Name: sample preparation in quartz crystal microbalance measurements of protein adsorption and polymer mechanics
Uploaded: 2020-01-22T12:00:00
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这项工作得到了 NSF （DMR-1710491， OISE-1743748） 的支持。J.R. 和 E.S. 感谢 NSF （DMR-1751308） 的支持。

QCM-D 胶原蛋白吸附
1. 样品制备和传感器预清洁
<ol><li>准备 20 mL 的 0.1 M 醋酸缓冲液，根据需要使用 HCl 和 NaOH 调节 pHH，以实现 pH = 5.6。</li>
	<li>在无菌条件下将大鼠尾部胶原蛋白溶液添加到20 mL的醋酸缓冲液中，最终浓度为10微克/mL。</li>
	<li>清洁镀金石英传感器，去除有机和生物材料25，26。<ol>
<li>将传感器活动侧向上...

<ol>
	<li>Marx, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quartz+crystal+microbalance:+A+useful+tool+for+studying+thin+polymer+films+and+complex+biomolecular+systems+at+the+solution+-+Surface+interface.">Quartz crystal microbalance: A useful tool for studying thin polymer films and complex biomolecular systems at the solution - Surface interface.</a> Biomacromolecules. 4 (5), 1099-1120 (2003).</li><li>Kleber, C., Hilfrich, U., Schreiner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+QCM+and+TM-AFM+investigations+of+the+early+stages+of+degradation+of+silver+and+copper+surfaces.">In situ QCM and TM-AFM investigations of the early stages of degradation of silver and copper surfaces.</a> Applied Surface Science. 253 (7), 3712-3721 (2007).</li><li>Yeh, C. J., Hu, M., Shull, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+Inhibition+of+Radical+Polymerizations+Investigated+with+the+Rheometric+Quartz+Crystal+Microbalance.">Oxygen Inhibition of Radical Polymerizations Investigated with the Rheometric Quartz Crystal Microbalance.</a> Macromolecules. 51 (15), 5511-5518 (2018).</li><li>Sturdy, L. F., Yee, A., Casadio, F., Shull, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+characterization+of+alkyd+cure+kinetics+with+the+quartz+crystal+microbalance.">Quantitative characterization of alkyd cure kinetics with the quartz crystal microbalance.</a> Polymer. 103, 387-396 (2016).</li><li>Delgado, D. E., Sturdy, L. F., Burkhart, C. W., Shull, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+quartz+crystal+rheometry+in+the+megahertz+frequency+regime.">Validation of quartz crystal rheometry in the megahertz frequency regime.</a> Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics. , 1-9 (2019).</li><li>Bilchak, C. R., Huang, Y., Benicewicz, B. C., Durning, C. J., Kumar, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Frequency+Mechanical+Behavior+of+Pure+Polymer-Grafted+Nanoparticle+Constructs.">High-Frequency Mechanical Behavior of Pure Polymer-Grafted Nanoparticle Constructs.</a> ACS Macro Letters. 8 (3), 294-298 (2019).</li><li>Hook, F., Rodahl, M., Brzezinski, P., Kasemo, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+dissipation+kinetics+for+protein+and+antibody-antigen+adsorption+under+shear+oscillation+on+a+quartz+crystal+microbalance.">Energy dissipation kinetics for protein and antibody-antigen adsorption under shear oscillation on a quartz crystal microbalance.</a> Langmuir. 14, 729-734 (1998).</li><li>Liss, M., Petersen, B., Wolf, H., Prohaska, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+aptamer-based+quartz+crystal+protein+biosensor.">An aptamer-based quartz crystal protein biosensor.</a> Analytical Chemistry. 74 (17), 4488-4495 (2002).</li><li>Felgueiras, H. P., Murthy, N. S., Sommerfeld, S. D., Br&#225;s, M. M., Migonney, V., Kohn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Competitive+Adsorption+of+Plasma+Proteins+Using+a+Quartz+Crystal+Microbalance.">Competitive Adsorption of Plasma Proteins Using a Quartz Crystal Microbalance.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (21), 13207-13217 (2016).</li><li>Keller, C. A., Kasemo, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+specific+kinetics+of+lipid+vesicle+adsorption+measured+with+a+quartz+crystal+microbalance.">Surface specific kinetics of lipid vesicle adsorption measured with a quartz crystal microbalance.</a> Biophysical Journal. 75, 1397-1402 (1998).</li><li>Olsson, A. L. J., Quevedo, I. R., He, D., Basnet, M., Tufenkji, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+the+quartz+crystal+microbalance+with+dissipation+monitoring+to+evaluate+the+size+of+nanoparticles+deposited+on+surfaces.">Using the quartz crystal microbalance with dissipation monitoring to evaluate the size of nanoparticles deposited on surfaces.</a> ACS Nano. 7 (9), 7833-7843 (2013).