可用于表面分析、分子-表面相互作用和界面层表征的技术范围是巨大的。那么，在你的研究中应该使用什么分析仪器呢?我们谈过珍妮·马姆斯特罗姆医生，高级讲师化学与材料工程她在奥克兰大学学习更多关于她实验室使用的技术。
Malmström博士说:“我们的研究基本上是关于界面的。”它是关于学科之间的接口，以及物理接口。她说:“我们在制造工程界面方面做了很多工作，试图更好地理解，并在下一步控制生物学，特别是干细胞生物学。”我们也有兴趣使用生物学作为灵感模板或设计先进的材料。
Malmström博士说:“在理解生物学方面，我们开发了模型系统，试图确定一些我们想更好地理解的特定生物功能。”在使用生物作为高级材料的灵感方面，我们有兴趣尝试通过使用自组装原理来设计磁铁，或者劫持生物分子或蛋白质来做其他事情，而不是他们的日常工作。例如，一些蛋白质是压电性的，我们很想知道我们将来可以用它来做什么。她说:“因此，我们进行了大量的基础研究，希望在未来能有更多的应用。”
她说:“在我们的一个项目中，我们使用了一个实验模型系统，我们正在研究生长因子释放，即生长因子如何在细胞中发出信号，以及机械传导过程，即细胞如何感知周围环境的机械特性。”为此，我们在黄金上制作了一层薄薄的嵌段共聚物薄膜。随着嵌段共聚物，我们自组装蛋白质，因此蛋白质进入嵌段共聚物薄膜的一个结构域。她说:“在未来，这应该是一个生长因子，但目前它只是一个非常坚固的模型蛋白，我们可以测量它的释放。”在嵌段共聚物膜的顶部，我们再放一层以控制和减缓蛋白质的释放。然后，最重要的是，细胞会在下一步以一种可控的方式释放生长因子。Malmström博士解释说，最终目标是制造一个细胞必须拉动表面才能释放生长因子的表面。这将使我们能够研究机械传导和生长因子信号之间的协同作用。
她说:“我们最近在做的另一个项目是水凝胶，这也是为了理解细胞生物学。”我们尝试过在水凝胶中控制它的粘弹性。通常合成水凝胶本质上是纯弹性的，所以我们已经加入了第二种成分，以一种可控的方式使它们更粘稠，Malmström博士说。我们也研究过水凝胶我们试着控制它的硬度;我们制备了导电水凝胶，然后施加电势来改变水凝胶的性质。该项目也与机械传导有关，即细胞如何感知环境。人们对细胞如何对刚度做出反应已经了解很多，而对细胞如何对粘性做出反应却知之甚少。她说，还有很多东西有待发现。而且，没有那么多材料可以改变刚性，所以这就是为什么我们对制造一种水凝胶感兴趣，我们可以通过施加电位来改变力学性能。
Malmström博士说:“我们非常合作，在大学和全国各地都使用仪器。”我们最常用的方法之一是原子力显微镜，原子力显微镜的不同模式，也就是功能模式，你可以用它来观察表面的磁性或压电特性，等等。对于表面表征，我们使用接触角仪器，XPS，QCM-D、拉曼和红外光谱。她说，对于凝胶来说，有很多力学测试，比如拉伸和压缩。我们也做很多AFM机械测试。和流变学。这些是主要的工作人员。
XPS是一种特高压技术，我们经常在几个阶段使用它，Malmström博士解释道。这是一种需要稍微高一点的技巧才能使用的技巧。我们的仪器是由技术人员操作的，你必须预定时间等，所以我们只在我们认为知道发生了什么时才使用它。在那个阶段，希望它能证实我们的想法。她说，如果不能，我们就重新开始。一个典型的例子是在嵌段共聚物中加入蛋白质。我们想证明里面真的有蛋白质，所以我们把样本放在XPS中。我们无法检测到任何蛋白质，因为它隐藏在薄膜中，而XPS对表面非常敏感。然后我们把蛋白质过滤出来，再次测量，然后我们就可以在表面检测蛋白质了。
Malmström博士解释说，你可以在AFM中使用大量的功能模式。在标准测量中，也就是说，如果你只是在AFM中成像，你沿着你的地形轻拍，并检测地形的一条长线。在大多数额外的功能模式中，会添加第二次传递。在那里，你在一个固定的高度跟随地形，也就是说，你不与表面接触。所以，假设你向上移动了50纳米左右，那么你就能感应到这个范围内的力，比如磁力或静电力。要测量磁性相互作用，你必须有一个磁性尖端，要测量静电相互作用，你必须有一个导电尖端，你在尖端和样品之间施加一个偏置。压电AFM更复杂一些;这是一种接触方式。她解释说:“你让悬臂与样品接触时产生共振，然后观察接触共振以及它是如何变化的。”这可能会很棘手，我认为这是在蛋白质上使用压电力显微镜的部分问题因为它们显然并不总是足够强大，对于这些接触相互作用，蛋白质的压电响应非常小。 So, it is hard to know what you are really getting out of an AFM measurement when it comes to piezoelectric force microscopy on proteins. But for magnetic properties and electrostatic properties, it is more straightforward. You are getting both the topography by doing one scan, and then the next scan you get those longer-range interactions, and you can then overlay those two images to really correlate what is going on in your sample, Dr. Malmström explains.
