Proste podejście do wykonywania pomiarów TEER za pomocą samodzielnie wykonanego woltoamperomierza z programowalną częstotliwością wyjściową

Pomiar transnabłonkowej impedancji elektrycznej jest stosowany od lat 80. XX wieku w celu określenia zbiegu i funkcji barierowej monowarstw nabłonka w hodowli komórkowej. Podstawową techniką jest wykrywanie z czterema zaciskami, które wykorzystuje różne pary elektrod przewodzących prąd i wykrywających napięcie w celu uzyskania dokładniejszych pomiarów. Na rynku dostępnych jest kilka urządzeń do pomiaru impedancji przeznabłonkowej, ale pomimo łatwości obsługi i wysokiej niezawodności, istnieją również pewne wady, takie jak nietranslowana częstotliwość wyjściowa i ich drogość.

W ten sposób przedstawiamy, jak zbudować ekonomiczny i programowalny woltomierz. Na początku chcemy pokazać, jak działa pomiar TEER za pomocą dostępnych na rynku urządzeń. W tym celu przeprowadziliśmy hodowlę warstwy komórkowej komórek brodawczaka nabłonkowego splotu naczyniówkowego na filtrach Transwell o wielkości porów wynoszącej trzy mikrometry.

To ustawienie zostało opisane przez Schrotena i wsp. jako model in vitro bariery krew-płyn mózgowo-rdzeniowy. Teraz elektroda pałeczki jest podłączona do nabłonkowego woltomierza amperomierza.

Urządzenie jest włączone i ustawione na pomiar rezystancji. Elektroda jest sterylizowana w 80% etanolu, a następnie równoważona w odpowiednim medium. Impedancja, która ma być mierzona, posłuży jako wartość odniesienia w celu oceny niezawodności woltomierza, który zostanie następnie zmontowany.

W tym przykładzie rejestrujemy impedancję 680 omów. Zacznijmy od montażu niskobudżetowego woltomierza z programowalną częstotliwością wyjściową. Przede wszystkim będziesz potrzebować standardowej ładowarki USB i przedłużacza USB jako pięciowoltowego zasilacza prądu stałego.

8-bitowy mikrokontroler na płytce rozwojowej USB zostanie następnie wykorzystany do wygenerowania prądu o fali prostokątnej. Cztery z wtykami bananowymi są podłączone do dwóch standardowych multimetrów w celu pomiaru napięcia i prądu. Upewnij się, że multimetry są w stanie mierzyć prąd w zakresie niektórych mikroamperów za pomocą TrueRMS.

Żeńskie złącze RJ14 można znaleźć w standardowych telefonicznych. Upewnij się tylko, że złącze ma sześć pinów, z których co najmniej cztery wewnętrzne są okablowane. Wreszcie, będziesz potrzebować standardowego wyposażenia, takiego jak nasze, końcówka połyskująca, rezystor 120 kiloomów i kilka narzędzi, takich jak ściągacze izolacji, narzędzie do zaciskania, końcówki kablowe i lutownica.

Urządzenie jest zmontowane dokładnie tak, jak pokazano na schemacie układu. Na początku rozszerzenie USB jest podłączone do mikrokontrolera. Podczas normalnej pracy jest zasilany przez pięciowoltową ładowarkę USB prądu stałego, którą można łatwo podłączyć do komputera osobistego w celu programowania.

Dwa są odizolowane i zaciśnięte za pomocą końcówek kablowych z jednej strony. Druga strona jest przylutowana albo bezpośrednio do pinu zero i drugiego mikrokontrolera, albo do końcówek lutowniczych, które z kolei są zatrzaskiwane na odpowiednich pinach. Następnie zasilające są podłączane do zacisku połysku.

Pierwszy multimetr będzie służył do pomiaru prądu i jest połączony szeregowo z rezystorem 120 kiloomów i elektrodami przepuszczającymi prąd. Taki układ zapewnia, że prąd wyjściowy jest ograniczony, więc pomiar nie będzie miał wpływu na żywotność ogniwa. Cztery żyły przedłużacza telefonicznego są zdemontowane i zaciśnięte na tulejkach, jak pokazano wcześniej.

Po przygotowaniu należy przetestować ciągłość przewodów i pinów. W naszym przykładzie piny od trzeciego do szóstego są podłączone do białego, brązowego, zielonego i żółtego przewodnika. Teraz piny piąty i szósty, czyli zielony i żółty, są podłączone do zacisku połysku, aby przyłożyć napięcie do zewnętrznej pary elektrod.

Na koniec będziesz musiał podłączyć drugi multimetr, który będzie służył do pomiaru przeznabłonkowego spadku napięcia, do pinów trzeciego i czwartego, czyli w naszym przykładzie do biało-brązowego przewodnika. Zdecydowaliśmy się na montaż instalacji w tanim podwoziu z tworzywa sztucznego. Przed pierwszym użyciem mikrokontroler musi zostać zaprogramowany.

Kod źródłowy jest napisany w języku C+i może być przesyłany przez USB. Krótko mówiąc, przypnij zero do trybu wyjścia środkowego. Po włączeniu pętla funkcyjna zacznie zmieniać się jako piny między masą a plus pięć woltów ze zmiennym opóźnieniem.

W naszym przykładzie użyliśmy teoretycznego czasu półoscylacji wynoszącego 40 milisekund. Zobaczmy, jak wyniki pomiarów wypadają w porównaniu z wartościami referencyjnymi, które uzyskaliśmy wcześniej. Elektroda pałeczki jest przenoszona na ostatnio zmontowany woltomierz amperomierz.

Urządzenie jest włączane w trzech krokach. Oznacza to podłączenie ładowarki USB, przełączenie lewego multimetru na pomiar napięcia AC i przełączenie drugiego multimetru na mikroamper. Zwróć uwagę, że prąd przemienny musi być wybrany wyraźnie.

W tym przykładzie spadek potencjału w systemie filtrów Transwell jest mierzony jako około 25 miliwoltów, podczas gdy rejestrujemy prąd o natężeniu 37,1 mikroampera. Zgodnie z prawem Ohma impedancję elektryczną można łatwo obliczyć przy 674 omach, czyli bardzo blisko wartości odniesienia 680. Wykazaliśmy, że wartości pomiarowe są wiarygodne w zakresie od zera do 1,8 kilooma.

Dzięki temu opisywany woltomierz może być używany zarówno do wstępnych eksperymentów, jak i do dalszych badań. Jeśli jednak Twoje wyniki mają zostać opublikowane, zawsze możesz chcieć poprzeć swoje dane, mierząc strumień cząsteczek w odpowiedniej warstwie komórki.