단백질 흡착 및 폴리머 역학의 석영 결정 미세 균형 측정시 시료 준비

요약

석영 크리스탈 마이크로 저울은 생물 의학 및 환경 감지, 코팅 및 폴리머 과학의 조사와 관련된 미크론 또는 서브미크론 범위의 필름에 대한 정확한 질량 및 점탄성 특성을 제공할 수 있습니다. 샘플 두께는 센서와 접촉하는 재료로부터 정보를 얻을 수 있는 영향을 미칩니다.

초록

이 연구에서는 석영 결정 미세 균형 실험에 대한 박막 준비가 데이터의 적절한 모델링을 알리고 필름의 특성을 정량화할 수 있는 방법을 결정하는 다양한 예제를 제시합니다. 석영 크리스탈 마이크로밸런스는 고주파로 진동하는 석영 결정의 기계적 공명 변화를 관찰하여 적용된 필름의 질량 및/또는 기계적 특성의 미세한 변화를 측정하기 위한 독특하고 민감한 플랫폼을 제공합니다. 이 방법의 장점은 실험적 다양성, 광범위한 실험 시간 길이에 대한 특성 의 변화를 연구할 수 있는 능력, 작은 샘플 크기의 사용 등이 있습니다. 센서에 증착된 층의 두께와 전단 계수를 기반으로 재료와 다른 정보를 얻을 수 있음을 입증합니다. 여기서, 이 개념은 특히 염 농도의 함수로서 팽창 시 금 및 다연산염 복합체에 흡착된 콜라겐의 질량 및 점탄성 계산을 초래하는 실험 파라미터를 표시하기 위해 이용된다.

서론

석영 크리스탈 마이크로 밸런스 (QCM)는 표면에 부착 된 질량에 의존하는 공진 주파수를 모니터링하기 위해 석영 결정의 압전 효과를 활용합니다. 이 기술은 AT 컷 석영 결정 센서의 공진 주파수 및 대역폭(전형적으로 5MHz^범위)의 공기 또는 유체를 필름증착 후 센서의 주파수 및 대역폭과 비교합니다. QCM을 사용하여 질량에 대한 높은 감도 및 점탄성 특성 변화(샘플 균일도 및 두께에 따라 다름), situ^2에서연구를 수행할 수 있는 능력 및 기존 전단 유변학 또는 동적 기계적 분석(DMA)보다 훨씬 짧은 유변학 적 시량을 조사하는 기능을 포함하여 박막 특성 및 인터페이스를 연구하는 데는 몇 가지 이점이 있습니다. 짧은 유변학적 시간 척도를 조사하면 이 시점의 응답이 매우 짧은 (ms)³ 및 긴(년) 기간 동안 어떻게 변경되는지 관찰할 수 있습니다^4. 이 기능은 다양한 운동 과정의 연구에 유익하며 또한 전통적인 유변학 기술^5,6의유용한 확장이다.

QCM의 높은 감도는 또....

프로토콜

QCM-D 콜라겐 흡착

1. 시료 준비 및 센서 사전 세척

1. 0.1 M 아세테이트 버퍼의 20 mL를 준비하고 필요에 따라 HCl 및 NaOH로 pH를 조정하여 pH = 5.6을 달성합니다.
2. 멸균 조건하에서 20 mL의 아세테이트 버퍼에 쥐 꼬리 콜라겐 용액을 10 μg/mL의 최종 농도에 추가합니다.
3. 유기 및 생물학적 물질을 제거하기 위해 금 코팅 석영 센서를 청소^25,26.
   1. 센서 활성 측면을 UV/오존 챔버에 놓고 표면을 약 10분 동안 처리합니다.
   2. 탈이온수(dH_2O),암모니아(25%)를 5:1:1 로 가열합니다. 과산화수소 (30%) 75 °C로. 센서를 용액에 5분 동안 놓습니다.
   3. dH_2O로센서를 헹구고 질소 가스 스트림으로 건조시면 됩니다.
   4. 센서 액티브 사이드를 UV/오존 챔버에 놓고 표면을 10분 동안 처리합니다.
      참고: 센서 표면의 환경 오염을 최소화하기 위해 측정 전에 세척 절차를 즉시 수행해야 합니다.
   <....

