Ti6Al4V电极表面聚电解质多层膜设计：双层数调控对循环肿瘤细胞捕获效率的影响机制

本研究针对循环肿瘤细胞(CTCs)检测中低丰度捕获难题，通过激光粉末床熔融(PBF-LB)制备Ti6Al4V电极，采用层层自组装(LbL)技术构建壳聚糖(CHI)/透明质酸(HA)多层膜，发现3.5双层时表面电势主导PC-3细胞捕获，20.5双层时润湿性/形貌起决定作用，为高灵敏度电化学生物传感器设计提供新策略。

　　

在癌症诊疗领域，循环肿瘤细胞(CTCs)如同血液中的"致命信使"，其检测被誉为液体活检的圣杯。然而这些细胞在每毫升血液中仅有1-10个，且被上百万血细胞包围，犹如大海捞针。传统检测方法面临捕获效率低、成本高昂等瓶颈。更棘手的是，CTCs表面标志物的异质性使得基于抗体的捕获策略常出现"漏网之鱼"。

针对这一挑战，来自巴西坎皮纳斯大学等机构的研究团队另辟蹊径，将目光投向具有CD44糖蛋白过表达特性的肿瘤细胞。CD44就像癌细胞表面的"分子天线"，能与透明质酸(HA)特异性结合。研究人员创新性地采用激光粉末床熔融(PBF-LB)技术制备Ti6Al4V合金电极，通过层层自组装(LbL)技术构建壳聚糖(CHI)/透明质酸(HA)聚电解质多层膜，系统研究了3.5-20.5双层数对CTCs捕获的影响机制。这项突破性成果发表在《Surfaces and Interfaces》期刊。

关键技术方法包括：激光粉末床熔融(PBF-LB)制备电极基底，接触角测量表征润湿性，椭圆偏振术测定膜厚，原子力显微镜(AFM)分析表面形貌与电势，循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)评估电化学性能，高分辨场发射扫描电镜(SEM/FEG)观察PC-3前列腺癌细胞粘附。

【结果与讨论】
表面润湿性分析显示，所有功能化样品接触角均低于未涂层钛基体(72°)，20.5双层样品达最低值42°，证实HA末端层赋予表面强亲水性。AFM三维形貌图揭示3.5双层膜呈现均匀纳米颗粒结构(均方根粗糙度Rq=15.6 nm)，而20.5双层膜形成特征性多孔网络结构(Rq=32.4 nm)。表面电势测量发现3.5双层膜具有最高负电势(-48 mV)，与PC-3细胞膜正电荷产生静电吸引。

电化学测试表明，20.5双层膜电荷转移电阻(R_ct)降低76%，双电层电容(C_dl)增加3倍，归因于多孔结构增大活性表面积。SEM/FEG捕获图像显示，3.5双层膜通过静电相互作用实现单细胞分散粘附，20.5双层膜则通过拓扑结构诱导形成细胞簇，捕获效率分别达68%和82%。

【结论】
该研究揭示了聚电解质膜双层数通过"双重捕获机制"调控CTC粘附的规律：低双层数(3.5)时表面电势主导静电捕获，高双层数(20.5)时润湿性与拓扑结构协同作用。这种智能表面设计规避了抗体捕获的取向限制问题，通过CD44-HA生物特异性相互作用提升选择性。研究为开发新一代3D打印电化学生物传感器奠定基础，其模块化设计可适配不同癌症类型的CTC检测需求，在个性化医疗和癌症早筛领域具有重要应用前景。