基于Arduino的低成本可定制跨上皮/内皮电阻(TEER)传感器的开发与应用

本研究针对商业TEER仪器价格昂贵且难以定制的问题，开发了一种基于Arduino的低成本可定制传感器，实现了对上皮/内皮细胞屏障功能(TEER)的稳定连续监测。通过HUVEC和Caco-2细胞模型验证，该设备可准确反映屏障形成与破坏过程，为生物屏障研究提供了经济高效的解决方案。

　　

研究背景与意义
生物屏障功能研究是理解多种疾病机制的关键。上皮和内皮细胞通过紧密连接(Tight Junctions, TJs)形成的选择性屏障，在阿尔茨海默病、炎症性肠病等疾病中常出现功能障碍。传统检测方法如免疫染色耗时耗力，而商业跨上皮/内皮电阻(Transepithelial/Transendothelial Electrical Resistance, TEER)仪器虽能无创监测，但存在价格昂贵(数千欧元)、难以整合到其他实验平台的局限性。

研究设计与方法
研究人员开发了一套基于Arduino微控制器的TEER测量系统，包含3D打印电极支架和定制电路。关键技术包括：(1)采用双极性方波刺激避免电极极化；(2)220 kΩ限流电阻保护细胞；(3)模拟通道(analogReference(INTERNAL))实现毫伏级信号检测；(4)HUVEC和Caco-2细胞模型验证；(5)EGTA诱导屏障破坏实验。

研究结果
3.1 TEER平台设计与验证
系统采用0.5 mm银电极和3D打印支架，通过双极性刺激(50ms正向/100ms反向)消除电荷累积。电阻测量范围0.1-10 kΩ，在NaCl溶液(5-1000 mM)中呈现浓度依赖性响应。

3.4 屏障功能表征
内皮模型：HUVEC细胞的TEER值从第4天的67.39±56.79 Ω/cm²增至第19天的419.5±67.47 Ω/cm²。EGTA处理40分钟后TEER下降至95.58±57.34 Ω/cm²，免疫荧光显示VE-Cadherin表达减少57%。

上皮模型：Caco-2细胞的TEER值从第4天的120.2±50.1 Ω/cm²增至第26天的501±116.3 Ω/cm²。EGTA处理后β-Catenin表达下降74%，与TEER降低趋势一致。

结论与展望
该研究实现了成本仅为商业设备1/10的定制化TEER检测系统(详细对比见原文Table S1)。其创新性在于：(1)通过电极极性反转解决传统直流测量的极化问题；(2)模块化设计兼容Transwell和未来器官芯片(Organs-on-Chip)平台。局限性在于银电极的长期稳定性，未来可探索金、铂或ITO涂层电极改进方案。该技术为屏障研究提供了可扩展的低成本解决方案，特别适用于需要整合多参数检测的微生理系统研究。

（论文发表于《Sensors and Actuators Reports》，作者Davide Lattanzi等未标注单位信息）