WikiDer > Кварцевые микровесы с контролем рассеивания - Википедия

Quartz crystal microbalance with dissipation monitoring - Wikipedia

А кварцевые микровесы с контролем рассеяния (QCM-D) является разновидностью кварцевые микровесы (QCM) на основе кольцевой метод. Используется в межфазных акустическое зондирование. Его наиболее распространенное применение - определение толщины пленки в жидкой среде (например, толщины слоя адсорбированного белка). Его можно использовать для исследования дополнительных свойств образца, особенно мягкости слоя.

Метод

Ring-down как метод исследования акустических резонаторов был разработан в 1954 году.[1] В контексте QCM это было описано Hirao et al.[2] и Rodahl et al.[3] Активным компонентом QCM является тонкий диск из кристалла кварца, зажатый между парой электродов.[4] Приложение переменного напряжения к электродам заставляет кристалл колебаться с его акустической резонансной частотой. При отключении переменного напряжения колебания экспоненциально затухают («звонят вниз»). Это затухание регистрируется и извлекаются резонансная частота (f) и коэффициент рассеяния энергии (D). D определяется как потеря энергии за период колебаний, деленная на общую энергию, запасенную в системе. D равно ширине полосы резонанса, деленной на резонансную частоту. Другие инструменты QCM определяют ширину полосы по спектрам проводимости. Будучи QCM, QCM-D работает в реальном времени, не требует маркировки и чувствителен к поверхности. Современное оборудование QCM-D позволяет измерять более 200 точек данных в секунду.

Изменения резонансной частоты (Δf) в первую очередь связаны с захватом или высвобождением массы на поверхности сенсора. При использовании в качестве датчика массы чувствительность прибора составляет около 0,5 нг / см.2 по заявлению производителя. Изменения коэффициента рассеяния (ΔD) в первую очередь связаны с вязкоупругостью (мягкостью).[5] Мягкость, в свою очередь, часто связана со структурными изменениями пленки, прилипшей к поверхности сенсора.

Датчик массы

При работе в качестве датчика массы QCM-D часто используется для изучения молекулярной адсорбции / десорбции и кинетики связывания с различными типами поверхностей. В отличие от оптических методов, таких как поверхностный плазмонный резонанс (ППР) спектроскопия, эллипсометрия, или же двойная поляризационная интерферометрияQCM определяет массу адсорбированной пленки, включая захваченный растворитель. Таким образом, сравнение «акустической толщины», определенной с помощью QCM, и «оптической толщины», определенной любым из оптических методов, позволяет оценить степень набухания пленки в окружающей жидкости.[6] Разница в сухой и влажной массе, измеренная QCM-D и МП-СПР более значительна в высокогидратированных слоях, как видно на.[7][8][9]

Поскольку на мягкость образца влияет большое количество параметров, QCM-D полезен для изучения молекулярных взаимодействий с поверхностями, а также взаимодействий между молекулами. QCM-D обычно используется в областях биоматериалы, клеточная адгезия, открытие лекарств, материаловедение и биофизика. Другие типичные области применения - определение характеристик вязкоупругих пленок, конформационных изменений осажденных макромолекул, наращивания многослойных полиэлектролитов, а также разрушения или коррозии пленок и покрытий.

Рекомендации

  1. ^ Ситтель, Карл; Rouse, II, Prince E .; Бейли, Эмерсон Д. (1954). «Метод определения вязкоупругих свойств разбавленных полимерных растворов на звуковых частотах». Журнал прикладной физики. 25 (10): 1312–1320. Bibcode:1954JAP .... 25.1312S. Дои:10.1063/1.1721552.
  2. ^ Хирао, Масахико; Оги, Хироцугу; Фукуока, Хидекадзу (1993). «Система Resonance Emat для измерения акустоупругих напряжений в листовых металлах». Обзор научных инструментов. 64 (11): 3198–3205. Bibcode:1993RScI ... 64.3198H. Дои:10.1063/1.1144328. HDL:11094/3191.
  3. ^ Родаль, Майкл; Касемо, Бенгт Герберт (1998-06-04) [май 1996]. «Простая установка для одновременного измерения резонансной частоты и абсолютного коэффициента рассеяния кварцевых микровесов». Обзор научных инструментов. 67 (9): 3238–3241. Bibcode:1996RScI ... 67.3238R. Дои:10.1063/1.1147494.
  4. ^ Йоханнсманн, Дитхельм (2007). «Исследования вязкоупругости с помощью QCM». В Steinem, Клаудиа; Яншофф, Андреас (ред.). Пьезоэлектрические датчики. Серия Springer по химическим сенсорам и биосенсорам. 5. Берлин / Гейдельберг: Springer-Verlag (опубликовано 08.09.2006). С. 49–109. Дои:10.1007/5346_024. ISBN 978-3-540-36567-9. ISSN 1612-7617.
  5. ^ Йоханнсманн, Дитхельм (2008). «Вязкоупругие, механические и диэлектрические измерения сложных образцов с помощью микровесов из кристалла кварца». Физическая химия Химическая физика. 10 (31): 4516–4534. Bibcode:2008PCCP ... 10.4516J. Дои:10.1039 / b803960g. PMID 18665301.
  6. ^ Планкетт, Марк А .; Ван, Чжэхуэй; Ратленд, Марк В .; Йоханнсманн, Дитхельм (2003). «Адсорбция слоев pNIPAM на гидрофобных золотых поверхностях, измеренная на месте с помощью QCM и SPR». Langmuir. 19 (17): 6837–6844. Дои:10.1021 / la034281a.
  7. ^ Вуорилуото, Майя; Орельма, Ханнес; Йоханссон, Лина-Сиско; Чжу, Баолей; Поутанен, Микко; Вальтер, Андреас; Лайне, Янне; Рохас, Орландо Дж. (10 декабря 2015 г.). «Влияние молекулярной архитектуры случайных и блочных сополимеров PDMAEMA – POEGMA на их адсорбцию на регенерированных и анионных наноцеллюлозах и свидетельства оттока межфазной воды». Журнал физической химии B. 119 (49): 15275–15286. Дои:10.1021 / acs.jpcb.5b07628. PMID 26560798.
  8. ^ Мохан, Тамилсельван; Нигельхель, Катрин; Зарт, Синтия Саломау Пинту; Каргл, Руперт; Кёстлер, Стефан; Рибич, Фолькер; Хайнце, Томас; Спирк, Стефан; Стана-Кляйнчек, Карин (10 ноября 2014 г.). «Запуск адсорбции белка на специально подобранных катионных поверхностях целлюлозы». Биомакромолекулы. 15 (11): 3931–3941. Дои:10.1021 / bm500997s. PMID 25233035.
  9. ^ Эмильссон, Густав; Schoch, Rafael L .; Феуз, Лоран; Хёк, Фредрик; Lim, Roderick Y.H .; Далин, Андреас Б. (15 апреля 2015 г.). «Сильно растянутые устойчивые к протеинам кисти из поли (этиленгликоля), полученные методом Grafting-To». Прикладные материалы и интерфейсы ACS. 7 (14): 7505–7515. Дои:10.1021 / acsami.5b01590. PMID 25812004.