Jennie Ringberg May 27, ’47 < 20200827

聚电解质多层膜的构建和结构表征

想象一种高分子材料,它可以解决生物医学中的诸多问题,如具有生物相容性;并可以按刺激响应方式来调整药物释放速率。聚电解质多层膜PEMs (polyelectrolyte multilayers)拥有这种潜力。 PEMs功能在很大程度上取决于层的性质,因此我们需要理解和调整这些特性。如何表征聚电解质多层的构建,并揭示层的结构性质呢? 在这里,以海洋用高分子构建的PEMs为例,我们展示了如何使用QCM-D技术解决这些挑战。

聚电解质多层膜性能出众的高分子材料

植体涂层可以帮助植体更易融入人体,释放药物或活性肽来帮助伤口愈合,或精准递送正确剂量纳米药物。这些诱人的功能可以用PEMs来实现。PEMs结构可调,这使其在生物医学应用中变得非常有趣。它不仅可以调节膜在生理环境条件下的坚韧性,而且还可以在膜中装载如生物活性分子,从而可以增强分子层的功能和生化性质,例如对蛋白质的吸附,细胞粘附和药物释放都可以定制和控制。

PEMs的功能主要由分子层的构型决定。构型影响界面性质,从而决定表面相互作用。 PEMs的构型不仅取决于聚电解质的性质,还取决于表面和环境条件,例如pH值和溶液离子强度。 通过改变和调整这些参数,可以控制PEMs膜的性质,例如层厚度,机械性能和表面电荷密度,以及PEMs的最终功能。

聚电解质多层膜的构建和结构的表征

通过一个例子,让我们看一下生物医学应用中PEMs的形成。 聚电解质多层膜是通过逐层沉积聚电解质(带有正/负电荷的聚合物)形成的。 聚阳离子和聚阴离子通过交替方式吸附/沉积来组装。

在这项研究中,通过交替吸附聚阳离子壳聚糖和阴离子藻酸盐,形成多糖聚电解质多层膜,图1所示。壳聚糖和藻酸盐都是多糖,可以从海洋生物中提取:从蟹壳和虾壳中提取壳聚糖,从褐藻中提取藻酸盐。 这两个分子很有趣,因为它们既类似于细胞外基质成分,又显示出良好的生物学特性。 所得的PEMs由31层壳聚糖和藻酸盐交替组成。

1. 由聚阳离子壳聚糖和聚阴离子藻酸盐组成的聚电解质多层膜示意图

结合对聚电解质多层膜的稳定性,降解以及与环境分子的相互作用进行评估,我们发现对聚电解质多层膜设计的关键是聚电解质多层膜的构建过程和对所得结构的理解。在这项研究中,通过QCM-D技术实时监视构建过程。 QCM-D是一种表面敏感技术,可以实时测量质量和结构变化,因此可以同时监测吸附、表面吸收、结构层分析。 研究表明,聚电解质多层膜厚度的增加在整个构建过程中基本上是线性的,层结构是刚性的。

下载我们的应用文摘,以获取有关该研究的更多详细信息,以及如何使用耗散型石英晶体微天平QCM-D表征PEMs的形成过程和理化性质

 

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