</li><li>Xu, X., Zhang, C., Zhou, Y., Cheng, Q. L. J., Yao, K., Chen, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quartz+crystal+microbalance+study+of+protein+adsorption+on+chitosan,+chitosan/poly(vinyl+pyrrolidone)+blends+and+chitosan-graft-poly(vinyl+pyrrolidone)+surfaces.">Quartz crystal microbalance study of protein adsorption on chitosan, chitosan/poly(vinyl pyrrolidone) blends and chitosan-graft-poly(vinyl pyrrolidone) surfaces.</a> Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 22, 195-206 (2007).</li><li>Weber, N., Pesnell, A., Bolikal, D., Zeltinger, J., Kohn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic+properties+of+fibrinogen+adsorbed+to+the+surface+of+biomaterials+used+in+blood-contacting+medical+devices.">Viscoelastic properties of fibrinogen adsorbed to the surface of biomaterials used in blood-contacting medical devices.</a> Langmuir. 23, 3298-3304 (2007).</li><li>Johannsmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic,+mechanical,+and+dielectric+measurements+on+complex+samples+with+the+quartz+crystal+microbalance.">Viscoelastic, mechanical, and dielectric measurements on complex samples with the quartz crystal microbalance.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10 (31), 4516-4534 (2008).</li><li>Denolf, G. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quartz+crystal+rheometry:+A+quantitative+technique+for+studying+curing+and+aging+in+artists'+paints.">Quartz crystal rheometry: A quantitative technique for studying curing and aging in artists' paints.</a> Polymer Degradation and Stability. 107, 348-355 (2014).</li><li>Sadman, K., Wiener, C. G., Weiss, R. A., White, C. C., Shull, K. R., Vogt, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Rheometry+of+Thin+Soft+Materials+Using+the+Quartz+Crystal+Microbalance+with+Dissipation.">Quantitative Rheometry of Thin Soft Materials Using the Quartz Crystal Microbalance with Dissipation.</a> Analytical Chemistry. 90 (6), 4079-4088 (2018).</li><li>Wasilewski, T., Szulczy&#324;ski, B., Kamysz, W., G&#281;bicki, J., Namie&#347;nik, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+three+peptide+immobilization+techniques+on+a+qcm+surface+related+to+acetaldehyde+responses+in+the+gas+phase.">Evaluation of three peptide immobilization techniques on a qcm surface related to acetaldehyde responses in the gas phase.</a> Sensors (Switzerland). 18 (11), 1-15 (2018).</li><li>Lvov, Y., Ariga, K., Kunitake, T., Ichinose, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+of+Multicomponent+Protein+Films+by+Means+of+Electrostatic+Layer-by-Layer+Adsorption.">Assembly of Multicomponent Protein Films by Means of Electrostatic Layer-by-Layer Adsorption.</a> Journal of the American Chemical Society. 117 (22), 6117-6123 (1995).</li><li>Sauerbrey, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Verwendung+von+Schwingquarzen+zur+W&#228;gung+d&#252;nner+Schichten+und+zur+Mikrow&#228;gung.">Verwendung von Schwingquarzen zur W&#228;gung d&#252;nner Schichten und zur Mikrow&#228;gung.</a> Zeitschrift f&#252;r Physik. 155 (2), 206-222 (1959).</li><li>Sadman, K., Wang, Q., Chen, Y., Keshavarz, B., Jiang, Z., Shull, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Hydrophobicity+on+Polyelectrolyte+Complexation.">Influence of Hydrophobicity on Polyelectrolyte Complexation.</a> Macromolecules. 50 (23), 9417-9426 (2017).</li><li>Sievers, P., Mo&#223;, C., Schr&#246;der, U., Johannsmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+torsional+resonators+to+monitor+electroactive+biofilms.">Use of torsional resonators to monitor electroactive biofilms.</a> Biosensors and Bioelectronics. 110, 225-232 (2018).</li><li>Ringberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Q-Sense+Explorer+Operator+Manual.">Q-Sense Explorer Operator Manual.</a> Biolin Scientific. , (2017).</li><li>Ringberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Q-Sense+User+Guide:+Instrument+care+and+sensor+pre-cleaning.">Q-Sense User Guide: Instrument care and sensor pre-cleaning.</a> Biolin Scientific. , (2015).</li><li>Kern, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Evolution+of+Silicon+Wafer+Cleaning+Technology.">The Evolution of Silicon Wafer Cleaning Technology.</a> Journal of The Electrochemical Society. 137 (6), 1887 (1990).</li><li>Sadman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> sadmankazi/QCM-D-Analysis-GUI: QCMD-Analyze. , (2018).</li></ol>

