Summary
Die Quarzkristall-Mikrobalance kann genaue Massen- und viskoelastische Eigenschaften für Filme im Mikron- oder Submikron-Bereich bieten, was für Untersuchungen in der biomedizinischen und Umweltsensorik, Beschichtungen und Polymerwissenschaft relevant ist. Die Probendicke beeinflusst, welche Informationen aus dem Material gewonnen werden können, das mit dem Sensor in Berührung gelangt.
Abstract
In dieser Studie stellen wir verschiedene Beispiele dar, wie dünnschichtliche Präparation für Quarzkristall-Mikrobalance-Experimente die entsprechende Modellierung der Daten informiert und bestimmt, welche Eigenschaften des Films quantifiziert werden können. Die Quarzkristall-Mikrobalance bietet eine einzigartig empfindliche Plattform zur Messung feiner Massen- und/oder mechanischer Eigenschaften einer aufgebrachten Folie, indem sie die Veränderungen der mechanischen Resonanz eines bei hoher Frequenz oszillierenden Quarzkristalls beobachtet. Zu den Vorteilen dieses Ansatzes gehören seine experimentelle Vielseitigkeit, die Fähigkeit, Veränderungen der Eigenschaften über eine Vielzahl experimenteller Zeitlängen zu untersuchen, und die Verwendung kleiner Probengrößen. Wir zeigen, dass wir auf der Grundlage der Dicke und des Schermoduls der auf dem Sensor abgelagerten Schicht unterschiedliche Informationen aus dem Material gewinnen können. Hierbei wird dieses Konzept gezielt genutzt, um experimentelle Parameter darzustellen, die zu massen- und viskoelastischen Berechnungen von adsorbiertem Kollagen auf Gold- und Polyelektrolytkomplexen während der Schwellung in Abhängigkeit von der Salzkonzentration führen.
Introduction
Das Quarzkristall-Mikrogleichgewicht (QCM) nutzt die piezoelektrische Wirkung eines Quarzkristalls, um seine Resonanzfrequenz zu überwachen, die von der an der Oberfläche haftenden Masse abhängt. Die Technik vergleicht die Resonanzfrequenz und Bandbreite eines AT-geschnittenen Quarzkristallsensors (typischerweise im Bereich von 5 MHz)1 in Luft oder Flüssigkeit mit der Frequenz und Bandbreite des Sensors nach Abscheidung eines Films. Es gibt mehrere Vorteile für die Verwendung des QCM, um Dünnschichteigenschaften und Schnittstellen zu untersuchen, einschließlich der hohen Empfindlichkeit gegenüber Masse und potenziell viskoelastischen Eigenschaftsänderungen (abhängig von Probengleichmäßigkeit und Dicke), der Fähigkeit, Studien in situ2durchzuführen, und der Fähigkeit, eine viel kürzere rheologische Zeitskala als herkömmliche Scherrheologie oder dynamische mechanische Analyse (DMA) zu untersuchen. Die Untersuchung einer kurzen rheologischen Zeitskala ermöglicht die Beobachtung, wie sich die Reaktion in dieser Zeitskala sowohl über extrem kurze (ms)3 als auch über lange (Jahre) Dauern4ändert. Diese Fähigkeit ist vorteilhaft für die Untersuchung einer Vielzahl von kinetischen Prozessen und ist auch eine nützliche Erweiterung der traditionellen rheometrischen Techniken5,6.
Die hohe Empfindlichkeit des QCM hat auch zu seinem starken Einsatz in biologischen Anwendungen geführt, die die grundlegenden Wechselwirkungen extrem kleiner Biomoleküle untersuchen. Eine unbeschichtete oder funktionalisierte Sensoroberfläche kann verwendet werden, um die Proteinadsorption zu untersuchen; noch weiter kann die Biosensing durch komplexe Bindungsereignisse zwischen Enzymen, Antikörpern und Aptamern anhand von Veränderungen in Masse7,8,9untersucht werden. Zum Beispiel wurde die Technik verwendet, um die Umwandlung von Vesikeln zu einer planaren Lipid-Bilayer als zweiphasigen Prozess der Adsorption von flüssigkeitshaltigen Vesikeln zu einer starren Struktur zu verstehen, indem korrelierende Veränderungen in Frequenz und Viskoelastizität beobachtet werden10. In den letzten Jahren hat das QCM zusätzlich eine robuste Plattform zur Überwachung der Arzneimittelabgabe durch Vesikel oder Nanopartikel11angeboten. An der Schnittstelle von Materialtechnik und Molekular- und Zellbiologie können wir das QCM verwenden, um wichtige Wechselwirkungen zwischen Materialien und bioaktiven Komponenten wie Proteinen, Nukleinsäuren, Liposomen und Zellen aufzuklären. Zum Beispiel vermittelt die Proteinadsorption an ein Biomaterial nachgeschaltete zelluläre Reaktionen wie Entzündungen und wird oft als positiver Indikator für Biokompatibilität verwendet, während in anderen Fällen die extrazelluläre Proteinanhaftung an Beschichtungen, die mit Blut inGrenze stehen, gefährliche Gerinnung in den Gefäßen12,13induzieren könnte. Das QCM kann daher als Werkzeug zur Auswahl von Kandidaten verwendet werden, die optimal für unterschiedliche Bedürfnisse sind.
Zwei gängige Ansätze für die Durchführung von QCM-Experimenten sammeln analoge Daten aus dem Experiment: Der erste Ansatz zeichnet die Frequenzverschiebung und die halbe Bandbreite ()des Leitfähigkeitsspitzen auf. Der zweite Ansatz, QCM mit Ableitung (QCM-D), zeichnet die Frequenzverschiebung und den Ableitungsfaktor auf, der durch Gleichung 1, 14 direkt proportional zu Gleichung 1,14 ist.
(1)
wobei D der Ableitungsfaktor ist und die Frequenz . Sowohl D als auch B beziehen sich auf die Dämpfungswirkung des Films auf den Sensor, was auf die Steifigkeit des Films hinweist. Das Subskript ist der Frequenzoberton oder die Oberschwingung, d.h. die ungeraden Resonanzfrequenzen des Quarzsensors (n = 1, 3, 5, 7...). Weitere Diskussionen über Modelle mit mehreren Oberschwingungen, um die masse- und viskoelastischen Eigenschaften eines Films zu erhalten, finden Sie in einer Rezension von Johannsmann14 und früheren Arbeiten der Shull-Gruppe15,16,17,18.
