Malin Edvardsson Apr 30, ’45 < 20200430

如何利用QCM-D来表征界面生物分子吸附

聚合物刷和聚电解质多层膜可用于需要调整界面特性、促进周围环境相互作用的应用中。 层状构象和水合度是影响界面性质的关键参数。在这里,我们介绍了如何使用QSense@ QCM-D技术来分析聚合物层堆积,构象变化以及与聚合物层分子的相互作用。

分析聚合物层的形成、相互作用和结构变化

吸附分析:固体表面的生物分子吸附的分析与许多领域相关,如生物医学工程和药剂。这里我们将展示如何使用QSense@ QCM-D表征生物分子吸附与脱附动力学,以及表面上的吸/脱附量关系。

暴露于生物分子的表面

在很多情境下,生物分子都会与表面发生相互作用,并且这些生物分子的吸附会产生重大的影响。比如当材料植入体内时,生物分子吸附于表面是植入体成功整合的第一步。再比如,和前例相反–海洋环境中,生物分子的吸附则是不希望发生的。此时位于洋面以下的表面暴露于一系列的海洋生物里。这将引起不需要的生物分子吸附,甚至一些生物的生长。

在这两种情形下,表征和理解固体表面与生物分子的相互作用和吸附,从而优化设计表面的特性和条件,最终改善或者阻止生物分子的吸附。QSense@ QCM-D就是一种可以进行此种生物分子吸附分析的工具。

实时监测分析生物分子的吸附和解吸

QSense@ QCM-D是一种表面敏感的技术,可无标记分析表面的相互作用。图1, QSense@ QCM-D监测表面质量随时间的变化。这项技术可以检测生物分子在固体表面的吸附和解吸。时间分辨数据还可以量化吸附/解吸的速率和表面吸附/解吸材料的质量。

1. (上)生物分子的吸附(A)/脱附(B)于表面,QSense@ QCM-D的数据表征(中)。Δf ΔD分别反映吸附层的质量变化和刚性变化。如图中灰色箭头所示,时间分辨的数据记录了吸附和脱附有多快,有多少物质从表面上增加或者失去。表面吸附或者脱附了物质的时间分辨质量(下)及吸附层厚度也能够进行定量分析。

 

分析吸附层的力学性能

QCM-D除了检测表面纳克的质量变化外,还可以检测吸附层的力学特性,因此可以用于分析吸附在表面的生物分子的空间结构情况。例如吸附层分子是致密堆积还是松散堆积?分子是处于折叠构象还是类似从表面延伸的长链状结构?在整个吸附过程中分子的排列行为是否相同?会不会随着表面覆盖率或任何其他参数的改变而改变?如表面材料,温度,盐浓度或pH值等因素。

结语

在许多情况下如设计生物材料,组织工程,开发生物传感器,以及评估药物与存储容器(袋子、注射器材料等)之间的相互作用时,生物分子与固体表面的相互作用,以及在固体表面的吸附行为都有着重要的意义。在这些需要表征生物分子的相互作用及吸附行为差异的研究中,QSense@ QCM-D是一种非常稳定的、有效的、纳克纳米级灵敏度的,实时在线无需标记的新方法。QSense@ QCM-D可用于:

  • 探索生物分子吸附动力学
  • 量化吸附速率和总吸附量
  • 表征表面上的分子排列
  • 评估蛋白质在特定溶剂条件下是否吸附到目标材料表面上
  • 优化表面材料或溶剂条件来实现最小或最大吸附

更多详情请下载附件

从生物化学和生物技术,到医学和纳米毒理学等等领域,人们都在探索生物分子之间的相互作用,以增加对生物系统和功能的理解。从而设计诸如药物,传感器和材料等新产品。下载附件综述以了解更多如何使用QSense@ QCM-D技术分析生物分子相互作用以及QCM-D能提供的监测信息。包括:

  • 吸附/脱附
  • 结合
  • 酶活性
  • 结构,结构变化和纤维形成

 

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