胶原蛋白吸附结果跨越绍尔布雷和粘弹性机制。通过绘制标准化到相应谐波数的频率偏移图，我们观察到 Sauerbrey 限值在大约测量的前 2 小时内适用。然而，随着传感器质量的增大，第三次和第五次谐波的标准化频率变化开始彼此偏离（t > 2 h），表明能够确定吸附膜的粘弹性特性。
软件的粘弹性建模结果与 Shull 组中的功率定律建模之间的直接比较表明计算材料属性存?...

石英晶体微平衡 （QCM） 利用石英晶体的压电效应来监测其谐振频率，该频率取决于附着在表面的质量。该技术将 AT 切割石英晶体传感器（通常在 5 MHz 范围内）1在空气或流体中的谐振频率和带宽与薄膜沉积后传感器的频率和带宽进行比较。使用 QCM 研究薄膜特性和界面有几个好处，包括对质量的高灵敏度和潜在的粘弹性特性变化（取决于样品均匀性和厚度），在原位2处进行研究的能力，以及比传统的流变流变学或动态机械分析 （DMA） 更短的流变时间刻度的能力。探测一个较短的流变时间刻度可以观察这个时间尺度的响应在极短（ms）3和长（年）持续时间4中的变化。这种能力有利于研究各种动力学过程，也是传统测变技术5，6的有用延伸。
QCM 的高灵敏度也导致其大量用于研究极小生物分子基本相互作用的生物应用。未涂布或功能化的传感器表面可用于研究蛋白质吸附;更进一步说，通过酶、抗体和贴合剂之间的复杂结合事件进行生物感应，可以根据质量7、8、9的变化进行检测。例如，该技术已经用于了解囊泡到平面脂质双层的转化，作为吸附含液体的囊泡到刚性结构的两相过程，通过观察相关的频率和粘弹性10的变化。近年来，QCM还提供了一个强大的平台来监测囊泡或纳米粒子11的药物输送。在材料工程与分子和细胞生物学的交叉点，我们可以使用QCM阐明材料与蛋白质、核酸、脂质体和细胞等生物活性成分之间的关键相互作用。例如，蛋白质吸附到生物材料中调解下游细胞反应，如炎症，并经常用作生物相容性的积极指标，而在其他情况下，细胞外蛋白附着在涂层上，与血液结合，可诱导血管中危险的凝血。因此，QCM 可用作选择最适合不同需求的候选者的工具。
执行QCM实验的两种常见方法从实验中收集类似的数据：第一种方法记录电导峰值的频率偏移和半带宽（+）。第二种方法，具有耗散的QCM（QCM-D），通过方程1、14记录频率偏移和耗散因子，这与α成正比
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60584/60584eq1.jpg">(1)
其中D是耗散因子，而 * 是频率。D和+都与薄膜对传感器的阻尼效应有关，后者指示薄膜的刚度。下标n表示频率泛音或谐波，即石英传感器的奇数谐振频率（n = 1、3、5、7...）。在约翰斯曼14和舒尔组15、16、17、18的回顾中，可以进一步讨论使用多谐波来获得薄膜质量和粘弹性特性的模型。
准备 QCM 样品的一个关键考虑因素是如何将薄膜涂在传感器表面。一些常见的方法包括旋转涂层，浸渍涂层，滴涂层，或吸附膜到传感器表面的实验19，20。QCM 样品有四个区域：绍尔布雷极限、粘弹性制度、散装制度和过度阻尼制度。对于足够薄的薄膜，应用 Sauerbrey 限制，其中频率偏移（μ+）提供薄膜的表面质量密度。在Sauerbrey极限内，频率偏移与谐振谐波、n和阻尼因子（D或d+）的变化一般较小。"在此制度下，没有作出其他假设，就没有足够的信息来唯一地确定层的经变性质。此制度中的数据用于计算薄膜的表面质量密度（或厚度，如果密度已知为先验） 。在与晶体接触的介质足够厚的散装体中，消逝的剪切波在被完全阻尼之前传播到介质中。在这里，不能使用α获得质量信息。然而，在这个区域，粘弹性特性是使用β和+15、18的组合可靠地确定的。在散装系统中，如果介质太硬，薄膜会抑制传感器的谐振，从而阻止从 QCM 收集任何可靠数据。粘弹性系统是薄膜足够薄，使剪切波在薄膜中完全传播的中间体，对阻尼因子具有可靠的值。阻尼因子和α可用于确定薄膜的粘弹性特性及其质量。在这里，粘弹性特性由复杂剪切模量的密度和幅度的乘积给出|G|p和由 [ = 弧形 （G' / G'） 给出的相位角度。当薄膜在Sauerbrey极限下制备时，单位面积的质量可以直接根据低于21所示的Sauerbrey方程计算。
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60584/60584eq2.jpg">(2)
其中μ n是谐振频率的变化，n是感兴趣的泛音，α1是传感器的谐振频率，μm / A是薄膜每个区域的质量，Zq是石英的声学阻抗，对于 AT 切割石英的声阻抗是Zq = 8.84 x 106kg / m2s。 粘弹性系统最适合于聚合物薄膜的研究，体积极限可用于研究粘性聚合物22或蛋白质溶液16。不同的制度取决于感兴趣材料的特性，全粘弹性和质量表征的最佳厚度通常随着薄膜刚度的增加而增加。图 1描述了薄膜的虚密度、复杂剪切模量和相角的四个区域，其中我们假定相角和薄膜刚度之间存在特定关系，已证明与此类材料相关。许多实际感兴趣的薄膜太厚，无法用QCM研究粘弹性特性，例如某些生物膜，其厚度在几十至几百微米23。这种厚膜通常不适合使用QCM进行研究，但可以使用低频率的共振器（如扭转共振器）23进行测量，使剪切波进一步传播到薄膜中。
要确定哪种系统与给定的QCM样品相关，必须了解d/+n参数，即石英晶体传感器（μn）15、16、18的膜厚度（d）与机械振荡的剪切波长之比。理想的粘弹性机制是d / μn = 0.05 - 0.218，其中低于 0.05 的值在 Sauerbrey 限制内，高于 0.2 的值接近散装系统。d /=n的更严格描述在别处提供了15、18，但它是一个定量参数，用于描述 Sauerbrey 极限和粘弹性极限。下面使用的分析程序直接提供此参数。
使用 QCM 分析薄膜还有一些额外的限制。Sauerbrey 和粘弹性计算假定薄膜在整个薄膜厚度和在 QCM 的电极表面横向均质。虽然这一假设使得研究存在空隙或填充物的薄膜变得具有挑战性，但一些QCM对由移植纳米粒子6组成的薄膜进行了一些QCM调查。如果异质性与整体薄膜厚度相比较小，则仍可获得复合材料系统的可靠粘弹性特性。对于更多异构系统，应始终非常谨慎地看待从粘弹性分析中获得的值。理想情况下，从未知异质性系统获得的结果应针对已知均质的系统进行验证。这是我们在本文描述的示例系统中采用的方法。
本文中阐述的一个重要点是，在频域（报告*）中进行的 QCM 测量与时域实验（其中D报告）之间的精确对应关系。介绍了两个不同的QCM实验的结果，一个时域和一个频域，每个实验都涉及一个不同的但概念上相关的模型系统。第一个系统是胶原蛋白附着到传感器上的一个简单示例，用于说明在时域 （QCM-D） 测量期间具有代表性的绑定动力学和随着时间的推移的吸附平衡。胶原蛋白是体内最丰富的蛋白质，以其结合行为和形态的多功能性而闻名。此处使用的胶原蛋白溶液不需要传感器的黄金表面进行额外的功能化，以诱导吸附9。第二个实验系统是一种聚电解质复合物（PEC），由阴离子聚苯乙烯磺酸（PSS）和阳离子聚苯甲酸酯（二甲基氨）（PDADMA）组成，其制备方式与萨德曼等人22号相同。这些材料在盐中膨胀并变得柔软（本例中为KBr），为使用频域方法（QCM-Z）研究聚合物力学提供了一个简单的平台。对于每个协议，准备、获取和分析测量的过程如图2 所示。原理图表明，QCM-Z和QCM-D方法的主要区别在于数据收集步骤和实验中使用的仪器。所有上述样品制备技术都与这两种方法兼容，每种方法都可以分析图1所示的三个区域中的样本。