Ein wichtiger Aspekt bei der Vorbereitung von QCM-Proben ist die Anwendung des Dünnfilms auf die Sensoroberfläche. Einige gängige Methoden sind Spin-Beschichtung, Dip-Beschichtung, Tropfenbeschichtung oder Adsorption des Films auf die Sensoroberfläche während des Experiments19,20. Es gibt vier Regionen für QCM-Proben: die Sauerbrey-Grenze, das viskoelastische Regime, das Massenregime und das überdämpfte Regime. Für ausreichend dünne Folien gilt die Sauerbrey-Grenze, bei der die Frequenzverschiebung(B)die Oberflächenmassendichte des Films liefert. Innerhalb der Sauerbrey-Grenze sind die Frequenzverschiebungssskalen linear mit der Resonanzharmonischen, n, und Veränderungen des Dämpfungsfaktors (D oder B) sind im Allgemeinen klein. In diesem Regime sind keine ausreichenden Informationen verfügbar, um die rheologischen Eigenschaften der Schicht eindeutig zu bestimmen, ohne zusätzliche Annahmen zu treffen. Daten in diesem Regime werden verwendet, um die Oberflächenmassendichte (oder Dicke, wenn die Dichte a prioribekannt ist) des Films zu berechnen. In dem Massenregime, bei dem das mit dem Kristall in Berührung gebrachte Medium ausreichend dick ist, breitet sich die vermehrte Scherwelle in das Medium aus, bevor sie vollständig gedämpft wird. Hier können keine Masseninformationen mit dem Wert . In diesem Bereich werden jedoch die viskoelastischen Eigenschaften zuverlässig durch die Kombination von . Wenn das Medium zu starr ist, dämpft der Film die Resonanz des Sensors und verhindert so die Erfassung zuverlässiger Daten aus dem QCM. Das viskoelastische Regime ist das Zwischenregime, bei dem der Film dünn genug ist, um die Scherwelle vollständig durch den Film zu verbreiten und zuverlässige Werte für den Dämpfungsfaktor zu haben. Der Dämpfungsfaktor und die -können dann verwendet werden, um die viskoelastischen Eigenschaften des Films sowie seine Masse zu bestimmen. Hier beidiesem werden die viskoelastischen Eigenschaften durch das Produkt der Dichte und der Größe des komplexen Schermoduls gegeben | G*| p und den Phasenwinkel, der durch die Linie " = arctan(G" / G'angegeben wird. Wenn Filme im Sauerbrey-Grenzwert vorbereitet werden, kann die Masse pro Flächeneinheit direkt auf der Grundlage der unter21dargestellten Sauerbrey-Gleichung berechnet werden.
(2)
wobei n die Änderung der Resonanzfrequenzist, n der Oberton des Interesses, n1 die Resonanzfrequenz des Sensors, m/Adie Masse pro Filmbereich und Zq die akustische Impedanz von Quarz, die für AT geschnittenen Quarz Z q= 8,84 x 106kg / m2s ist. Das viskoelastische Regime eignet sich am besten für die Untersuchung von Polymerfolien, und die Massengrenze ist nützlich für die Untersuchung von viskosen Polymer22 oder Proteinlösungen16. Die verschiedenen Regime hängen von den Eigenschaften des Materials von Interesse ab, wobei die optimale Dicke für volle viskoelastische und Massencharakterisierung in der Regel mit der Filmsteifigkeit zunimmt. Abbildung 1 beschreibt die vier Bereiche in Bezug auf die Arealdichte des Films, den komplexen Schermodul und den Phasenwinkel, wobei wir eine spezifische Beziehung zwischen dem Phasenwinkel und der Filmsteifigkeit angenommen haben, die sich als relevant für Materialien dieser Art erwiesen hat. Viele Filme von praktischem Interesse sind zu dick, um die viskoelastischen Eigenschaften mit QCM zu untersuchen, wie z. B. bestimmte Biofilme, bei denen die Dicken in der Größenordnung von Zehner bis Hunderten von Mikrometern23liegen. Solche dicken Folien eignen sich in der Regel nicht für die Untersuchung mit dem QCM, können aber mit viel niedrigeren Frequenzresonatoren (wie Torsonatoren)23gemessen werden, so dass sich die Scherwelle weiter in den Film ausbreiten kann.
Um zu bestimmen, welches Regime für eine bestimmte QCM-Probe relevant ist, ist es wichtig, denParameter d / n zu verstehen, d. n. Parameter, d. H. das Verhältnis der Filmdicke (d) zur Scherwellenlänge der mechanischen Schwingung des Quarzkristallsensors(n)15,16,18. Das ideale viskoelastische Regime ist d /n = 0,05 - 0,218, wobei Werte unter 0,05 innerhalb der Sauerbrey-Grenze liegen und Werte über 0,2 dem Bulk-Regime näher kommen. Eine strengere Beschreibung von d /n ist an anderer Stelle15,18, aber es ist ein quantitativer Parameter, der die Sauerbrey-Grenze und die viskoelastische Grenze ablegt. Die unten verwendeten Analyseprogramme stellen diesen Parameter direkt bereit.
Es gibt einige zusätzliche Einschränkungen bei der Analyse von Dünnschichten mit dem QCM. Die Berechnungen von Sauerbrey und viskoelastischen Berechnungen gehen davon aus, dass der Film sowohl während der gesamten Filmdicke als auch seitlich über die Elektrodenoberfläche des QCM homogen ist. Während diese Annahme es schwierig macht, Filme zu untersuchen, die Hohlräume oder Füllstoffe vorhanden haben, gab es einige QCM-Untersuchungen zu Filmen, die aus transplantierten Nanopartikeln bestehen6. Sind die Heterogenitäten im Vergleich zur Gesamtschichtdicke gering, können zuverlässige viskoelastische Eigenschaften des Verbundsystems erhalten werden. Bei heterogeneren Systemen sollten Werte, die aus einer viskoelastischen Analyse gewonnen werden, immer mit großer Vorsicht betrachtet werden. Idealerweise sollten Ergebnisse aus Systemen mit unbekannter Heterogenität anhand von Systemen validiert werden, von denen bekannt ist, dass sie homogen sind. Dies ist der Ansatz, den wir in dem in diesem Papier beschriebenen Beispielsystem verfolgt haben.
