炭素ナノ材料のスケールは、神経の成長と接着に影響します

炭素ナノ材料は、神経科学用途向けにますます人気のある微小電極材料になっています。ここでは、カーボンナノチューブとカーボンナノファイバーのスケールが、神経の生存率、伸長、および接着にどのように影響するかを調べます。カーボンナノチューブは、ポリエチレニミン（PEI）を含む層ごとの方法を介してガラスカバースリップに堆積しました。炭化されたナノファイバーは、Su-8をエレクトロスピニングし、ナノファイバー堆積を熱分解することにより製造されました。テストされた追加の基質は、炭化およびSU-8薄膜とSU-8ナノファイバーでした。表面をO2-PLASMA処理し、さまざまな濃度のPEIでコーティングし、E18ラット皮質細胞を播種し、in vitro（div）で3、4、および7日間で調べました。平行プレートフローチャンバーを利用して、4分割で神経接着を調べました。3 divでは、より高いPEI濃度で処理されたナノファイバーおよび薄膜の堆積では、ゼータ電位が有意に高い（表面電荷）。この重要性は、ナノファイバーで劇的に高く、ナノ構造がより多くのPEI分子を収集し、毒性の増加を引き起こす可能性があることを示唆しています。7 divでは、ニューロンのサイズのかなりの割合であるナノファイバーを伴うSu-8ナノファイバー基質で有意に高い神経突起の成長が観察されました。炭化ナノファイバーまたはカーボンナノチューブについては、違いは検出されませんでした。炭素化とSU-8ナノファイバーの両方は、コントロールと比較して流量後の細胞接着後に有意に高いものでしたが、カーボンナノチューブはコントロール基質と統計的に類似していました。これらのデータは、特定の表面処理を伴う大規模なナノ材料に対する神経細胞の好みを示唆しています。これらの特性は、将来の神経微小電極の設計と製造において利用することができます。

Carbon nanomaterials have become increasingly popular microelectrode materials for neuroscience applications. Here we study how the scale of carbon nanotubes and carbon nanofibers affect neural viability, outgrowth, and adhesion. Carbon nanotubes were deposited on glass coverslips via a layer-by-layer method with polyethylenimine (PEI). Carbonized nanofibers were fabricated by electrospinning SU-8 and pyrolyzing the nanofiber depositions. Additional substrates tested were carbonized and SU-8 thin films and SU-8 nanofibers. Surfaces were O2-plasma treated, coated with varying concentrations of PEI, seeded with E18 rat cortical cells, and examined at 3, 4, and 7 days in vitro (DIV). Neural adhesion was examined at 4 DIV utilizing a parallel plate flow chamber. At 3 DIV, neural viability was lower on the nanofiber and thin film depositions treated with higher PEI concentrations which corresponded with significantly higher zeta potentials (surface charge); this significance was drastically higher on the nanofibers suggesting that the nanostructure may collect more PEI molecules, causing increased toxicity. At 7 DIV, significantly higher neurite outgrowth was observed on SU-8 nanofiber substrates with nanofibers a significant fraction of a neuron's size. No differences were detected for carbonized nanofibers or carbon nanotubes. Both carbonized and SU-8 nanofibers had significantly higher cellular adhesion post-flow in comparison to controls whereas the carbon nanotubes were statistically similar to control substrates. These data suggest a neural cell preference for larger-scale nanomaterials with specific surface treatments. These characteristics could be taken advantage of in the future design and fabrication of neural microelectrodes.