质量和厚度-如何测量

为什么要测量薄膜的质量和厚度?监测这两个参数的一个原因是表征分子层的建立和降解。此外，许多材料和薄涂层本质上是动态的，并根据各种刺激(如光、温度、盐浓度或ph值)发生物理变化。这些变化影响材料的质量、厚度和结构特性。因此，质量和厚度是两个涉及薄膜的产生、行为和降解的参数。这使得它们与薄膜和涂层的设计、表征、评估和优化监控相关。

监测分子层的质量和厚度变化

在分子的结合、吸附、解吸、聚集、多层膜的形成等表面相互作用过程中，分子层的质量和厚度会发生变化。通过实时测量这些变化，我们可以跟踪分子的结合过程和重排。为了在分子尺度上测量这些变化，我们需要实时纳米技术。曾经这样的技术是石英晶体微天平耗散监测技术(QCM-D)．QCM-D测量两个参数的变化，即共振频率(f)及能量耗散（D)．从这两个参数可以提取表面的质量和厚度变化。一般来说，随着表面质量的增加，f会减小。的D-parameter将指示该层有多软。层越软，越高D．在质量损失的情况下，频率反而会增加。如果这层从软变硬，那么D参数将减小。

用纳克天平测定质量吸收和质量损失

通常用这种表面敏感技术研究的分子包括脂质、蛋白质、DNA、聚合物、表面活性剂、纳米颗粒。

让我们举一个质量测量的例子。在这里，我们感兴趣的是检测抗生物素抗体何时首次结合到生物素化脂双分子层。我们还想用酶来检测抗体的裂解。

如图1所示，在表面形成生物素标记的负载脂质双分子层(在步骤I之前，本文未描述)。这是我们的参考曲面，第一步。
然后，我们引入飞越双分子层的抗体溶液，第II步。我们立即监测大量摄取，这意味着抗体与生物素结合。我们让抗体结合直到饱和，这导致1100 ng/cm2的质量摄取。
接下来，我们引入一种酶，IdeS，第三步。由于酶会分解抗生物素，我们预计会有大量损失。如图1所示，这也是我们所看到的。引入酶后，我们观察到质量密度下降了30%。这很符合1/3的分子被切断的事实。

这一测量显示了质量变化的监测如何使我们能够检测抗体的结合和酶的裂解。总的来说，该测量提供了对分子相互作用过程的深入了解，并验证了酶的功能以及抗体在表面的方向。

图1所示。随着抗体与表面生物素化双分子层(I-II)结合，质量发生变化，随后发生酶裂解(III)，去除表面1/3的质量。

它在实践中是如何运作的

衬底制备-感兴趣的样本分子被吸附到QCM-D传感器上，涂上合适的材料。典型的材料是金属、玻璃或塑料。
实验装置- - - - - -传感器被放置在仪器中。然后将表面暴露于感兴趣的样品、化合物或分子，以启动所需的吸附/解吸现象。实验过程中可精确控制温度、湿度、渗透压、pH值等参数。
实时监控-在整个测量过程中，薄膜的质量和厚度是由共振频率的变化(f)和能量耗散(D)由仪器记录。薄膜的其他性质，如粘弹性和水合作用也可以得到。

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