Ein wichtiger Punkt, den wir in diesem Papier veranschaulichen, ist die genaue Übereinstimmung zwischen QCM-Messungen, die im Frequenzbereich durchgeführt werden (wo die S berichtet wird) und den Zeitbereichsexperimenten (wobei D gemeldet wird). Die Ergebnisse von zwei verschiedenen QCM-Experimenten, einer Zeitdomäne und einer Frequenzdomäne, werden beschrieben, die jeweils ein anderes, aber konzeptionell verwandtes Modellsystem beinhalten. Das erste System ist ein einfaches Beispiel für die Kollagenbefestigung am Sensor, um die repräsentative Bindungskinetik und das Gleichgewicht der Adsorption im Laufe der Zeit während einer Zeitbereichsmessung (QCM-D) zu veranschaulichen. Kollagen ist das am häufigsten vorkommende Protein im Körper, bekannt für seine Vielseitigkeit von Bindungsverhalten und Morphologie. Die hier verwendete Kollagenlösung erfordert keine zusätzliche Funktionalisierung der Goldoberfläche des Sensors, um Adsorption9zu induzieren. Das zweite experimentelle System ist ein Polyelektrolytkomplex (PEC), der aus anionischem Polystyrolsulfonat (PSS) und kationischem Poly(Diallyldimethylammonium) (PDADMA) besteht, der auf die gleiche Weise wie Sadman et al.22hergestellt wird. Diese Materialien schwellen an und werden weich in Salz (in diesem Fall KBr) Lösungen, bietet eine einfache Plattform für das Studium der Polymermechanik mit einem Frequenzbereichsansatz (QCM-Z). Für jedes Protokoll ist der Prozess der Vorbereitung, Aufnahme und Analyse einer Messung in Abbildung 2dargestellt. Das Schema zeigt, dass der Hauptunterschied zwischen den QCM-Z- und QCM-D-Ansätzen im Datenerfassungsschritt und der im Experiment verwendeten Instrumentierung liegt. Alle genannten Probenvorbereitungstechniken sind mit beiden Ansätzen kompatibel, und jeder Ansatz kann Proben in den drei in Abbildung 1dargestellten Bereichen analysieren.
Unsere Daten zeigen, dass die Herstellung von Proben, sei es durch Sensorbeschichtung vor oder während einer Messung, die Fähigkeit vorschreibt, die viskoelastischen Eigenschaften eines Systems zu extrahieren. Indem wir die frühen Phasen eines Experiments entsprechend gestalten, können wir bestimmen, welche Informationen wir während des Analyseschritts genau erfassen können.
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Protocol
QCM-D Collagen Adsorption
1. Probenvorbereitung und Sensorvorreinigung
- Bereiten Sie 20 ml 0,1 M Acetatpuffer vor und passen Sie den pH-Wert mit HCl und NaOH nach Bedarf an, um pH = 5,6 zu erreichen.
- Fügen Sie die Rattenschwanzkollagenlösung dem 20 ml Acetatpuffer unter sterilen Bedingungen zu einer Endkonzentration von 10 g/ml hinzu.
- Reinigen Sie den goldbeschichteten Quarzsensor, um organisches und biologisches Material zu entfernen25,26.
- Stellen Sie den Sensor aktiv in eine UV/Ozon-Kammer und behandeln Sie die Oberfläche ca. 10 min.
- 5:1:1 Mischung aus entionisiertem Wasser (dH2O), Ammoniak (25%) erhitzen und Wasserstoffperoxid (30%) bis 75 °C. Stellen Sie den Sensor 5 min in die Lösung ein.
- Spülen Sie den Sensor mit dH2O und trocknen Sie mit einem Stickstoffgasstrom.
- Stellen Sie den Sensor aktiv in eine UV/Ozon-Kammer und behandeln Sie die Oberfläche für 10 min.
HINWEIS: Die Reinigung sollte unmittelbar vor einer Messung durchgeführt werden, um die Umweltverschmutzung auf der Sensoroberfläche zu minimieren.
2. QCM-D Messdatenerfassung
- Schalten Sie alle notwendigen Geräte ein, um eine Messung einschließlich pumpe, Elektronikeinheit und Computersoftware durchzuführen.
- Entfernen Sie das Durchflussmodul von der Kammerplattform und schrauben Sie die großen Daumenschrauben ab, um das Modul zu öffnen.
- Wenn der Sensor nach der Erstreinigung (Schritte 1.3.1-1.3.4) ausgelassen wurde, spülen Sie den Sensor mit entionisiertem Wasser (dH2O) und trocknen Sie ihn mit einem Stickstoffgasstrom, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen an der Oberfläche vorhanden sind.
- Montieren Sie den Sensor im Durchflussmodul am freiliegenden O-Ring, trocknen Sie zunächst den Bereich mit einem Stickstoffgasstrom und überprüfen Sie, ob der O-Ring flach liegt. Der Sensor sollte mit der aktiven Flächenseite nach unten und einer ankerförmigen Elektrode platziert werden, die auf den Marker im Durchflussmodul ausgerichtet ist.
- Drehen Sie die Daumenschrauben, um das Durchflussmodul zu versiegeln und auf der Kammerplattform zu ersetzen. Befestigen Sie alle erforderlichen PTFE-Pumpenschläuche am Durchflussmodul und an der externen Pumpe.
- Stellen Sie mit der entsprechenden Computersoftware die Temperatur des Durchflussmoduls auf 37 °C ein. Überwachen Sie die sich ändernde Temperatur für 10-15 min, um sicherzustellen, dass sie mit dem gewünschten Wert ausgeglichen wird.
- Finden Sie die anfänglichen Resonanzfrequenzen des Sensors. Wenn Resonanzfrequenzen von der Software nicht gefunden werden, überprüfen Sie, ob das Durchflussmodul korrekt auf der Kammerplattform positioniert ist, oder montieren Sie den Sensor wieder im Durchflussmodul, um sicherzustellen, dass er zentriert ist und den richtigen elektrischen Kontakt herstellt.
- Legen Sie die Einlasspumpenschläuche in die 1x phosphatgepufferte Saline(PBS) Lösung. Starten Sie den externen Pumpenstrom bei 25 l/min und überprüfen Sie den Schlauch visuell, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit durch das Rohr fließt.
HINWEIS: Der Flüssigkeitsfluss kann leichter zu erkennen sein, wenn der Flüssigkeitsdurchfluss vorübergehend auf 100 l/min oder höher erhöht wird. Wenn sich Flüssigkeit nicht durch das Rohr zu bewegen scheint, ist es sehr wahrscheinlich, dass die beiden Teile des Durchflussmoduls keine richtige Dichtung erzeugen. Versuchen Sie, die Daumenschrauben festzuziehen, die Anschlüsse des Schlauches an den Ein- und Auslass zu ziehen oder den Sensor erneut zu montieren, um sicherzustellen, dass der O-Ring flach und zentriert ist. - Lassen Sie den Flüssigkeitsfluss des 1x PBS durch das Durchflussmodul für mindestens 15 min erlauben, um richtig auszubessern.
