纤维素生物膜的流体成像原子力显微镜

应用笔记

纤维素是天然存在的线性多糖,广泛用于工业和消费品应用中,包括用作造纸和纺织品制造的主要成分,用作生物燃料以及用作食品中的增稠剂和稳定剂。 聚合物的半渗透性使其自身可以很好地用作过滤器。 因此,改性纤维素材料通常在生物医学行业的透析管中用于治疗肾脏疾病。

透析管膜的分子量截留值(MWCO)有所不同。 MWCO是与孔数和平均孔径有关的参数,其可以由纤维素链长度和交联度控制。 材料的MWCO将决定分子将通过或将不通过的分子大小,从而决定膜在从患者血流中清除废物方面的有效性。 表征孔径和形貌对于设计具有理想过滤性能的生物膜至关重要。 改性纤维素在拓扑学中至关重要的另一个应用是药物输送,其中孔径直接影响药物封装的稳定性和释放动力学。

原子力显微镜(AFM)是表征生物膜形貌的常用分析技术,因为它可以在流体中进行。 就地分析水合生物膜是理想的选择,可避免干燥或暴露于真空下可能出现的任何收缩和表面形貌的非代表性变化。 在进行AFM测量期间,将对直径为几纳米并悬在悬臂末端的探针进行光栅扫描,该探针可在整个表面上进行扫描。 尖端的运动由悬臂背面反射的激光进行监控,并且如果尖端在其共振频率附近振荡(点击模式),则反馈回路将保持恒定的悬臂挠度(接触模式)或恒定的振幅。 保持恒定偏转或振幅所需的反馈回路中的电信号被转换为高度信息,以提供所研究表面的3D渲染。 在本应用笔记中,进行流体成像AFM以表征1000kDa透析管的孔径。

实验

使用Dimension Icon AFM仪器(布鲁克,圣巴巴拉,美国加利福尼亚)和PNP-TR C2探头(NanoWorld;瑞士纳沙泰尔),以轻敲模式收集AFM图像。 将样品安装在流体池中,并在去离子水中进行分析。 收集一张10μmx10μm的调查图像,以识别具有高孔隙密度的合适子区域。 然后使用更高分辨率的条件收集1μmx1μm的图像。 这些图像的形貌差异以棕色低和白色高的颜色表示。 z范围标注在图像右侧的垂直比例尺上。 这些表面的透视图(3-D)也包括在标题中指出的垂直夸大处。

结果与讨论

在透析管样品上,在10μmx10μm的AFM调查图像中观察到了各种大规模的地形特征,例如紧密堆积的垂直排列的股线和具有可触及孔隙的宽大的蹼状区域(图1)。 选择具有高密度孔的子区域进行高分辨率成像(图2),并使用截面分析测量几个孔径。 截面分析是一种后处理方法,需要选择AFM图像上的线距和位置。 输出是高度与X / Y距离的线轮廓图,可以针对特征高度(或深度)和横向尺寸进行评估。 截面轮廓和2D图像中的红色和蓝色光标指示测量位置。 底部方框中的“水平距离”列报告了孔径(即〜一半的最大宽度)。 测得的孔径范围为13nm至18nm(图3)。 在其他位置的AFM图像和大量数据处理以测量更大的孔采样将提供可能与透析管性能和性能相关的孔径统计数据。

图1. 1000kDa透析管(10μmx10μmx 300nm)

图2. 1000kDa透析管(1μmx1μmx 150nm)

图3. 1000kDa透析管(0.25μmx0.25μmx 150nm),代表性切片分析

结论

总之,证明了通过AFM对流体中的生物膜进行成像。 透析管的AFM图像显示出可变孔径的网络,这可能会影响材料的物理和功能特性。 可以从液体分析中受益的其他类型的柔软,细腻的样品包括隐形眼镜,生物细胞和DNA,以及从干态到湿态基本上发生变化的任何其他样品。

致谢

EAG感谢圣克拉拉大学的Maryam Mobed-Miremadi提供了这项工作的样本和动机。

为了启用某些功能并改善您的使用体验,此站点将cookie存储在您的计算机上。 请单击“继续”以提供授权并永久删除此消息。

要了解更多信息,请参阅我们的 私隐政策.