组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
成骨细胞（osteoblasts，样品基质：DMEM含10% BCS培养体系）、血清蛋白（BCS proteins，样品基质：DMEM含10% BCS）
检测原理
本体系并非浓度响应型生物传感器，其“识别”事件是成骨细胞与纳米线表面接触。TiC/C 和 TiO2 准对齐纳米线直径约70–100 nm，线间距约200 nm至数微米，使细胞整合素配体间距超过局灶黏附组装所需尺度，导致黏附组装受阻。锚定依赖成骨细胞因缺乏稳定黏附信号而凋亡，增殖、蛋白合成、胶原分泌和矿化随之下降。蛋白吸附因纳米线比表面积增大而略增强，但不足以支撑细胞黏附。信号读出采用 LDH、MTT、ALP、Sirius Red 和 Alizarin Red 等比色或染色方法，反映细胞功能变化，而不是被测物浓度变化。
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
两种 QANWA 均显著抑制成骨细胞黏附、铺展、存活和分化。培养4天后，TiC/C 或 TiO2 QANWA 上的细胞数约为平坦 Ti6Al4V 的30%；细胞内总蛋白合成分别降至约20%和35%；ALP活性在 TiC/C 上约为平坦表面的45%；胶原分泌约为35–40%；细胞外基质矿化约为30%。LDH 检测显示两种 QANWA 无显著细胞毒性。蛋白吸附在 QANWA 上略增强但无统计学差异，说明细胞排斥不依赖降低蛋白吸附。TiC/C 水接触角为137.5°，TiO2 为17.2°，平坦 Ti6Al4V 为49.25°，表明细胞排斥与表面化学和润湿性无关。作者认为该结构可用于药物递送和生物传感器抗污。
传感器的构成
- 基底：Ti6Al4V 钛合金箔片，经清洗和抛光去除原生氧化层，提供机械支撑与生物相容基底
- 纳米线修饰层：TiC/C 核壳纳米线，热化学法生长，直径约70–90 nm、长度数微米，形成准对齐阵列并产生细胞排斥
- 氧化纳米线层：TiO2 纳米线，由 TiC/C 在空气 650 °C 退火 60 min 转化，碳壳去除、TiC 核转为单晶 TiO2，保持准对齐形貌
- 蛋白吸附层：DMEM 中 10% BCS 孵育后吸附的蛋白，经 SDS 洗脱并用 MicroBCA 定量，用于评估蛋白吸附与抗污
- 细胞响应层：原代大鼠颅骨成骨细胞（osteoblasts），作为锚定依赖细胞模型，用于观察黏附、铺展、凋亡、增殖与分化
- 检测读出层：LDH、MTT、ALP、Sirius Red、Alizarin Red 等比色与显微分析，用于定量细胞毒性、增殖、蛋白合成、胶原分泌和矿化
中文摘要
生物传感器、生物电子和药物递送系统常需要细胞排斥结构，但兼具良好生物相容性与长期稳定性的细胞排斥结构仍难以获得。本研究在 Ti6Al4V 上制备了两种表面化学不同而表面形貌相似的准对齐纳米线阵列（QANWA），分别为碳化钛–碳核壳（TiC/C）和二氧化钛（TiO2）。两种 QANWA 均能抑制细胞黏附，并可能因黏附组装破坏而诱导细胞凋亡；以细胞外基质分泌和矿化监测的增殖与分化功能也显著受抑。结果表明，细胞排斥性质主要取决于纳米结构，而与表面化学和表面润湿性无关；该性质也与蛋白吸附无关，纳米线阵列上的蛋白吸附实际上略有增强。QANWA 可通过提高负载能力增强药物控释，并因抵抗蛋白吸附而改善生物传感器性能。该概念可推广至其他 QANWA 和生物材料，具有广泛临床潜力。
英文摘要
Cell-repelling structures are often required in biosensors, bioelectronics, and drug delivery systems, but the search for satisfactory cell-repelling structures with good biocompatibility and long-term stability is challenging. In this work, two types of quasi-aligned nanowire arrays (QANWA) with different surface chemistry but similar surface topography, namely titanium carbide-carbon core-shell (TiC/C) and titania (TiO(2)), are fabricated on Ti6Al4V. Both QANWAs inhibit cell adhesion consequently leading to cell apoptosis possibly due to disruption in the adhesion assembly. Other cell functions such as proliferation and differentiation as monitored by extracellular matrix secretion and mineralization are also substantially depressed. The cell-repelling property is related to the nanostructure but independent of the surface chemistry and surface wettability. It is also not related to protein adsorption which is in fact slightly enhanced on the nanowire arrays. The QANWAs can be modified to have a larger loading capacity thereby enhancing the controlled release kinetics in drug delivery applications and to resist protein adsorption resulting in better biosensor performance. This concept which can be readily extended to other types of QANWAs and biomaterials has broad clinical potential.