- Starten Sie die Messung in der Computersoftware, um mit der Datenerfassung zu beginnen. Überwachen Sie die Frequenz- und Ableitungswerte für mindestens 5 min, um eine stabile Ausgangsbasis zu gewährleisten.
- Stoppen Sie die Pumpe und bewegen Sie den Einlassschlauch in die Kollagen-Acetat-Pufferlösung, und nehmen Sie den Flüssigkeitsfluss fort. Beachten Sie die Uhrzeit dieses Ereignisses für eine spätere Analyse.
- Lassen Sie die neuen Frequenz- und Ableitungswerte auf einen stabilen Wert ausdemieren. Hier erwarten wir, dass diese Stabilisierung nach 8-12 h erfolgen wird.
- Stoppen Sie die Pumpe, bewegen Sie den Einlassschlauch zurück zur 1x PBS-Lösung, und setzen Sie den Flüssigkeitsfluss fort. Beachten Sie die Uhrzeit dieses Ereignisses für eine spätere Analyse.
- Lassen Sie die neuen Frequenz- und Ableitungswerte auf einen stabilen Wert ausdemieren. Hier tritt diese Stabilisierung nach 30 min auf.
HINWEIS: Die Schritte 2.13 und 2.14 können für jede neue Periode des Flüssigkeitsflusses in strengeren Experimenten mit einer größeren Anzahl von Stufen wiederholt werden. - Beenden Sie die Datenerfassung der Messung und speichern Sie die Daten.
- Reinigen und demontieren Sie die QCM-Ausrüstung.
- Erhöhen Sie den Flüssigkeitsdurchfluss der externen Pumpe auf 500 l/min oder höher und legen Sie den Einlassschlauch in eine Lösung von 2% Hellmanex-Reinigungslösung für mindestens 20 min.
HINWEIS: Bei anderen Experimenten, wenn eine weitere Analyse des Sensors gewünscht wird, entfernen Sie den Sensor vor Schritt 2.16.1 und legen Sie einen weiteren Reinigungssensor in das Modul. - Stoppen Sie die Pumpe und bewegen Sie den Einlassschlauch auf dH2O, und nehmen Sie den Flüssigkeitsfluss wieder auf, um das System für mindestens 20 min weiter zu spülen.
- Stoppen Sie den Flüssigkeitsfluss und entfernen Sie den Sensor aus dem Durchflussmodul. Trocknen Sie den Sensor und das Innere des Durchflussmoduls mit einem Stickstoffgasstrom. Schalten Sie die Computersoftware, die Elektronikeinheit und die Peristaltikpumpe aus.
HINWEIS: Die vergoldeten Sensoren können ordnungsgemäß gereinigt, wie in den Schritten 1.3.1-1.3.4 beschrieben, und für mehrere Messungen wiederverwendet werden. Indikationen, dass ein Sensor nicht mehr für zuverlässige Messungen wiederverwendet werden kann, können jedoch große Variabilität in anfänglichen Resonanzfrequenzen und signifikante Drifts bei Basismessungen mit Pufferfluss umfassen. Daten können in der bevorzugten Software geöffnet und analysiert werden, einschließlich der Daten von Unternehmen, die sich auf QCM-D-Geräte spezialisiert haben.
- Erhöhen Sie den Flüssigkeitsdurchfluss der externen Pumpe auf 500 l/min oder höher und legen Sie den Einlassschlauch in eine Lösung von 2% Hellmanex-Reinigungslösung für mindestens 20 min.
QCM Polyelektrolyt Komplexe Schwellung
3. Probenvorbereitung
HINWEIS: Dieses Experiment wurde mit einem MATLAB-Programm durchgeführt, das innerhalb der Forschungsgruppe Shull für die Datenerfassung und -analyse entwickelt wurde.
- Positionieren Sie zunächst einen nackten Quarzkristallsensor in einem Probenhalter, der mit dem Vektornetzwerkanalysator und dem Computer verbunden ist. Schalten Sie den Analysator ein, um eine oszillierende Spannung auf den Sensor anzuwenden, und erfassen Sie ein Referenzleitfähigkeitsspektrum für den Sensor in Luft.
- Untertauchen Sie den Probenhalter in einen mit destilliertem Wasser gefüllten, lipless 100 ml Becher und sammeln Sie ein Referenzleitfähigkeitsspektrum für den blanken Sensor in Wasser.
- Bereiten Sie eine 0,5 M Lösung von Kaliumbromid (KBr) vor.
- 1,79 g KBr in 30 ml destilliertem Wasser auflösen. Schütteln, bis er aufgelöst ist.
- Legen Sie einen kleinen Siliziumwafer in einen Winkel in die KBr-Lösung ein, um während des Glühschritts einen Schlitten für den Quarzsensor zu erzeugen, um zu verhindern, dass der Film vom Sensor abkommt.
- Bereiten Sie den Sensor für die Spin-Beschichtung vor.
- Stellen Sie die Spin-Coat-Parameter auf 10.000 U/min, 8.000 Beschleunigung und 5 s ein.
- Setzen Sie den Sensor auf den Spincoater und schalten Sie das Vakuum ein.
- Bedecken Sie die Oberfläche des Sensors mit Ethanol und führen Sie den Spincoater aus, um die Sensoroberfläche zu reinigen.
- Fügen Sie die PEC (PSS:PDADMA in der gleichen Weise wie in Sadman etal . 22) an die Oberfläche des Sensors.
- Wenn der Komplex in zwei Phasen (Polymer reich und Polymer arm) ist, legen Sie die Pipette langsam in die Lösung ein. Evakuieren Sie die Pipette, indem Sie Blasen blasen, während Sie die Pipette in die dichtere polymerreiche Phase bewegen.
- Nach dem Lösen einiger Blasen in der polymerreichen Phase 0,5-0,75 ml der polymerreichen Lösung in die Pipette ziehen. Halten Sie den Druck auf die Pipettenlampe aufrecht, damit die polymerarme Phase nicht in die Pipette eindringen kann, ziehen Sie die Pipette aus der Lösung.