我们的数据表明，样品的制备，无论是通过传感器涂层在测量之前还是在测量过程中，决定了提取系统粘弹性特性的能力。通过适当地设计实验的早期阶段，我们可以确定在分析步骤中我们可以准确收集哪些信息。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A6283</td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium hydroxide solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>221228</td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aqueous QCM probe</td>
			<td>AWSensors</td>
			<td>CLS 00050 A</td>
			<td>For polyelectrolyte swelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagen I Rat Protein, Tail</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A1048301</td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Distilled water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>EM3234</td>
			<td>For polyelectrolyte swelling; generally easy to acquire in research labs, but there is a catalog number in case it is not accessible</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>793175-1GA-PB</td>
			<td>For polyelectrolyte swelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gibco Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>20012-027</td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hellmanex III</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z805939</td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>216763</td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-Ply</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>06-666A</td>
			<td>For polyelectrolyte swelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NP2K VNA</td>
			<td>Makarov Instruments</td>
			<td></td>
			<td>For polyelectrolyte swelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(diallyldimethylammonium chloride), MW 200,000</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>409022</td>
			<td>For polyelectrolyte swelling; for full synthesis procedure see Sadman et al.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(styrene-sulfonate) sodium salt 30% weight in water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>561967-500G</td>
			<td>For polyelectrolyte swelling; for full synthesis procedure see Sadman et al.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Bromide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>793604-1KG</td>
			<td>For polyelectrolyte swelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QSense QCM Explorer System</td>
			<td>Biolin Scientific</td>
			<td></td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium acetate, anhydrous</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S2889</td>
			<td>For collagen adsorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater, Model WS-650MZ-23NPP</td>
			<td>Laurell technologies</td>
			<td></td>
			<td>For polyelectrolyte swelling</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sample preparation in quartz crystal microbalance measurements of protein adsorption and polymer mechanics

