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Effect of Functional Groups of Self-Assembled Monolayers on Protein Adsorption and Initial Cell Adhesion
ACS Biomaterials Science & Engineering ( IF 5.4 ) Pub Date : 2018-08-13 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b00795 Abshar Hasan 1 , Sudip K. Pattanayek 2 , Lalit M. Pandey 1
ACS Biomaterials Science & Engineering ( IF 5.4 ) Pub Date : 2018-08-13 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b00795 Abshar Hasan 1 , Sudip K. Pattanayek 2 , Lalit M. Pandey 1
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Surface modification plays a vital role in regulating protein adsorption and subsequently cell adhesion. In the present work, we prepared nanoscaled modified surfaces using silanization and characterized them using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), water contact angle (WCA), and atomic force microscopy (AFM). Five different (amine, octyl, mixed, hybrid, and COOH) surfaces were prepared based on their functionality and varying wettability and their effect on protein adsorption and initial cell adhesion was investigated. AFM analysis revealed nanoscale roughness on all modified surfaces. Fetal bovine serum (FBS) was used for protein adsorption experiment and effect of FBS was analyzed on initial cell adhesion kinetics (up to 6 h) under three different experimental conditions: (a) with FBS in media, (b) with preadsorbed FBS on surfaces, and (c) incomplete media, i.e., without FBS. Various cell features such as cell morphology/circularity, cell area and nuclei size were also studied for the above stated conditions at different time intervals. The cell adhesion rate as well as cell spread area were highest in the case of surfaces with preadsorbed FBS. We observed higher surface coverage rate by adhering cells on hybrid (rate, 0.073 h–1) and amine (0.072 h–1) surfaces followed by COOH (0.062 h–1) and other surfaces under preadsorbed FBS condition. Surface treated with cells in incomplete media exhibited least adhesion rate, poor cell spreading and improper morphology. Furthermore, we found that initial cell adhesion rate and Δadhered cells (%) linearly increased with the change in α-helix content of adsorbed FBS on surfaces. Among all the modified surfaces and under all three experimental conditions, hybrid surface exhibited excellent properties for supporting cell adhesion and growth and hence can be potentially used as surface modifiers in biomedical applications to design biocompatible surfaces.
中文翻译：
自组装单分子膜的官能团对蛋白质吸附和初始细胞黏附的影响
表面修饰在调节蛋白质吸附以及随后的细胞粘附中起着至关重要的作用。在目前的工作中，我们使用硅烷化制备了纳米尺度的改性表面，并使用傅立叶变换红外光谱（FTIR），水接触角（WCA）和原子力显微镜（AFM）对它们进行了表征。根据其功能性和不同的润湿性，制备了五种不同的（胺，辛基，混合，杂化和COOH）表面，并研究了它们对蛋白质吸附和初始细胞黏附的影响。原子力显微镜分析揭示了所有改性表面上的纳米级粗糙度。使用胎牛血清（FBS）进行蛋白质吸附实验，并在以下三种不同的实验条件下分析了FBS对初始细胞黏附动力学（长达6小时）的影响：（a）含FBS的培养基，（b）含FBS的预吸附表面，（c）媒体不完整，即没有FBS。还针对上述条件在不同时间间隔研究了各种细胞特征，例如细胞形态/圆形度，细胞面积和细胞核大小。在表面预吸附FBS的情况下，细胞粘附率和细胞扩散面积最高。我们通过将细胞粘附在杂种上观察到了更高的表面覆盖率（速率为0.073 h–1）和胺（0.072 h –1）表面，然后是COOH（0.062 h –1）表面，以及在预吸附FBS条件下的其他表面。在不完全培养基中用细胞处理的表面表现出最低的粘附率，差的细胞铺展性和不适当的形态。此外，我们发现，初始细胞附着率和Δ一个dhered细胞（％）与上表面吸附的FBS的α螺旋含量的变化呈线性增加。在所有改性表面中和在所有三个实验条件下，杂化表面均具有出色的特性，可支持细胞粘附和生长，因此可潜在地用作生物医学应用中的表面改性剂，以设计生物相容性表面。
更新日期：2018-08-13
中文翻译：
自组装单分子膜的官能团对蛋白质吸附和初始细胞黏附的影响
表面修饰在调节蛋白质吸附以及随后的细胞粘附中起着至关重要的作用。在目前的工作中，我们使用硅烷化制备了纳米尺度的改性表面，并使用傅立叶变换红外光谱（FTIR），水接触角（WCA）和原子力显微镜（AFM）对它们进行了表征。根据其功能性和不同的润湿性，制备了五种不同的（胺，辛基，混合，杂化和COOH）表面，并研究了它们对蛋白质吸附和初始细胞黏附的影响。原子力显微镜分析揭示了所有改性表面上的纳米级粗糙度。使用胎牛血清（FBS）进行蛋白质吸附实验，并在以下三种不同的实验条件下分析了FBS对初始细胞黏附动力学（长达6小时）的影响：（a）含FBS的培养基，（b）含FBS的预吸附表面，（c）媒体不完整，即没有FBS。还针对上述条件在不同时间间隔研究了各种细胞特征，例如细胞形态/圆形度，细胞面积和细胞核大小。在表面预吸附FBS的情况下，细胞粘附率和细胞扩散面积最高。我们通过将细胞粘附在杂种上观察到了更高的表面覆盖率（速率为0.073 h–1）和胺（0.072 h –1）表面，然后是COOH（0.062 h –1）表面，以及在预吸附FBS条件下的其他表面。在不完全培养基中用细胞处理的表面表现出最低的粘附率，差的细胞铺展性和不适当的形态。此外，我们发现，初始细胞附着率和Δ一个dhered细胞（％）与上表面吸附的FBS的α螺旋含量的变化呈线性增加。在所有改性表面中和在所有三个实验条件下，杂化表面均具有出色的特性，可支持细胞粘附和生长，因此可潜在地用作生物医学应用中的表面改性剂，以设计生物相容性表面。
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