- Wischen Sie die Außenseite der Pipette mit einem Kimwipe ab. Fügen Sie genügend Lösung tropfenweise auf die Oberfläche des Quarzsensors, um die Oberfläche vollständig zu bedecken. Stellen Sie sicher, dass sich in der Lösung auf der Sensoroberfläche keine sichtbaren Blasen befinden.
- Die PEC-Probe anschichten und den Sensor sofort in die 0,5 M KBr-Lösung eintauchen, um eine Salzkristallisation auf dem Film zu verhindern.
HINWEIS: Dieser Schritt ist manchmal schwer zu koordinieren. Lassen Sie den Sensor direkt über der KBr-Lösung für beste Ergebnisse. - Lassen Sie den Film für mindestens 12 h annealen.
HINWEIS: Für die einfache Durchführung des Experiments, bereiten Sie Schritt 4 am Abend vor und lassen Sie den Film über Nacht annealen.
4. Messung des Films in Luft und Wasser
- Übertragen Sie den Sensor auf einen mit destilliertem Wasser gefüllten Becher, um den überschüssigen KBr aus dem Film und der Rückseite des Sensors zu entfernen. Lassen Sie den Sensor 30-60 min in der Lösung.
- Nehmen Sie eine Messung des Films in der Luft. Verweis auf den nackten Sensor in der Luft. Lassen Sie die Filmdaten ausgleichwerden.
- Trockenes Calciumsulfat in ein 100 ml liploses Becherglas geben und die vollständig trockene Foliendicke messen. Calciumsulfat aus dem Becher entfernen und becheren mit destilliertem Wasser ab.
- Füllen Sie den 100 ml lipless Becher mit 30 ml destilliertem Wasser. Setzen Sie eine Rührstange ein, um sicherzustellen, dass das Wasser um den Film zirkuliert. Messen Sie den Film in Wasser für ca. 30-45 min oder bis die Filmdaten ausgeglichen sind. Verweis auf den nackten Sensor in Wasser.
- Bereiten Sie eine 15 ml Lösung von 3 M KBr in destilliertem Wasser vor. 5,35 g KBr in einen abgestuften Zylinder füllen und mit destilliertem Wasser auf 15 ml füllen. Wirbeln, bis er aufgelöst ist.
- Fügen Sie die KBr-Lösung in 0,1 M Schritten mit destilliertem Wasser in das Becherglas. Tabelle 1 zeigt die 0,1 M-Schritten in ml von 3 M KBr-Lösung. Stellen Sie sich dem Film weg, von wo die KBr-Lösung ins Wasser aufgenommen wird, damit sich der Film nicht auflöst. Stellen Sie sicher, dass das System ausgeglichen wurde, bevor Sie eine weitere Ergänzung der KBr-Lösung hinzufügen.
- Nachdem alle Daten erfasst wurden, entfernen Sie den Film aus dem Halter und legen Sie ihn in ein Becherglas mit destilliertem Wasser. Lassen Sie das Salz den Film verlassen (30-60 min) und die Luft trocknen sie.
- Um den PEC-Film vom Sensor zu reinigen, fügen Sie KBr in den Becher und wirbeln Sie die Lösung vorsichtig. 5-10 min. Wiederholen Sie diesen Vorgang 2-3 Mal, dann spülen Sie den Sensor mit destilliertem Wasser.
HINWEIS: Der Sensor kann gereinigt und wiederverwendet werden, wenn die Reaktion des Sensors noch gut ist. Dies kann durch den Sensor mit kleinen absoluten Bandbreitenwerten für die harmonischen (<100 Hz) überprüft werden.
5. Datenanalyse
- Öffnen Sie die VON Sadman erstellte QCM-D-Datenanalyse MATLAB GUI (https://github.com/sadmankazi/QCM-D-Analysis-GUI)27. Öffnen Sie den Film in der Luftdatendatei, indem Sie "QCM laden" auswählen.
HINWEIS: Die Shull-Gruppe hat eine ähnliche Python-GUI für die Datenerfassung und -analyse für QCM entwickelt (https://github.com/shullgroup/rheoQCM). Ein Teil des Analysecodes ist in den Zusatzinformationen sowohl für die Analyse der Daten als auch für die Generierung der Zahlen in diesem Papier enthalten. - Wählen Sie die gewünschte Berechnung (entweder 3,5,3 oder 3,5,5), Gammaund Film in Luft-Symbole. Klicken Sie auf Plotten QCM.
- Bestimmen Sie die Dicke des Trockenfilms anhand des am besten ausgeglichenen Datenpunkts (in der Regel der letzte Datenpunkt) aus dem Experiment. Zeichnen Sie diesen Wert auf.
- Öffnen Sie den Film in der Wasserdatendatei. Wählen Sie die gleichen Parameter wie in Schritt 5.2 aus, mit Ausnahme von Film in Wasser statt Film in der Luft.
- Bestimmen Sie nach jedem Ausgleichsschritt des Schwellungsexperiments die Filmdicke, den komplexen Schermodul und den viskoelastischen Phasenwinkel. Zeichnen Sie diese Werte zusammen mit der Ionenstärke auf (von 0-1 M in 0,1 M Schritten).
- Bestimmen Sie die prozentuale Schwellung als
(3)
wobei dp die Foliendicke aus der Lösung und dptrocken die Trockeneschichtdicke ist.
(3)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Die Frequenzänderungen mit der Zeit während der Proteinadsorption weisen eine charakteristische Kurve und ein Plateau auf, die in Abbildung 3A-Bdargestellt sind. Die anfängliche Pufferwäsche von 1x PBS über die nackte Sensoroberfläche induziert nur vernachlässigbare Frequenzänderungen und bietet eine stabile Ausgangsbasis, um als Referenz für zukünftige Datenpunkte zu fungieren. Die Einführung der Kollagenlösung bewirkt, dass die Proteinadsorption beginnt, beobachtet als stetige Abnahme der Häufigkeit im Laufe der Zeit, bis die Dichte der haftenden Kollagenplateaus an einem stabilen Ausgangswert(Abbildung 3A). Die genauen Frequenz- und Massenwerte sind stark von der Reinheit und Oberflächenenergie des Sensors abhängig. Bei diesen Parametern entfernt die endgepufferte Spülung nur eine geringe Menge an nicht haftendem Protein von der Sensoroberfläche, was zu einer leichten Erhöhung der Frequenz führt. Wir sollten in diesem Zeitraum immer mit einer leichten Abnahme der Masse rechnen, die eine stabile Menge an Protein zeigt, die an den Sensor gebunden ist (Abbildung 3B).
