引言

聚合物和納米顆粒多層膜的靜電驅(qū)動吸附是通過表面物理和化學轉(zhuǎn)變以生成高度定制且 “智能”、環(huán)境敏感界面的一種廣泛接受的方法。沉積過程可由QCM-I靈敏地進行監(jiān)測，來提供多層體系水合質(zhì)量以及物理結構和剛度的信息1。沉積參數(shù)的差異能極大地影響多層結構及其終性能。

實驗介紹

This application note describes the data obtained from the adsorption of a polyethylenimine (PEI) and polystyrene sulfonate (PSS) multilayer onto a MicroVacuum ITO coated QCM-I sensor crystal.

本應用報告描述的是從“聚乙烯亞胺（PEI）和聚磺苯乙烯（PSS）多層膜吸附到超高真空ITO涂布QCM-I傳感晶片上的實驗”中獲得的數(shù)據(jù)。

QCM-I設備監(jiān)測諧振石英晶體傳感器的阻抗譜，追蹤其基頻和泛音共振頻率（F）以及半峰寬（半高全寬，w，單位都為Hz）的變化。前者是耦合到傳感器表面質(zhì)量的函數(shù)，后者是耦合材料粘彈性或剛度的函數(shù)。

實驗包含HEPES緩沖液（pH7.4）連續(xù)流過傳感器表面。等分PEI和PSS在傳感器表面交替流10分鐘，中間間隔10分鐘沖洗。

結果

圖1顯示了當PEI和PSS層相繼吸附到ITO表面時，基頻（F1、w1）和第三階諧波（F3、w3）的變化。

圖1 PEI和PSS多層沉積樣品注射和沖洗階段的頻率和半峰寬變化。

頻率變化（Δf）能通過Sauerbrey方程轉(zhuǎn)換為質(zhì)量變化（Δm），Sauerbrey方程假設沉積膜為剛性耦合聚合物膜。對于此處用的石英晶體傳感器，可簡化為Δmn=-Δfn×17.7/n ng cm-2/Hz，其中n為泛音數(shù)。圖2顯示了基頻和第三階諧波的結果。

圖2 PEI和PSS多層沉積樣品注射和沖洗階段的基頻和第三階諧波質(zhì)量頻率和半峰寬變化。

質(zhì)量對應的是耦合到傳感器表面的聚合物、離子和水的質(zhì)量。初始PEI層不是剛性耦合，所以F1和F3質(zhì)量值稍微不同且半峰寬w增加。（F1變化是F3的三分之一，所以受剛性損失的影響較?。．擯SS加入時，兩個之間質(zhì)量差異和w都減小，說明膜變得更加剛性。PSS的質(zhì)量變化小于PEI，這與基于每單位電荷聚合物結構的預期不符，因此很有可能是PSS引起了PEI層的崩塌。該過程在交替層疊加時重復。然而，因為w沒有遞增，很明顯多層結構是由剛性子層搭配一個較散的頂層交錯建立，如下圖所示。

圖3 PEI/PSS聚合物多層堆積模型。

排除水合效應來確定聚合物層的質(zhì)量需要使用輔助技術如OWLS2。

參考文獻:

1 Heuberger R, Sukhorukov G, Voros J, Textor M, Mohwald H, “Biofunctional polyelectrolyte multilayers and microcapsules: control of non-specific and biospecific protein adsorption” Advanced Functional Materials, 15 (3): 357-366, 2005

2 OWLS application Note No 0016

實驗由M Swann博士在英國曼徹斯特大學J. Lu教授實驗室完成。

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