결과

단백질 흡착 시 시간에 따라 빈도의 변화는 도 3A-B에도시된 특징적인 곡선 및 고원을 나타낸다. 베어 센서 표면에 걸쳐 1x PBS의 초기 버퍼 세척은 주파수의 무시할 만한 변화만유도하여 향후 데이터 포인트에 대한 참조역할을 하는 안정적인 기준선을 제공합니다. 콜라겐 용액의 도입은 단백질 흡착을 시작하게 하고, 시간이 지남에 따라 고착된 콜라겐고원의 밀도가 안정된 기준선에서 감소할 때까지 관찰된다(그림3A). 정확한 주파수 와 질량 값은 센서의 순도와 표면 에너지에 크게 좌우됩니다. 이러한 파라미터를 감안할 때, 최종 버퍼 워시는 센서 표면에서 소량의 부착되지 않은 단백질만 제거하여 주파수가 약간 증가합니다. 우리는 항상 이 기간 동안 질량의 단지 약간 감소를 기대해야, 센서에 결합 된 단백질의 안정적인 양을 보여주는(그림 .......

토론

콜라겐 흡착 결과는 사우어브레이 및 점탄성 정권에 걸쳐 있습니다. 해당 고조파 수로 정규화된 주파수 시프트를 플로팅함으로써 Sauerbrey 한계가 측정의 처음 2시간 동안 유효합니다. 그러나 센서에 대한 질량 준수량이 증가함에 따라 세 번째 및 다섯 번째 고조파에 대한 정규화된 주파수 이동이 서로 이탈하기시작합니다(t > 2 h)는 흡착 필름의 점탄성 특성을 결정하는 능력을 나타냅니다.

소프트웨어의 점탄성 모델링 결과와 Shull 그룹의 전력 법칙 모델링을 직접 비교하면 계산된 재료 특성이 눈에 띄는 차이를 나타냅니다. 측정 과정에서 상용 소프트웨어의 점탄성 모델링 데이터는 더 낮은 복잡한 전단 계수를 가진 더 두껍고 부드러운 층을 나타내었다(그림5). 이러한 모델 간의 점탄성 특성의 차이는 각 시스템에 대한 계산에서 가정했기 때문입니다. 한 가지 차이점은 점탄성 특성의 주파수 의존도에 대해 이루어져야 .......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
아세트산	: Sigma-Aldrich	A6283	콜라겐 흡착 용
산화 암모늄 용액	Sigma-Aldrich	221228	콜라겐 흡착
용 수성 QCM 프로브	AWSensors	CLS 00050 A	: 고분자 전해질 팽창
용 콜라겐 I 쥐 단백질, 꼬리	Thermo Fisher Scientific	A1048301	콜라겐 흡착 용
증류수	Sigma-Aldrich	EM3234	고분자 전해질 팽창용; 일반적으로 연구 실험실에서 쉽게 얻을 수 있지만 접근할 수 없는 경우를 대비하여 카탈로그 번호가 있습니다
에탄올	Sigma-Aldrich	793175-1GA-PB	고분자 전해질 팽창용
Gibco Phosphate Buffered Saline	Thermo Fisher Scientific	20012-027	콜라겐 흡착
Hellmanex III	Sigma-Aldrich	Z805939	콜라겐 흡착용
과산화수소 용액	Sigma-Aldrich	216763	콜라겐 흡착용
Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes 섬세한 작업 와이퍼, 1-Ply	Fisher Scientific	06-666A	고분자 전해질 팽창용
NP2K VNA	Makarov 기기		고분자 전해질 팽창용
폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), MW 200,000	Sigma-Aldrich	409022	고분자 전해질 팽창의 경우, 전체 합성 절차는 Sadman et al.을 참조하십시오.
폴리(스티렌-설포네이트) 나트륨 염 30% 물에 중량	Sigma-Aldrich	561967-500G	고분자 전해질 팽창용; 전체 합성 절차는 Sadman et al.을 참조하십시오.
브롬화 칼	시그마 알드리치	793604-1KG	고분자 전해질 팽창
용 QSense QCM 탐색기 시스템	Biolin Scientific		콜라겐 흡착
용 아세트산 나트륨, 무수	시그마 -알드리치	S2889	콜라겐 흡착
용 스핀 코터, 모델 WS-650MZ-23NPP	분자 전해질 팽창 용	로렐 기술

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