高分子表征用MP-SPR研究吸附和層厚

       聚合物被廣泛研究，通常相互作用在產(chǎn)品功能中起著關(guān)鍵作用。使用無(wú)標(biāo)記實(shí)時(shí)多參數(shù)表面等離子體共振(MP-SPR)進(jìn)行了兩個(gè)單獨(dú)的聚合物相互作用研究。通過嵌段共聚物的吸附實(shí)現(xiàn)了納米纖維素表面的功能化。通過測(cè)定血清樣品的吸附量來(lái)量化聚乙二醇基聚合物刷的防污效果�；�于MP-SPR測(cè)量，進(jìn)一步表征了聚合物的厚度和吸附質(zhì)量。納米纖維素功能化是成功的，并發(fā)現(xiàn)-OH端接的10 kDa聚乙二醇是最好的防污涂層，具有99%的電阻率。

簡(jiǎn)介

       聚合物被廣泛研究，以開發(fā)各種應(yīng)用的功能材料，如防污或屏障涂層、有機(jī)太陽(yáng)能電池、復(fù)合材料、藥物輸送系統(tǒng)、生物傳感器或診斷。在過去的幾十年里，特別是可再生材料，如納米纖維素，正在研究取代碳基材料在功能材料中的應(yīng)用。

       獨(dú)特的MP-SPR Navi™儀器可以在寬角度范圍(40-78度)和多個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，使該儀器成為聚合物表征的絕佳工具。MP-SPR可以實(shí)時(shí)測(cè)量分子吸附，同時(shí)也可以測(cè)量層厚度。對(duì)于不吸收光的層，厚度可以從納米到微米測(cè)量。此外，通過MP-SPR, PureKinetics™的獨(dú)特功能揭示了測(cè)量過程中液體成分的變化，解決了與光學(xué)表征方法相關(guān)的一些挑戰(zhàn)。

材料和方法

       在UV/臭氧清洗和聚乙烯亞胺(PEI)錨定層預(yù)處理后，將纖維素納米原纖維(CNF)自旋涂覆在MP-SPR傳感器載玻片上。在CNF表面(TOCNF)原位進(jìn)行tempo -氧化。

       合成了不同嵌段尺寸的聚(2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDMAEMA)和聚(低聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲醚)(POEGMA)嵌段共聚物，并測(cè)定了其在TOCNF上的吸附量(圖1)。嵌段共聚物濃度為0.5 g/L，在pH為6.8的2.5 mM磷酸鹽緩沖溶液中。使用MP-SPR Navi™200 OTSO儀器在20˚C下進(jìn)行測(cè)量，流速為100 μL/min。        在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，聚乙二醇(PEG)聚合物被吸附在清潔過的金傳感器載片上，使用0.9 M Na₂SO₂作為運(yùn)行緩沖液。采用99.7%乙醇作為緩沖液，用低聚乙二醇(OEG)包覆標(biāo)準(zhǔn)表面。通過MP-SPR測(cè)量確定了聚合物的厚度和接枝密度。

       血清樣本(成年牛血清)在PBS中稀釋至10%體積，仍含有約10g/L的高蛋白濃度。測(cè)定血清與未修飾金、OEG和各種PEG表面的相互作用。測(cè)量采用MP-SPR Navi™220A-L NAALI儀，溫度為22℃，流速為5 μL/min。

結(jié)果與討論

       MP-SPR測(cè)量證實(shí)，所有的PDMAEMA-bPOEGMA共聚物都在很大程度上吸附在temooo氧化的納米纖化纖維素表面(圖2)。吸附量取決于聚合物段長(zhǎng)度。測(cè)量的MP-SPR值與石英晶體微平衡耗散(QCM-D)測(cè)量值進(jìn)行了比較，然而，QCM-D中的響應(yīng)不僅與質(zhì)量攝取有關(guān)，而且還受到電荷中和和表面水排出(脫水)的影響，導(dǎo)致一些共聚物的負(fù)響應(yīng)(圖2)。MP-SPR將水從聚合物的吸附質(zhì)量中分離出來(lái)，因此，結(jié)果提供了對(duì)聚合物吸附動(dòng)力學(xué)和質(zhì)量的真正見解。       從同樣的MP-SPR測(cè)量也可以確定層厚度。正如預(yù)期的那樣，更長(zhǎng)的共聚物形成更厚的層(圖2)。在進(jìn)一步的研究中，使用MP-SPR量化了PDMAEMAb-POEGMA功能化TOCNF表面對(duì)人IgG吸附的抗污染性能(Vuoriluoto等，2016)。

       在血清相互作用研究中，2、5和10 kDa PEG刷提供了良好的血清抗性，并且與OEG單層相比表現(xiàn)出更好的抗性(圖3)。最好的抗性約為99%，端羥基的10 kDa PEG獲得的結(jié)合質(zhì)量?jī)H為4 ng/cm2。然而，PEG刷在從數(shù)小時(shí)到至少1天的時(shí)間尺度上具有高度惰性(95-97%電阻)，并且被發(fā)現(xiàn)適合生物傳感器應(yīng)用。
 
結(jié)論

       MP-SPR在這里被證明是軟材料表征的一個(gè)很好的工具，如聚合物層功能化和防污涂層的量化。獨(dú)特的是，MP-SPR將結(jié)合水從真正的蛋白質(zhì)吸附中分離出來(lái)，因此也為水凝膠提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。除了無(wú)標(biāo)簽、實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)合動(dòng)力學(xué)外，MP-SPR還可以解析層厚度、折射率和吸附質(zhì)量。