在这项研究中，我们提供了各种例子，说明石英晶体微平衡实验的薄膜制备如何为数据的适当建模提供信息，并确定可以量化薄膜的特性。石英晶体微平衡通过观察石英晶体在高频振荡的机械共振变化，为测量应用薄膜的质量变化和/或机械性能提供了一个独特的敏感平台。这种方法的优点包括其实验多功能性、研究各种实验时间长度内性能变化的能力，以及使用小样本尺寸。我们证明，根据沉积在传感器上的层的厚度和剪切模量，我们可以从材料中获得不同的信息。在这里，这一概念被专门用于显示实验参数，从而在膨胀期间对黄金和聚电解质复合物的吸附胶原蛋白进行质量和粘弹性计算，作为盐浓度的函数。

图3A-B所示，蛋白质吸附过程中频率随时间的变化呈现出特征曲线和高原。在裸传感器表面对 1x PBS 进行初始缓冲液洗涤只会引起可忽略的频率变化，从而提供稳定的基线，作为未来数据点的参考。胶原蛋白溶液的引入导致蛋白质吸附开始，观察为随着时间的推移频率稳步下降，直到粘附胶原蛋白高原的密度在稳定的基线（图3A）。</st...

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Sample Preparation in Quartz Crystal Microbalance Measurements of Protein Adsorption and Polymer Mechanics

石英晶体微平衡可为微米或亚微米范围内的薄膜提供精确的质量和粘弹性特性，与生物医学和环境传感、涂料和聚合物科学的研究相关。样品厚度影响可以从与传感器接触的材料中获得哪些信息。

石英晶体微平衡测量中的蛋白质吸附和聚合物力学的样品制备

In this study, we present various examples of how thin film preparation for quartz crystal microbalance experiments informs the appropriate modeling of ...