Die Bedeutung einer stabilen Frequenzmessung für jeden Zeitraum kann nicht hoch eingeschätzt werden. Leichte Schwankungen von Umgebungsvariablen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lösungskonzentration können zu beobachtbaren Unterschieden in den Rohdaten führen. Daher kann das Ändern dieser Variablen vor mindestens 5-10 min stabiler Frequenz- und Verlustfaktormessung die genauen Veränderungen der Frequenz und Der Ableitung falsch darstellen. Ein Beispiel für ein suboptimales Dataset ist in Abbildung 3C-Ddargestellt. Hier bei der gleichen Lösungskonzentration und Durchflussrate werden die gleichen Lösungskonzentrations- und Durchflussparameter als Abbildung A-Bverwendet, aber die Geräteumgebung durfte vor Beginn der Messung nicht ausgeglichen werden. Die natürliche Absetzung der Oszillationsfrequenz des Sensors erfolgt gleichzeitig mit einer sich ändernden Temperatur und Flüssigkeitskonzentration, wobei jede mögliche Ausgangsbasis linie verschleiert wird, die als Referenz fungiert (Abbildung 3C). Stattdessen sind wir gezwungen, einen Durchschnitt des gesamten dynamischen Frequenzbereichs in dem Zeitraum zu wählen, der als Referenz dienen soll. Schließlich ist es nicht erlaubt, den Kollagenfluss bei einer stabilen Masse auszuhalten, bevor die endgültige PBS-Wäsche gestartet wird, wie die sich noch ändernden Frequenzverschiebungen sehen, kurz bevor die PBS in das System eintritt. Diese Aktion wirkt sich nicht auf die Massenberechnungen aus, charakterisiert aber nicht vollständig das adsorbierende Potenzial des Proteins auf dem Sensor (Abbildung 3D).
In den frühen Stadien des Kollagenadsorptionsexperiments befindet sich der Film im Sauerbrey-Regime, angegeben durch Werte von n ( t < 2 h in Abbildung 3). Im Verlauf des Experiments bewegt sich der Film in das viskoelastische Regime, angegeben durch Werte von n/n, die sich nicht mehr überlappen(t > 2,5 h). Um diese Verhaltensänderung zu erkennen, wurden die aus dem Kollagenexperiment gewonnenen Daten analysiert, um die arealen Masse und viskoelastischen Eigenschaften mit zwei verschiedenen Methoden zu untersuchen. Das erste verwendet ein Python-Skript, das von der Shull-Gruppe kompiliert wurde. Dieses Skript hat die gleichen mathematischen Grundlagen wie die MATLAB-Datenerfassungs- und Analysesoftware, die für das PEC-Experiment verwendet wird. Es verwendet ein Machtgesetzmodell, um Eigentumsunterschiede an benachbarten Oberschwingungen15 zu berücksichtigen und ist in den ergänzenden Informationen enthalten. Die zweite Methode verwendet Werte, die aus einem viskoelastischen Modell in einem kommerziellen Softwarepaket ermittelt werden, um die areale Masse, den komplexen Schermodul und den Phasenwinkel des Kollagenfilms zu berechnen. Das viskoelastische Modell dieser Software meldet die Dicke (d), den elastischen Modul () und die Viskosität (B). Der elastische Modul und die Viskosität sind die Elemente eines Kelvin-Voigt-Modells und werden über folgende Ausdrücke in die Größe und Phase des komplexen Moduls konvertiert:
(4)
(5)
wobeidie Grundfrequenz des Quarzsensors (5 MHz) bei n = 2nnn 1 liegt. Abbildung 4 zeigt die viskoelastischen Eigenschaften, die für die Kollagenadsorption ermittelt wurden, berechnet aus denWerten nund Dn der dritten und fünften Oberschwingung. Abbildung 5 vergleicht die Eigenschaften aus Abbildung 4 mit den Eigenschaften, die aus den kommerziellen Softwareergebnissen konvertiert wurden. Wie in Abbildung 5zu sehen ist, melden die kommerziellen Softwarewerte, dass der Film weicher ist als das Python-Skript.
Abbildung 6 beschreibt eine Beziehung, die in früheren QCM-Experimentenbeobachtetwurde 3,22 zeigt eine lineare Beziehung zwischen dem viskoelastischen Phasenwinkel und dem Logarithmus der Größe des komplexen Schermoduls. Die grüne Linie zeigt diese lineare Beziehung an, die Endpunkte einer Newtonschen Flüssigkeit wie Wasser (| G*| p = 105Pa • g/cm3 und - = 90° bei3 = 15 mHz) und ein elastisches festes oder glasiges Polymer (| G*| p = 109Pa • g/cm3 und n = 0°). Viele Polymermaterialien, die mit dem QCM untersucht wurden, folgen diesem allgemeinen empirischen Trend, der mit dem PSS:PDADMA-Komplexsystem22quantifiziert wurde. Da der PEC Lösungen mit höheren Salzkonzentrationen ausgesetzt ist, wechselt die Probe von einer starren, glasigen Probe zu zähflüssiger und flüssiger; dieses Spektrum von Eigenschaften fällt auf die grüne Linie. Zum Vergleich werden die eigenschaften, die mit dem Python-Skript für den ausgeglichenen Kollagenfilm berechnet wurden, auch in Abbildung 6dargestellt. Die Beziehung zwischen | G*| es wird erwartet, dass für beide Systeme die gleichen p und B sind, da beide Systeme glasige Polymere sind, die mit Wasser geschwollen sind. Der Wassergehalt des Films bestimmt den spezifischen Punkt entlang der Kurve. Hier entspricht das PEC-System mit mechanischen Eigenschaften, die dem Kollagensystem am nächsten sind, einer 20-wt%-Polymerlösung. Aus diesem Vergleich schließen wir, dass die Polymerkonzentration im adsorbierten Kollagenfilm ebenfalls nahe bei 20 Gew.%liegt. Dieses Ergebnis ist sehr nützlich, das in unserem Fall durch den Vergleich der Ergebnisse aus zwei entsprechend gestalteten QCM-Experimenten erzielt wird. Eines dieser Experimente war ein Zeitbereichsexperiment (QCM-D, Kollagen) und das andere war ein Frequenzbereichsexperiment (QCM-Z, PEC), aber diese Arten von Experimenten sind vollständig austauschbar, wobei beide Protokolle in beiden Fällen erstickt werden.
