引言

QCM-I是測量聚合物、蛋白質(zhì)、納米顆粒和其他分子向表面吸附和鍵合過程的一項強(qiáng)有力的技術(shù)。多參數(shù)數(shù)據(jù)實時獲取，詳細(xì)說明了耦合到傳感器表面的膜的水合質(zhì)量和剛性變化。在本文中，可以理解一系列吸附事件的質(zhì)量和粘彈性變化，包括表面聚合物改性，以及隨后的biotin-BSA生物素物理吸附、鏈霉親和素功能化量子點(diǎn)鍵合和鏈霉親和素的內(nèi)填充。

實驗介紹

實驗采用超高真空ITO涂布QCM-I傳感晶體，HEPES緩沖液（pH7.4）連續(xù)流過傳感器表面。樣品采用固定體積的注射裝置引入，然后用流動的HEPES緩沖液沖洗。連續(xù)不斷注入的樣品溶液為：2M NaCl（以提供純粘性信號變化）、聚乙烯亞胺（PEI）溶液（聚合物吸附）、PBS（以壓縮PEI層）、生物素（蛋白質(zhì)物理吸附）、3×鏈霉親和素量子點(diǎn)（來自Invitrogen的20nm納米顆粒，特定識別生物素）和鏈霉親和素（在SA-QD附近填充）。

QCM-I儀器監(jiān)測振蕩石英晶體傳感器的阻抗譜，追蹤基頻和泛音的共振頻率以及它們半峰寬（FWHM或w，單位都為Hz）的變化。前者是耦合到傳感器表面水合質(zhì)量的函數(shù)，后者是耦合材料粘彈性和剛性的函數(shù)。

結(jié)果

圖1顯示了實驗和所獲數(shù)據(jù)的示意圖?；l變化可以采用Sauerbrey方程1轉(zhuǎn)換為質(zhì)量包括捕獲在膜內(nèi)的水的質(zhì)量，其中Sauerbrey方程的假設(shè)是剛性耦合膜。如果膜是剛性的，半峰寬不變。對于高粘膜，將會觀察到較大的半峰寬變化。在2M NaCl注入時可以看到，小的“質(zhì)量”變化對應(yīng)大的瞬態(tài)半峰寬變化，此時僅僅是本體溶液交換，不是表面過程。該現(xiàn)象也可以從圖2的半峰寬隨頻率變化曲線中觀察到。對于純粘性溶液，Δw/Δf=2。對于純剛性膜，Δw/Δf=0。

圖1 樣品注入過程質(zhì)量（來自基頻）和半峰寬的變化圖。

PEI：隨著PEI的注入，約300 ng cm^-2粘彈性水合聚合物膜吸附到了傳感器表面。該膜在PBS緩沖液注入時變得剛性且排出了部分水，這是因為多價磷酸根離子鍵合進(jìn)了氨基聚合物。

b-BSA：生物素化蛋白質(zhì)以剛性膜的形式靜電吸附到了PEI之上。假設(shè)密度為1 g/ml，550 ng cm^-2水合膜厚度為5.5 nm。

SA-QD：因為約20 nm的顆粒是通過單SA錨點(diǎn)連接的，非剛性，所以初始SA-QD的鍵合引起相對快速的半峰寬增加。隨著鍵合過程的進(jìn)行，表面填滿，膜整體變得更剛性，質(zhì)量增加但半峰寬變化變小。

SA：鍵合到任意可得b-BSA的自由鏈霉親和素填充了SA-QD之間的空隙。這一過程減少了膜的彈性，使得耦合質(zhì)量增加且FWHM減小，接近圖2中剛性膜的線。SA-QD和SA結(jié)合的2100 ng cm^-2質(zhì)量變化，確實接近被水包圍約20 nm納米顆粒膜的預(yù)期值。

圖2 實驗中FWHM（w3/3）隨頻率變化（F3/3）的變化曲線，其中含理論“溶液”和“剛性薄膜”極限直線。

參考文獻(xiàn):

Using Complementary Acoustic and Optical Techniques for Quantitative Monitoring of Biomolecular Adsorption at Interfaces, R.Konradi, M.Textor and E.Reimhult, Biosensors 2012, 2, 341-376

實驗由M Swann博士在英國曼徹斯特大學(xué)J. Lu教授實驗室完成。

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