各种构象的聚合物和聚电解质被用于许多需要调整界面性质的应用,以促进与周围环境的某种相互作用。在这里,我们展示了聚合物层的交联和坍塌可以被表征。
为了调整这些层的界面特性,重要的是表征和理解构象行为,如水化程度和从水化到塌陷或交联状态的转变,反之亦然,图1。聚合物刷和其他薄膜的膨胀和坍塌可以用QCM-D还有其他的技术,它们可以感知水的吸收和释放质量.
图1所示。从左到右,这张示意图显示了一层厚厚的水合薄膜如何释放水分,并在表面坍塌成一层薄薄的薄膜。
作为一个例子,让我们看看壳聚糖制成的聚合物刷在水合和脱水状态之间的转变。在低pH值时,刷子将处于水合状态,而在高pH值时,它将处于脱水状态。也可以使用阴离子交联的刷子。
首先,QCM-D传感器涂上聚合物。然后,将壳聚糖聚合物刷层暴露于不同pH值和反阴离子类型的溶液中,监测其对膜厚的影响。
结果,图2。,显示了聚合物在pH值和反阴离子变化时发生溶胀和塌缩转变时的厚度变化。同样有趣的是,当柠檬酸阴离子取代醋酸阴离子时(pH值相似,图中步骤2),离子交联形成,导致刷层坍塌。
图21.(上)不同溶液pH和反离子作用下壳聚糖刷层的厚度。(下)壳聚糖刷层结构的示意图作为pH值和反离子类型的函数。
聚合物刷、多层聚合物和水凝胶,即交联聚合物网络,或多或少都是水合的和粘弹性的,这取决于界面上的分子构象。构象将对所得到的界面性质产生重大影响,并将影响与环境的相互作用,例如。蛋白质吸附或防止细菌粘附。聚合物层的构象可以用QCM-D来表征,这也可以直接检测聚合物刷在水合和非水合状态之间的过渡。
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1.H-S Lee等,J.脱线。化学。, 22, 19605, 2012