Kenneth Olesen PhD Oct 14, ’42 < 20200714

使用QCM-D技术研究纳米颗粒在固体表面沉积动力学

随着工程化纳米颗粒被广泛使用,人类和环境暴露于纳米材料的风险持续上升。纳米材料用于防晒油、运动服、油漆涂料以及药物等诸多产品的制造。为了避免潜在的负面效应,需要研究这些纳米颗粒与其周围环境的相互作用。在本概述中,我们举了若干例子来分析纳米粒子怎样与不同表面发生相互作用。

一种研究纳米颗粒与不同类型表面相互作用的方法

分析纳米颗粒-表面相互作用的方法之一是采用各种表面敏感的技术,如QSense® QCM-D耗散型石英晶体微天平技术。这一技术可以提供某一研究表面质量增加或者损失的实时信息。它也可以提供表面上形成的薄膜层的材料特性。质量和材料特性的综合信息可以为纳米材料-固体表面相互作用的分析提供独特见解。

从纳米毒理学到纳米药物与过滤

通过改变纳米颗粒材料,固体表面材料和溶剂条件(例如pH,盐浓度和温度),我们可以表征特定纳米颗粒与表面的相互作用。比如,可以使用仿生模型系统(例如芯片表面的磷脂膜)研究与纳米药物筛选/毒性相关的纳米颗粒与细胞膜的相互作用。
纳米颗粒与玻璃或塑料表面的相互作用可以揭示表面亲和力。例如,水/空气处理滤膜研发研究,这与从水中或空气中去除纳米颗粒以及防止纳米颗粒引起的结垢方面相关。

示例:电解质的浓度影响纳米颗粒沉积速率

在该项研究中[1],通过QSense® QCM-D耗散型石英晶体微天平技术表征纳米颗粒与表面相互作用,分析了沉积速率与盐浓度的关系。测试中,二氧化硅表面在特定范围的盐浓度下暴露于富勒烯纳米颗粒(1, 10, and 30 mM NaCl at pH 5.2)。此外,测试还评估了纳米颗粒与涂覆有带正电的聚L-赖氨酸(PLL, at 1mM NaCl)的二氧化硅表面的相互作用。

图1,QCM-D结果表明,纳米颗粒沉积速率随电解质浓度的增加而增加[1]。但是,在盐浓度为1 mM的情况下,纳米颗粒在PLL涂层表面的沉积速率最高。

QCM-D表征纳米颗粒在二氧化硅表面的沉积

图1. QCM-D表征在不同浓度的氯化钠(NaCl)溶液中,富勒烯纳米颗粒在二氧化硅表面的沉积。频率的减少对应于表面的质量增加,当NaCl的浓度为1mM时,PLL涂层表面观察到最快的纳米颗粒质量增加

 

结束语

从宏观到纳米的转变可能会意外地发现未知的材料特性。缩小研究对象尺寸,它的比表面积会增加,并且由于材料的表面原子通常比本体材料中的表面原子更加活泼,因此材料的物理和化学性质可能会发生变化。

纳米技术提供了改进现有产品,以及开发新产品的机会。但是由于与周围环境表面相互作用不可预测的变化,因此必须仔细检测纳米技术提供的这种机会。通过QSense® QCM-D耗散型石英晶体微天平技术方法分析纳米粒子与表面相互作用,可提供实时的有关目标表面质量变化以及所形成层的详细特性的信息。

下载概述Overview QCM-D studies of engineered nanoparticles,了解有关QSense® QCM-D耗散型石英晶体微天平技术如何用于表征纳米粒子与表面相互作用的更多信息。

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