Engineering Biocompatible Interfaces via Combinations of Oxide Films and Organic Self-Assembled Monolayers

材料科学 表面改性 三乙氧基硅烷 单层 硅烷 自组装单层膜 纳米技术 氧化物 粘附 化学工程 冶金 复合材料 工程类
作者
Xiaobo Yuan,Nikolaus Wolf,Timm J. J. Hondrich,Pegah Shokoohimehr,Frano Miloš,Manuel Glass,Dirk Mayer,Vanessa Maybeck,Michael Prömpers,Andreas Offenhäusser,R. Wördenweber
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (14): 17121-17129 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.0c02141
摘要

In this paper, we demonstrate that cell adhesion and neuron maturation can be guided by patterned oxide surfaces functionalized with organic molecular layers. It is shown that the difference in the surface potential of various oxides (SiO2, Ta2O5, TiO2, and Al2O3) can be increased by functionalization with a silane, (3-aminopropyl)-triethoxysilane (APTES), which is deposited from the gas phase on the oxide. Furthermore, it seems that only physisorbed layers (no chemical binding) can be achieved for some oxides (Ta2O5 and TiO2), whereas self-assembled monolayers (SAM) form on other oxides (SiO2 and Al2O3). This does not only alter the surface potential but also affects the neuronal cell growth. The already high cell density on SiO2 is increased further by the chemically bound APTES SAM, whereas the already low cell density on Ta2O5 is even further reduced by the physisorbed APTES layer. As a result, the cell density is ∼8 times greater on SiO2 compared to Ta2O5, both coated with APTES. Furthermore, neurons form the typical networks on SiO2, whereas they tend to cluster to form neurospheres on Ta2O5. Using lithographically patterned Ta2O5 layers on SiO2 substrates functionalized with APTES, the guided growth can be transferred to complex patterns. Cell cultures and molecular layers can easily be removed, and the cell experiment can be repeated after functionalization of the patterned oxide surface with APTES. Thus, the combination of APTES-functionalized patterned oxides might offer a promising way of achieving guided neuronal growth on robust and reusable substrates.

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