先，您需要一个标准的 USB 充电器和一条 USB 延长线，作为五伏直流电源。

接下来将使用带 USB 接口的开发板上的 8 位微控制器产生方波电流。使用四根带香蕉插头的电缆连接两台标准万用表，以测量电压和电流。请确保万用表能够以真有效值（TrueRMS）测量范围在若干微安（microamperes）内的电流。

标准电话线缆上可找到一个RJ14母头连接器。请确保该连接器具有六个引脚，且至少内侧四个引脚已接线。最后，您还需要一些标准设备，例如我们的线缆、灯座端子、一个120千欧姆电阻，以及一些工具，如绝缘剥线钳、压线钳、导线端套管和电烙铁。

该设备的组装方式与布局图中所示完全一致。首先，将USB延长线连接到微控制器上。在正常运行期间，设备由一个5伏直流USB充电器供电，该充电器可方便地连接至个人计算机以进行编程。

两条电缆的一端剥去绝缘层，并压接上线端套管。另一端直接焊接到微控制器的第0和第2引脚，或焊接到焊片上，再将焊片夹在相应的引脚上。接着，供电电缆被连接到接线端子上。

第一个万用表用于测量电流，需与120千欧姆电阻和通电的筷子电极串联连接。此设置可确保输出电流受到限制，因此测量不会影响细胞的存活率。电话延长线的四根导线已拆开，并如前所示压接至针形端子。

电缆制备完成后，需要测试导体和引脚的连通性。在本示例中，引脚3至6分别连接白色、棕色、绿色和黄色导体。现在引脚5和6（即绿色和黄色导体）连接至灯头接线端，以向外部电极对施加电压。

最后，您需要将第二个万用表连接到第三和第四引脚，即在本示例中连接到白色和棕色导线，该万用表将用于测量跨上皮电压降。我们决定将装置安装在一个廉价的塑料机箱中。在首次使用前，必须对微控制器进行编程。

源代码使用 C++ 编写，可通过 USB 上传。简而言之，将引脚零设置为中心输出模式。开启后，函数循环将开始交替输出接地和正五伏电压，其间具有可变延迟。

在本示例中，我们采用了 40 毫秒的理论半周期振荡时间。让我们看看测量结果与之前获得的参考值相比如何。将筷子电极重新放置到最近组装的伏安计上。

该设备的启动分为三个步骤：即插入USB充电器，将左侧万用表切换至交流电压测量模式，以及将第二台万用表切换至微安档。请注意，必须明确选择交流电流模式。

在此示例中，Transwell滤膜系统的电势下降约为25毫伏，同时记录到37.1微安的电流。根据欧姆定律，可轻松计算出电学阻抗为674欧姆，该值非常接近680欧姆的参考值。我们已证明，测量值在0至1.8千欧姆范围内具有良好的可靠性。

因此，所描述的伏安计既可用于初步实验，也可用于后续研究。然而，如果您的结果拟发表，建议通过测量分子跨相应细胞层的通量来验证数据。