3.051/BE340 第11讲水溶液中生物材料的性质 高真空技术是表征材料表面成份的重要方法,但它不能提供有关表面结构或水合条件下化学性质等方面 的信息。 用于表征水基表面的方法是有限的。下面列举三种常用的方法: 1.水接触角的研究 增进 表面重建(a) 水吸收性(b) 表面化学分析 回退 液滴体积 增进 回退 cos0=f, cos0,+2 cos0 液滴体积 Cassie's等式:用于确定组份1和组份2 表面积的分数
1 3.051/BE.340 第 11 讲 水溶液中生物材料的性质 高真空技术是表征材料表面成份的重要方法，但它不能提供有关表面结构或水合条件下化学性质等方面 的信息。 用于表征水基表面的方法是有限的。下面列举三种常用的方法： 1． 水接触角的研究 - 表面重建（a） - 水吸收性 (b) - 表面化学分析 增进 回退 液滴体积 增进 回退 液滴体积 Cassie’s 等式：用于确定组份 1 和组份 2 表面积的分数 （f1+f2=1）
3.051/BE.340 2.原位椭圆对称法 膜的水化度 椭圆化角度屮和Δ→厚度(d)和折射率(n)(3层模型) n water n 水水 材料材料 式中f水和∫材料是体积分数
2 3.051/BE.340 2. 原位 椭圆对称法 - 膜的水化度 椭圆化角度Ψ和Δ⇒ 厚度（d ƒ）和折射率（n ƒ）(3 层模型) 式中 ƒ 水和 ƒ 材料是体积分数 水 水 材料 材料
3.051/BE340 3.原子力显微镜(或表面显微镜):是一种能探测微小探针和表面分子间相互作用力的成像方法 He-Ne激光 镀铜的)硅,氮化硅,氧化硅 位置敏 感性光 悬臂:弹性系数k0.1-1N/m 探测器 原子硅,氮化 硅,碳探针 压电传感器 扫描范围:1×1m2至250×250um2 压控样品台 轴测量范围:8um 力范围:1013-10N 分子间位势曲线 U(r 短程:离子离 子间斥力 生的力 △U 长程(吸引力):范德华力,氢键 静电力,偶极-偶极
3 3.051/BE.340 3. 原子力显微镜（或表面显微镜）：是一种能探测微小探针和表面分子间相互作用力的成像方法 位置敏 感性光 探测器 He-Ne 激光 原子硅，氮化 硅，碳探针 (镀铜的)硅，氮化硅，氧化硅 悬臂；弹性系数 k~0.1-1N/m 样品表面 压电传感器 扫描范围：1×1nm2 至 250×250um2 z-轴测量范围：8um 力范围：10-13-10-6N 压控样品台 分子间位势曲线 短程：离子-离 子间斥力 产生的力： 长程（吸引力)：范德华力，氢键， 静电力，偶极-偶极，…
3.051/BE.340 操作方式 接触方式(短程) 通过光电二极管阵列测定微悬臂偏差 ≯恒力(通过光探测器压电反馈回路)作用下的探针间断性接触样品表面产生样品表面形貌图 →类似与记录仪上的记录笔 对硬样品适合;教材料能产生阻尼 作用力:nN x-y分辨率:1A z分辨率:<1A 图10见 Jandt Klaus d.“生物材料表界面的原子力显微镜” 表面科学491(201):303-323 氧化钛(金红石)膜表面的接触方式图像 低分辨率时无对比一平坦表面 高分辨率一平坦原子被显示
4 3.051/BE.340 操作方式 1． 接触方式（短程） ¾ 通过光电二极管阵列测定微悬臂偏差 ¾ 恒力（通过光探测器压电反馈回路）作用下的探针间断性接触样品表面产生样品表面形貌图 ⇒类似与记录仪上的记录笔 ¾ 对硬样品适合； 软材料能产生阻尼! 作用力：nN x-y 分辨率：1Å z 分辨率：<1Å 图 10 见 Jandt,Klaus D.“生物材料表界面的原子力显微镜” 表面科学 491（201）：303-323 氧化钛（金红石）膜表面的接触方式图像 ¾ 低分辨率时无对比—平坦表面 ¾ 高分辨率—平坦原子被显示
3.051/BE.340 2.“轻敲”模式 探针在z轴上以高频(空气中~50-500kHz,流体中l0kHz)振动与样品非连续接触→消除了剪切力影响 探针和样品之间的相互作用使得振幅衰减(受迫振幅-10nm) 反馈回路中为了保持平均作用力的悬臂偏转,与接触模式类似 摆动振幅衰减→“样品表面高低不平的高度”数据 通常用于表面较软的样品,水溶液 x-y分辨率:1-2mm 吸附在云母表面的N-三甲基赖氨酸内盐在 空气(左)和水(下图)中轻敲模式的图像 十字形的分子图像 “臂”能弯曲和折叠 图1和图6摘自 CH Chen,D. 0. Clegg和 H. GHansma,生物化学37,1998,8262
5 3.051/BE.340 2．“轻敲”模式 ¾ 探针在 z 轴上以高频（空气中~50-500kHz, 流体中 10kHz）振动与样品非连续接触 ⇒ 消除了剪切力影响 ¾ 探针和样品之间的相互作用使得振幅衰减（受迫振幅~10nm） ¾ 反馈回路中为了保持平均作用力的悬臂偏转，与接触模式类似 摆动振幅衰减⇒ “样品表面高低不平的高度”数据 ¾ 通常用于表面较软的样品，水溶液 x-y 分辨率：1-2nm 吸附在云母表面的 N-三甲基赖氨酸内盐在 空气（左）和水（下图）中轻敲模式的图像 ¾ 十字形的分子图像 ¾ “臂”能弯曲和折叠 图 1 和图 6 摘自 C.H.Chen, D.O.Clegg 和 H.G.Hansma, 生物化学 37，1998，8262