组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
人骨髓来源多能间充质干细胞（human bone marrow-derived multipotent mesenchymal stem cells, bmMSC）贴附/铺展/存活及成骨/成脂分化能力；样品基质为 MEM 细胞培养液（含 20% FCS）中的传感器培养孔。
检测原理
bmMSC 接种到互指金电极表面后，细胞贴附、铺展和分化构成无标记识别事件。由于细胞欧姆电阻高于培养基，细胞覆盖电极会减少有效电极面积，使串联电阻 Rser 增加、电容 Cser 略降，从而改变复阻抗实部。RFID 电子标签在 10 kHz、35 mV 正弦激励下读取该界面阻抗，reader unit 输出 Re{Z} 时间曲线。成骨诱导后，细胞分泌细胞外基质并钙化，形成绝缘层，阻抗持续升高；成脂诱导后，胞内脂滴积累使细胞变圆，细胞-基底及细胞间接触减弱，电流更易通过细胞下方或间隙，阻抗下降。该机制将细胞形态与分化状态转换为连续电学信号。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该 RFID 互指阻抗传感器可重复使用，并在无菌培养箱中连续监测数天至数周。接种 50,000 个 bmMSC 后，27 h 内阻抗随贴附与铺展变化，约 24 h 后稳定。6 天培养中，通电与断电传感器间细胞死亡比例无显著差异，表明 35 mV、10 kHz 电场对 MSC 存活基本无扰动。成骨或成脂诱导 24 h 后阻抗谱与对照明显不同；成骨组 7 天阻抗升高，18 天 Alizarin red S 验证钙化；成脂组 12 天 Oil Red O 验证脂滴。qRT-PCR 在 3、6、14 天检测 ALPL、SPP1、FABP4、LPL，碱性磷酸酶活性在 3、5、7、10 天升高。相比传统终点法需数周，本方法数天内评估分化潜能，适用于 GMP 质量控制。未报告 RSD、回收率或选择性指标。
传感器的构成
- 基底：0.5 mm AF45 玻璃基底（Schott AG），承载电极并作为细胞培养表面
- 粘附层：10 nm 钛（Ti）溅射层，增强金电极与玻璃基底结合
- 换能电极：150 nm 金（Au）互指梳状电极（IDEs），指宽与间隙均为 50 μm，面积 1.8 mm×2 mm，施加交流电场并测量阻抗
- 培养腔：PDMS（polydimethylsiloxane）漏斗成型孔，提供细胞培养微环境并容纳培养基
- 识别元件：人骨髓来源多能间充质干细胞（bmMSC）贴壁细胞层，作为无标记全细胞识别对象
- 无线传感模块：RFID 电子标签（CellMonitor），无电池无线传输能量与数据
- 读出装置：RFID reader unit 与专有软件，施加 35 mV、10 kHz 正弦信号并采集阻抗
中文摘要
能够无标记测量贴壁细胞层阻抗的生物传感器系统被认为是监测特定生物学特性的有力工具。本研究采用基于射频识别（RFID）的传感器平台，对人骨髓来源多能干细胞（bmMSC）的培养和分化进行数天至数周的表征。通过在玻璃基底上制备敏感元件实现电细胞-基底阻抗传感，每个元件包含两个梳状互指金电极，覆盖面积 1.8 mm×2 mm。传感系统置于 6 孔组织培养板孔中，叠放在读取单元上，可在无菌条件下操作。连续测量采用 35 mV 正弦电压和 10 kHz 频率。接种人 bmMSC 后，该传感器能够追踪与细胞铺展和贴附相关的显著阻抗变化。可重复使用系统被证明适用于细胞-基底附着活体检测或长达数周的连续细胞监测。与需要数周培养时间的现有方案相比，bmMSC 培养中成骨或成脂分化的诱导可在数天内得到验证。在符合 GMP 的医学细胞生产背景下，本文报道的互指电微传感器技术能够以快速、高效和可靠的方式记录 MSC 质量。
英文摘要
Biosensor systems which enable impedance measurements on adherent cell layers under label-free conditions are considered powerful tools for monitoring specific biological characteristics. A radio frequency identification-based sensor platform was adopted to characterize cultivation and differentiation of human bone marrow-derived multipotent stem cells (bmMSC) over periods of up to several days and weeks. Electric cell-substrate impedance sensing was achieved through fabrication of sensitive elements onto glass substrates which comprised two comb-shaped interdigitated gold electrodes covering an area of 1.8 mm×2 mm. The sensing systems were placed into the wells of a 6-well tissue culture plate, stacked onto a reader unit and could thus be handled and operated under sterile conditions. Continuous measurements were carried out with a sinusoidal voltage of 35 mV at a frequency of 10 kHz. After seeding of human bmMSC, this sensor was able to trace significant impedance changes contingent upon cell spreading and adhesion. The re-usable system was further proven suitable for live examination of cell-substrate attachment or continuous cell monitoring up to several weeks. Induction of either osteogenic or adipogenic differentiation could be validated in bmMSC cultures within a few days, in contrast to state-of-the-art protocols, which require several weeks of cultivation time. In the context of medical cell production in a GMP-compliant process, the here presented interdigitated electric microsensor technology allows the documentation of MSC quality in a fast, efficient and reliable fashion.