KSV NIMA界面剪切流变仪(ISR)是用于研究Langmuir膜的粘弹性的先进表征仪器。 它可用于研究由界面粘度控制的现象和用于在沉积之前研究膜的性质以确定最佳沉积参数。

应用概述

由界面流变学控制的应用,包括

  • 生物系统,如肺表面活性剂和睑脂。它们的功能主要基于它们在压力下的相间流动
  • 乳液和泡沫的稳定性对其功能至关重要。界面粘弹性可以预测复杂流体的稳定性。 胶束/液滴融合和裂变在很大程度上取决于界面粘弹性。
  • 石油和天然气、化妆品、食品、生物物理学、制药以及界面分子具有所期望的流动特性的应用领域如石油和天然气中的沥青质

Langmuir单分子层结构研究包括:

  • 相变,因为该层的粘弹性受到相变的强烈影响。
  • 表面反应如实时交联,因为分子大小和形状的变化通常对其流变学性质有很强的响应。
  • 聚集和吸附,因为它们通常会改变薄膜的粘弹性。
  • 由于Langmuir-Blodgett涂层是基于分子向固体基质的流动,因此在沉积之前确定最佳涂层参数。

特点与优势

  • 由于易于与KSV NIMA Langmuir槽相结合,可同时测量和控制表面压力,这使得可以将流变极高的灵敏度 - ISR可以测量非常微弱的表面和界面的弹性和粘性模量。 该方法的高灵敏度归因于低惯量疏水性探针在没有机械连接的情况下被磁场移动。
  • 学在许多应用中,如生物膜,需要实时跟踪持久的化学相互作用和成膜动力学。KSV NIMA ISR不需要任何调整来补偿蒸发的影响,因为它基于独特的浮动针技术。
  • 在使用有价值的化合物和亚相时,可以使用低至7 mL的体积进行工作,节省了时间和成本。
  • 数据与单分子层表面压力和在与不溶性表面活性剂一起使用时至关重要的相变相关联。

特点与优势

KSV NIMA ISR方法基于界面剪切流变学。 位于界面处的磁化探针用于在界面上产生剪切变形,通过光学记录探针移动可以测量响应。

有关该技术的更多信息,请参阅:界面剪切流变测量

KSV NIMA ISR能够进行动态和静态测量,以确定界面层的粘弹性。 通过动态测量,粘弹性能可作为频率、时间、应变、温度或表面压力的函数进行测量。 静态测量可以进行蠕变测试,并表明系统是否像理想的牛顿液体(缓冲模型)或理想的弹性(弹簧模型)。 这些测量可以定义以下参数:

  • 弹性(储存)模量,G'
  • 粘性(损失)模量,G“
  • 动态界面粘度,μs*
  • 表面/界面粘度,η
  • 松弛时间,τ

产品范围

KSV NIMA ISR可配备KSV NIMA Langmuir槽(或液 - 液槽)以同时控制薄膜组装密度,或配备低容量测量池以处理小界面面积和减少的亚相体积。

由于集成了高度敏感的Wilhelmy天平,这两个系统都可以进行表面压力测量。 Langmuir槽和低容量测量池分为上下隔室,可用于研究液 - 气界面或液 - 液界面处的薄膜粘弹性。

所有ISR系统都有硬件解决方案,旨在轻松注入化学品以实现实时化学相互作用研究。 例如,低容量池在每个末端具有两个注射端口,以使得能够容易地注入亚相中的材料(例如蛋白质、酶)并且在测量时允许亚相渐进交换。

技术规格

测试 界面剪切流变仪
动态模量分辨率(mN/m) 0.001
频率范围(rad/s,Hz) 0.01-10, 0.0016-1.6
应变范围 3·10-4-1
仪器尺寸
含Langmuir槽的ISR(长×宽×高,厘米) 90.8×37.0×70.0
具有低容量池的ISR(长×宽×高,厘米) 19.0×37.0×70.0
尺寸不包括压力传感器接口单元:15.8×20.9×27.3厘米
低容量测量池(内部尺寸)
下层部分(重相)(长×宽×高,厘米) 12.0×1.1×0.65 (volume 4.7 mL)
上层部分(轻相)(长×宽×高,厘米) 12.0×1.96×0.6 (volume 13.9 mL)
仪器重量
含Langmuir槽的ISR(千克) 35
含低容量池的ISR(千克) 25
系统要求
最低系统要求  

· 1 GHz处理器

· 512 MB内存

· 40 GB硬盘(20 GB可用)

· 1024x768分辨率

· 3 x USB2接口

· RS-232接口(用于恒温水浴选项)

操作系统要求  

· Windows 8(64位)

· Windows 7(64位)

· Windows Vista(32位)

· Windows 10

 

应用实例

蛋白质单分子层的界面粘度

图1显示的是在水和癸烷之间的蛋白质单分子层(溶菌酶)的界面粘度以及表面压力随时间的变化。表面压力的变化体现了表面吸附以及在界面上形成粘弹性“皮肤”的蛋白质的界面粘度和交联随时间的演变。表面压力数据是界面流变数据的补充。

低容量ISR测量槽

在KSV NIMA低容量ISR测量池中,将20mg/mL溶菌酶溶液注入到亚相中,并且在空气-水界面(AW)和油-水界面(OW)监测界面粘弹性性质(单频率模式,0.1Hz)。 图2给出了在两个实验中获得的储存和损耗模量。 在时间0s进行溶菌酶注射, 对AW界面的吸附仅对粘弹性具有轻微影响, 没有网络形成,吸附在平衡时结束,并且在整个实验过程中粘度占优势。 在油-水界面的实验中,界面弹性明显快于界面粘度,约11,600秒(3.2小时)后达到凝胶点。

二十醇中的相转变

图3显示了通过测量粘弹性行为随表面压力的变化来观察二十烷醇中的相变。 紫色十字显示在5mN/m表面压力下粘性模量(表面损失,G“)达到最大值,而在表面压力等温线上没有任何可见的变化。 蓝色十字显示弹性模量(表面储存,G')。 当表面压力达到约15mN/m时,G'和G''都达到恒定值。 该值对应于二十烷醇单分子层从倾斜液体到非倾斜液体相的填充相变。 在达到相变值后,膜保持一些粘性,而弹性几乎为零。

 

RECORDED WEBINAR

界面流变学:从基础到应用

演讲者: G Fuller教授