Abbildung 1: Darstellung der Sauerbrey-, viskoelastischen, bulk- und überdämpften Regime. Das Diagramm zeigt Regime, bei denen verschiedene Arten von Informationen aus QCM-Daten bezogen werden können, basierend auf der Probenarealmasse (bezogen auf die Dicke) und den viskoelastischen Eigenschaften. Unterhalb der blauen Linie befindet sich das Sauerbrey-Regime, bei dem nur die Dicke der Probe berechnet wird. Für den mittleren Bereich können die Masse- und viskoelastischen Eigenschaften der Probe berechnet werden. In der Massenregelung oben links der Parzelle können viskoelastische Informationen erhalten werden, aber die Experimente sind nicht mehr empfindlich auf die Probendicke. In der oberen rechten Oberen Seite zeigt das überdämpfte Regime an, dass die Probe zu dick ist, um eine QCM-Messung durchzuführen. Im Diagramm wird eine lineare Beziehung zwischen dem viskoelastischen Phasenwinkel an der dritten Oberschwingung und dem Protokoll der Größe des komplexen Schermoduls angenommen (grüne Linie in Abbildung 6). Das Bulk-Regime ist definiert als der Bereich, in dem die Dicke mehr als doppelt so lang wie die Zerfallslänge der Scherwelle ist. Das Sauerbrey-Regime ist definiert als die Region, in der sich die Regionen 3 und3 , 3 und 5 , um weniger als 10 Hz unterscheiden, und das überdämpfte Regime ist das Regime, in dem5 größerals 20.000 Hz ist (D5 > 1600 ppm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Flussdiagramm der wichtigsten Schritte innerhalb einer QCM-Messung. Schemat eines QCM-Z- oder QCM-D-Experiments. Das Diagramm im ersten Schritt ist ein QCM-Sensor (grau) mit den Goldelektroden (Gold) und Film auf der Oberseite des Sensors (lila), mit den verschiedenen Techniken verwendet, um einen Film auf die Sensoroberfläche anzuwenden. Die Dicke des Films, d, wird angegeben. Im zweiten Schritt werden die Daten aus den experimentellen Protokollen QCM-Z (oben) und QCM-D (unten) hervorgehoben. Der dritte Schritt ist, wo man den Bereich bestimmt, in dem die Probe analysiert werden kann. Der vierte Schritt zeigt die resultierenden Daten aus dem angegebenen Analysebereich. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: "Gut" und "Schlechte" QCM-D-Daten für die Kollagenadsorption. Diagramme der Häufigkeit sende- und Dämpfungsfaktoren für das Kollagenadsorptionsexperiment. (A) Ausgeglichene Frequenzverschiebungen, (B) Ausgleichsdämpfungsfaktorverschiebungen, (C) Nicht ausgeglichene Frequenzverschiebungen und (D) Verschiebungen des nicht ausgeglichenen Dämpfungsfaktors. In (B) und (D)wird die Verschiebung des Dämpfungsfaktors als Verlustfaktor, D, und die Bandbreite, B,dargestellt, da derselbe Parameter durch beide Verschiebungen gemessen wird. Die Frequenz- und Gammaverschiebungen werden auf ihre jeweiligen Oberschwingungen normalisiert (n = 3 oder 5). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Viskoelastische Analyse von Kollagen mit einem Leistungsgesetzmodell. Der (A) Arealmasse, (B) komplexer Schermodul und (C) viskoelastischer Phasenwinkel für das Kollagenadsorptionsexperiment. Die ersten 10 h zeigen die Hauptadsorptionsstufe des Kollagens auf die Sensoroberfläche, wobei der Zeitraum zwischen 10 und 20 das Gleichgewichtsstadium vor der Pufferwäsche bei 20 h zeigt. Die Fehlerbalken stellen Unsicherheiten in den Berechnungen für die Dicke und die viskoelastischen Eigenschaften dar, wobei ein Fehler in -und - gleich 1 % von . Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Viskoelastische Analyse von Kollagen mit einem Power-Law-Modell und einem kommerziellen Softwaremodell. Der (A) Arealmasse, (B) komplexer Schermodul und (C) viskoelastischer Phasenwinkel für das Kollagenadsorptionsexperiment. Die Werte werden mit dem Python-Skript anhand derWerte "und Daus den experimentellen Daten ermittelt, während die D-Werte aus den Ergebnissen des viskoelastischen Modells aus der kommerziellen Software konvertiert werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Modifizierte Van Gurp-Palmen-Darstellung der Kollagen- und PSS:PDADMA-Daten. Eine Darstellung des viskoelastischen Phasenwinkels und des komplexen Schermoduls über den allgemeinen Probenbereich, der mit QCM messbar ist. Die grüne Linie gibt die lineare Beziehung zwischen den beiden Eigenschaften an, die bei der Entwicklung von Abbildung 1angenommen wurde. Die Daten für den PSS:PDADMA Polyelektrolytkomplex (PEC) werden mit Genehmigung von Sadman et al. nachgedruckt. 22, Copyright 2017 American Chemical Society. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Molizität der Lösung (M) | mL von 3 M KBr |
| 0.1 | 1 |
| 0.2 | 1.1 |
| 0.3 | 1.2 |
| 0.4 | 1.3 |
| 0.5 | 1.4 |
| 0.6 | 1.5 |
| 0.7 | 1.6 |
| 0.8 | 1.8 |
| 0.9 | 1.9 |
| 1 | 2 |
Tabelle 1: Molareninkremente für das PEC-Schwellungsexperiment. Die Menge (in ml) von 3 M Kaliumbromidlösung, die notwendig ist, um die Molarität der Wasserlösung für das Schwellungsexperiment um 0,1 M zu erhöhen.
Ergänzende Dateien: Python-Code. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
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Discussion
Die Kollagenadsorptionsergebnisse erstrecken sich über die Sauerbrey- und viskoelastischen Regime. Durch die Darstellung der auf die entsprechende oberharmonische Zahl normalisierten Frequenzverschiebungen stellen wir fest, dass die Sauerbrey-Grenze für ungefähr die ersten 2 h der Messung gilt. Mit zunehmender Masse, die am Sensor festhält, beginnen jedoch die normalisierten Frequenzverschiebungen für die dritte und fünfte Oberschwingung voneinander abzuweichen(t > 2 h), was auf die Fähigkeit hindeutet, viskoelastische Eigenschaften des adsorbierten Films zu bestimmen.