石英晶体微平衡可用于感应另一种化合物的小浓度，可用于软物质和生物材料系统力学的问题。主要优点是石英晶体微平衡能够获得小样本尺寸的高精度信息。提取机械性能信息时，需要使用适当厚度的薄膜。研究人员在分析过程中必须小心地对胶片应用正确的建模。该技术非常适合研究各种材料系统，并了解聚合物材料的机械特性如何与环境响应。打开所有必要的设备后，从腔室平台上拆量模块，并拧下大拇指螺钉以打开模块。用氮气流干燥流模块上的 O 环，并检查 O 环是否平放。通过将传感器与活动表面侧向下放置，并将锚形电极朝向流量模块中的标记，将传感器安装在 O 形环上。查找传感器的初始谐振频率。将进气泵管放在 1X PBS 中。以每分钟 25 微升的速度启动外部泵流量，目视检查油管，确保液体流过管。让流体流动正确平衡至少 15 分钟。在软件中，按开始测量开始测量并开始数据采集。监控频率和耗散值至少五分钟，以确保基线稳定。停止泵，将进气管移动到醋酸胶原蛋白缓冲液中，并恢复流体流动。请注意此事件的时间，供以后分析。让新的频率和耗散值平衡 8 到 12 小时以稳定值，然后停止泵，将进气管移回 1X PBS 溶液，并恢复流体流动。请注意此事件的时间，供以后分析。同样，允许新的频率和耗散值平衡 30 分钟以稳定值。结束测量的数据采集，然后保存数据。首先，将裸石英晶体传感器定位在连接到矢量网络分析仪和计算机的样品架中。打开分析仪，向传感器施加振荡电压，收集空气中传感器的参考电导谱，然后将样品架淹没在装满蒸馏水的无唇 100 毫升烧杯中，并收集水中裸传感器的参考电导谱。将小硅片插入 0.5 摩尔溴化钾溶液中，在退火步骤期间为石英传感器创建幻灯片，以防止薄膜从传感器脱落。准备将 PEC 添加到传感器表面。如果PEC复合物分两个阶段，请小心地将约0.5毫升的聚合物富相放入移液器中。保持移液器灯泡的压力，不允许聚合物差相进入移液器，将移液器从溶液中抽出。使用化学擦拭擦拭移液器的外端。将足够的溶液滴到石英传感器表面，以完全覆盖表面。确保传感器表面的溶液中没有可见的气泡。旋转涂覆 PEC 样品，并立即将传感器淹没在 0.5 摩尔溴化钾溶液中，以防止薄膜上盐结晶。让薄膜退火至少 12 小时。将传感器转移到装满蒸馏水的烧杯上，以去除薄膜和传感器背面多余的溴化钾。将传感器留在溶液中 30 至 60 分钟。测量应用于空气中的传感器表面的薄膜，参考空气中的裸传感器。允许胶片数据平衡。接下来，将干燥的硫酸钙插入100毫升无唇烧杯中，测量完全干燥的薄膜厚度。从烧杯中去除硫酸钙，然后用蒸馏水冲洗烧杯。用 30 毫升蒸馏水填充 100 毫升无唇烧杯。插入搅拌棒，以确保水在薄膜周围循环。参照水中的裸传感器，在水中测量薄膜约 30 至 45 分钟，或直到平衡薄膜数据。将 5.35 克溴化钾测量到分级油缸中，将 15 毫升的溴化钾溶液放入分级油缸中，并填充到 15 毫升的蒸馏水中，以 15 毫升的溶液。旋转直到溶解。将薄膜面对远离溴化钾溶液添加到水中的地方，使薄膜不溶解。将溴化钾溶液加入烧杯中，用蒸馏水以0.1摩尔为增量。在添加另一种溴化钾溶液之前，请确保系统平衡。获得所有数据后，从支架上取下薄膜，放在蒸馏水的烧杯中。让盐离开薄膜 30 到 60 分钟，然后风干薄膜。在这项研究中，胶原蛋白溶液的引入导致蛋白质吸收开始，观察到频率稳步下降，耗散量随着时间的推移增加，直到粘附胶原蛋白高原的密度在稳定的基线。频率变化与薄膜的质量相关，耗散与薄膜的能量消耗相关。需要一个理论模型来定量地获得粘弹性特性。利用功率法模型对胶原蛋白进行粘弹性分析，分别显示了航空质量、复杂剪切模数和粘弹性相角。前 10 小时表示胶原蛋白对传感器表面的主要吸附阶段，周期为 10 至 20 小时，显示缓冲洗涤前 20 小时的平衡阶段。以下是使用 QCM 测量的样品一般范围中的粘弹性相位角和复杂剪切模数图。绿线表示两个属性之间的线性关系。此图显示了 PEC 如何根据系统中聚合物、水和盐的比例来演示广泛的机械性能。样品制备直接影响QCM实验的结果。了解您希望从样本中学习哪些数据，可以了解样本的厚。QCM 在感应环境和生物过程方面非常有用。它还可以探讨高频系统中的流变行为，以描述材料的粘弹性。

Research

JoVE Journal

Chemistry

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科研

化学

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