她说，接触角仪器对大多数人来说都很容易使用，并且可以在XPS之前用于表面化学的初步研究。例如，我们评估了许多不同的表面化学性质，看看嵌段共聚物是否能在金以外的任何东西上组装。在那次探索中，我们已经做了很多接触角来看看我们是否在不同的表面上沉积了我们认为沉积的东西。Malmström博士说:“我们还在嵌段共聚物薄膜上做了一些逐层组装，然后我们会做接触角，以验证我们正在构建的不同层之间的化学成分正在发生变化。”
我们使用QCM-D例如，一层一层的系统来验证事情正在建立，Malmström博士说。通常，我们将QCM-D与成像结合起来。如果你在做AFM，你只能看到顶部表面，所以我们使用QCM-D来尝试实时验证层是如何构建的。然而，当我们制作样品时，我们并没有以类似的方式沉积层。对于AFM，我们是旋转涂层沉积，所以样品的真实样子和我们用QCM-D看到的之间有差异，所以它们是互补的。她说:“我们还使用QCM-D来观察不同蛋白质在表面的相互作用，蛋白质的酶降解等。”
我们用来测量分子从嵌段共聚物薄膜释放的另一种方法是荧光光谱。用这种方法，你可以标记蛋白质，然后你可以捕获释放。她说，基于光的方法在这方面很有用。通常情况下，我们会每两分钟测量一次荧光，以捕捉释放事件。
Malmström博士说:“我们还做机械测试和流变学，特别是在水凝胶项目上，因为这是非常重要的。”水凝胶太厚，无法用QCM-D攻击，所以我们不得不使用其他方法。通常，水凝胶是肉眼可见的。它们可能是200 μm左右，这在QCM-D标准上是很厚的。在这里，我们用AFM做了很多事情，你可以做一个力距离曲线。但这并不适用于所有的水凝胶。有时候，它们太粘了，所以即使你在液体中测量也会被卡住。对于更大的凝胶，我们会做拉伸测试，先做一个狗骨头的形状，然后把它拉出来。我们也做压缩测试，这与AFM的原理相同，但你没有使用悬臂，所以你要施加更大的力，Malmström博士解释道
她说，到目前为止讨论的方法都是我们经常使用的方法。除了这些方法，我们还不时使用其他方法。例如，光束线上的散射。我们可以在澳大利亚的束流线上做中子散射和x射线散射。主要是，我们通过凝胶散射来获得散射的结构信息以及散射的大小范围。同时使用x射线和中子是非常有趣的，因为它们以不同的方式与物质相互作用。Malmström博士说:“我们还对中子做了一些磁测量，也就是偏振中子反射测量，你可以看到中子从表面反射过来。”
请听Malmström博士的完整采访，了解更多关于她的研究，在她的实验室中使用的仪器，以及如果可用于购买新仪器的资金有限，她对哪些设备应该优先投资的建议。