Ein direkter Vergleich zwischen den viskoelastischen Modellierungsergebnissen aus der Software und der Leistungsrechtsmodellierung der Shull-Gruppe weist auf einen spürbaren Unterschied in den berechneten Materialeigenschaften hin. Im Laufe der Messung stellten die viskoelastischen Modelldaten aus kommerzieller Software eine dickere, weichere Schicht mit einem niedrigeren komplexen Schermodul dar (Abbildung 5). Die Unterschiede in den viskoelastischen Eigenschaften zwischen diesen Modellen sind auf die Annahmen zurückzuführen, die in den Berechnungen für jedes System gemacht wurden. Ein Unterschied betrifft eine Annahme, die über die Frequenzabhängigkeit der viskoelastischen Eigenschaften gemacht werden muss. Es muss davon ausgegangen werden, dass der Frequenzgang bei einer gegebenen Oberschwingung (z. B. n = 3) von drei Parametern abhängt (pd, | G*3| eswerdenjedoch nur zwei unabhängige Größengemessen,die jedoch nur mit3 undd n n ,Dn) gemessen werden. Aufgrund dieser Diskrepanz müssen wir mindestens eine zusätzliche Menge (entweder die Frequenzverschiebung oder die Ableitung) aus einer zusätzlichen Oberschwingung erhalten, ohne dem Problem eine zusätzliche Unbekannte hinzuzufügen. Die Dicke und Dichte hängen natürlich nicht von der Frequenz ab, aber der komplexe Schermodul tut es. Der machtrechtliche Ansatz basiert auf der Tatsache, dass wir über einen kleinen Frequenzbereich annehmen können, dass der Phasenwinkel konstant ist, mit einer rheologischen Reaktion, die einem Material mit einem machtrechtlichen Verhalten über einen viel größeren Frequenzbereich15,16,18entspricht. Der Leistungsrechtsexponent , b, ist kein einstellbarer Parameter, sondern gleich ' / 90°, mit in Grad. Bei der Annahme des Machtgesetzes haben wir 
3 € =5 € und . Für die quantitative viskoelastische Modellierung stellt das Leistungsrechtsmodell die beste Kombination aus Genauigkeit und Einfachheit dar und liefert zuverlässigere Ergebnisse als andere gängige Ansätze, einschließlich des Kelvin-Voigt-Modells, bei dem angenommen wird, dass G' unabhängig von n und G" ist und mit nlinear zunimmt.
Unter Berücksichtigung des versuchsweise Aufbaus für die PSS:PDADMA-Daten wurden Experimente in der Masse und die viskoelastischen Regime zur Generierung der Daten in Abbildung 6durchgeführt. Das Protokoll beschreibt die Probenvorbereitung für die viskoelastischen Regimeexperimente, wobei die Massenexperimente durchgeführt werden, indem die Sensorreaktion auf eine Lösung mit dem VORHANDENEN PEC, Salz und Wasser untersucht wird. Um die Proben für die viskoelastischen Regimeexperimente vorzubereiten, ist es wichtig, den Zieldickenbereich für den Verbleib innerhalb des viskoelastischen Regimes zu verstehen und eine Überdämpfung der Reaktion des Sensors zu vermeiden. Für das PSS:PDADMA-System liegt dieser ideale Bereich bei 0,8 - 1,6 m. Da die PEC bei Wasseranschwollen zunächst um 45-50% zunimmt, musste dieses Verhalten in den anfangs encmdicken berücksichtigt werden, was einen Zielbereich für die anfängliche Probendicke von 0,45 bis 0,65 m machte. Ein gutes Verständnis dafür, wie sich der Film während des Experiments verhält, ist wichtig für das Verständnis des besten Zieldickenbereichs sowie der besten Methode zur Probenvorbereitung18.
Ungeachtet des genauen Instrument-Setups zeigen diese Verfahren, wie wichtig es ist, die Probenvorbereitung vor Beginn eines QCM-Experiments zu prüfen. Die Dicke der angewendeten Schicht bestimmt die Informationen, die aus den Gemessenen Daten extrahiert werden können. Bevor der Forscher mit einer Messung beginnt, muss er sich überlegen, welche Informationen aus dem Experiment am dringendsten benötigt werden, und die Grenzen der Technik verstehen. Ein Verständnis der viskoelastischen Eigenschaften des Films ist hilfreich bei der Bestimmung der richtigen Probendicke und Der Vorbereitungsmethode. Für geeignete Beispiele können sowohl Zeitdomänen- als auch Frequenzbereichs-QCM-Instrumente fachmännisch verwendet werden, um genaue Daten für eine Vielzahl von Anwendungen zu sammeln.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde von der NSF (DMR-1710491, OISE-1743748) unterstützt. J.R. und E.S. bestätigen die Unterstützung durch die NSF (DMR-1751308).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetic acid | Sigma-Aldrich | A6283 | For collagen adsorption |
| Ammonium hydroxide solution | Sigma-Aldrich | 221228 | For collagen adsorption |
| Aqueous QCM probe | AWSensors | CLS 00050 A | For polyelectrolyte swelling |
| Collagen I Rat Protein, Tail | Thermo Fisher Scientific | A1048301 | For collagen adsorption |
| Distilled water | Sigma-Aldrich | EM3234 | For polyelectrolyte swelling; generally easy to acquire in research labs, but there is a catalog number in case it is not accessible |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 793175-1GA-PB | For polyelectrolyte swelling |
| Gibco Phosphate Buffered Saline | Thermo Fisher Scientific | 20012-027 | For collagen adsorption |
| Hellmanex III | Sigma-Aldrich | Z805939 | For collagen adsorption |
| Hydrogen peroxide solution | Sigma-Aldrich | 216763 | For collagen adsorption |
| Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-Ply | Fisher Scientific | 06-666A | For polyelectrolyte swelling |
| NP2K VNA | Makarov Instruments | For polyelectrolyte swelling | |
| Poly(diallyldimethylammonium chloride), MW 200,000 | Sigma-Aldrich | 409022 | For polyelectrolyte swelling; for full synthesis procedure see Sadman et al. |
| Poly(styrene-sulfonate) sodium salt 30% weight in water | Sigma-Aldrich | 561967-500G | For polyelectrolyte swelling; for full synthesis procedure see Sadman et al. |
| Potassium Bromide | Sigma-Aldrich | 793604-1KG | For polyelectrolyte swelling |
| QSense QCM Explorer System | Biolin Scientific | For collagen adsorption | |
| Sodium acetate, anhydrous | Sigma-Aldrich | S2889 | For collagen adsorption |
| Spin coater, Model WS-650MZ-23NPP | Laurell technologies | For polyelectrolyte swelling |
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