Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Кристалла кварца с диссипацией мониторинга ( ПКМ-D ) представляет собой тип кристалла кварца (QCM) на основе кольца вниз техники . Он используется в межфазном акустическом зондировании . Его наиболее распространенное применение - определение толщины пленки в жидкой среде (например, толщины слоя адсорбированного белка). Его можно использовать для исследования дополнительных свойств образца, особенно мягкости слоя.

Метод [ править ]

Ring-down как метод опроса акустических резонаторов был разработан в 1954 году. [1] В контексте QCM он был описан Hirao et al. [2] и Rodahl et al. [3] Активным компонентом QCM является тонкий диск из кристалла кварца, зажатый между парой электродов. [4] Приложение переменного напряжения к электродам заставляет кристалл колебаться на его акустической резонансной частоте. При отключении переменного напряжения колебания экспоненциально затухают («звонят вниз»). Это затухание регистрируется и извлекаются резонансная частота (f) и коэффициент рассеяния энергии (D). D определяется как потеря энергии за период колебаний, деленная на общую энергию, запасенную в системе. D равно ширине полосы резонанса, деленной на резонансную частоту. Другие инструменты QCM определяют ширину полосы по спектрам проводимости. Будучи QCM, QCM-D работает в режиме реального времени, не требует маркировки и чувствителен к поверхности. Современное оборудование QCM-D позволяет измерять более 200 точек данных в секунду.

Изменения резонансной частоты (Δf) в первую очередь связаны с захватом или высвобождением массы на поверхности сенсора. При использовании в качестве датчика массы прибор имеет чувствительность около 0,5 нг / см 2 по данным производителя. Изменения коэффициента рассеяния (ΔD) в первую очередь связаны с вязкоупругостью (мягкостью). [5] Мягкость, в свою очередь, часто связана со структурными изменениями пленки, прилипшей к поверхности сенсора.

Датчик массы [ править ]

При работе в качестве датчика массы QCM-D часто используется для изучения молекулярной адсорбции / десорбции и кинетики связывания с различными типами поверхностей. В отличие от оптических методов, таких как спектроскопия поверхностного плазмонного резонанса (ППР), эллипсометрия или интерферометрия с двойной поляризацией , QCM определяет массу адсорбированной пленки, включая захваченный растворитель. Таким образом, сравнение «акустической толщины», определенной с помощью QCM, и «оптической толщины», определенной любым из оптических методов, позволяет оценить степень набухания пленки в окружающей жидкости. [6] Разница в сухой и влажной массе, измеренная с помощью QCM-D и MP-SPR.более значительна в высокогидратированных слоях, как показано на [7] [8] [9]

Поскольку на мягкость образца влияет большое количество параметров, QCM-D полезен для изучения молекулярных взаимодействий с поверхностями, а также взаимодействий между молекулами. QCM-D обычно используется в областях биоматериалов , клеточной адгезии, открытия лекарств, материаловедения и биофизики. Другими типичными приложениями являются определение вязкоупругих пленок, конформационные изменения осажденных макромолекул, наращивание многослойных полиэлектролитов, а также разрушение или коррозия пленок и покрытий.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ситтель, Карл; Rouse, II, Prince E .; Бейли, Эмерсон Д. (1954). «Метод определения вязкоупругих свойств разбавленных полимерных растворов на звуковых частотах». Журнал прикладной физики . 25 (10): 1312–1320. Bibcode : 1954JAP .... 25.1312S . DOI : 10.1063 / 1.1721552 .
  2. ^ Hirao, Масахико; Оги, Хироцугу; Фукуока, Хидекадзу (1993). «Система Resonance Emat для измерения акустоупругих напряжений в листовых металлах». Обзор научных инструментов . 64 (11): 3198–3205. Bibcode : 1993RScI ... 64.3198H . DOI : 10.1063 / 1.1144328 . ЛВП : 11094/3191 .
  3. ^ Rodahl, Майкл; Касемо, Бенгт Герберт (1998-06-04) [май 1996]. «Простая установка для одновременного измерения резонансной частоты и абсолютного коэффициента рассеяния кварцевых микровесов». Обзор научных инструментов . 67 (9): 3238–3241. Bibcode : 1996RScI ... 67.3238R . DOI : 10.1063 / 1.1147494 .
  4. ^ Johannsmann, Diethelm (2007). «Исследования вязкоупругости с помощью QCM». В Steinem, Клаудиа; Яншофф, Андреас (ред.). Пьезоэлектрические датчики . Серия Springer по химическим сенсорам и биосенсорам. 5 . Берлин / Гейдельберг: Springer-Verlag (опубликовано 8 сентября 2006 г.). С. 49–109. DOI : 10.1007 / 5346_024 . ISBN 978-3-540-36567-9. ISSN  1612-7617 .
  5. ^ Johannsmann, Diethelm (2008). «Вязкоупругие, механические и диэлектрические измерения сложных образцов с помощью микровесов из кристалла кварца». Физическая химия Химическая физика . 10 (31): 4516–4534. Bibcode : 2008PCCP ... 10.4516J . DOI : 10.1039 / b803960g . PMID 18665301 . 
  6. ^ Планкетт, Марк А .; Ван, Чжэхуэй; Ратленд, Марк В .; Йоханнсманн, Дитхельм (2003). «Адсорбция слоев pNIPAM на гидрофобных золотых поверхностях, измеренная на месте с помощью QCM и SPR». Ленгмюра . 19 (17): 6837–6844. DOI : 10.1021 / la034281a .
  7. ^ Vuoriluoto, Maija; Орельма, Ханнес; Йоханссон, Лина-Сиско; Чжу, Баолей; Поутанен, Микко; Вальтер, Андреас; Лайне, Янне; Рохас, Орландо Дж. (10 декабря 2015 г.). «Влияние молекулярной архитектуры случайных и блочных сополимеров ПДМАЭМА – ПОЭГМА на их адсорбцию на регенерированных и анионных наноцеллюлозах и свидетельства оттока межфазной воды». Журнал физической химии B . 119 (49): 15275–15286. DOI : 10.1021 / acs.jpcb.5b07628 . PMID 26560798 . 
  8. ^ Мохан, Тамилсельван; Нигельхель, Катрин; Зарт, Синтия Саломау Пинту; Каргл, Руперт; Кёстлер, Стефан; Рибич, Фолькер; Хайнце, Томас; Спирк, Стефан; Стана-Кляйнчек, Карин (10 ноября 2014 г.). «Запуск адсорбции белка на специально подобранных катионных поверхностях целлюлозы». Биомакромолекулы . 15 (11): 3931–3941. DOI : 10.1021 / bm500997s . PMID 25233035 . 
  9. ^ Эмильссон, Густав; Schoch, Rafael L .; Феуз, Лоран; Хёк, Фредрик; Лим, Родерик YH; Далин, Андреас Б. (15 апреля 2015 г.). «Сильно растянутые устойчивые к протеину кисти из поли (этиленгликоля), полученные методом Grafting-To» . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 7 (14): 7505–7515. DOI : 10.1021 / acsami.5b01590 . PMID 25812004 .