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生物技術(shù)涵蓋了從食品生產(chǎn)中微生物的利用，到人造器官發(fā)展等廣泛的學(xué)科。事實(shí)上，生物技術(shù)應(yīng)用的早幾個(gè)領(lǐng)域之一就是生產(chǎn)葡萄酒的過程。一般來說，生物技術(shù)可以被定義為基于生物學(xué)的技術(shù)。利用細(xì)胞和生物分子的工藝開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品，改善我們的生活質(zhì)量和地球環(huán)境。

[表面處理 & 涂層/ 生物材料和醫(yī)療器械]

隨著醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展，用植入體替代或支持缺失的生物結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為慣例。

生物材料的表面經(jīng)常被設(shè)計(jì)和調(diào)整，以調(diào)節(jié)其物理和化學(xué)性質(zhì)，改善每種應(yīng)用中生物材料的功能。根據(jù)所需的用途和功能，可以由包括鈦、不同的塑料，硅酮或磷灰石等多種不同材料制造。

所有材料的共同之處在于它們必須是生物相容的，這通常通過不同的表面處理或添加涂層來實(shí)現(xiàn)。我們提供多種儀器幫助您設(shè)計(jì)、制造、表征和評(píng)價(jià)生物材料的表面特性和性能。

生物相容涂層的設(shè)計(jì)和制造

醫(yī)療器械通常由直接放置在體內(nèi)的各種金屬制成。 近年來，經(jīng)常使用不同的涂層來改善醫(yī)療裝置的生物相容性。 除了基本的生物相容性，其它所需的性質(zhì)如對(duì)各種刺激的響應(yīng)性、藥物傳輸能力和抗菌品質(zhì)等，也可以在這些生物材料涂層中進(jìn)行調(diào)整。

聚合物是一類對(duì)生物醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用的表面涂層都非常有吸引力的材料。 聚合物不僅表現(xiàn)出良好的生物相容性，它們還使藥物傳輸成為可能。聚合物可以容易地進(jìn)行表面修飾，并且在不再需要時(shí)，它們可以隨時(shí)間降解。 在可用聚合物的范圍內(nèi)，聚電解質(zhì)多層膜提供了許多可能性來創(chuàng)建具有期望性質(zhì)的表面涂層，因而被大量應(yīng)用于生物材料中。 這些涂層也可以被修飾用于釋放藥物或活性肽。對(duì)溫度、pH和離子強(qiáng)度的變化具有響應(yīng)的聚合物刷也很受歡迎。

聚電解質(zhì)多層膜是通過聚陽(yáng)離子和聚陰離子的層層組裝生成的。 使用浸漬機(jī)的層層組裝技術(shù)不僅被證明是聚電解質(zhì)沉積的優(yōu)秀方法，而且還可以將無(wú)機(jī)顆粒或活性生物分子沉積在生物材料表面，具有涂覆復(fù)雜表面的優(yōu)勢(shì)。

采用層層組裝沉積將羥基磷灰石和TiO 2納米顆粒固定在聚甲基丙烯酸甲酯PMMA上，建立了一種簡(jiǎn)單而快速的非熱涂層方法（ACS Appl.Mater.and Interfaces 2016,8,35565-35577）。 在另一項(xiàng)研究中，使用層層組裝沉積在玻璃基底上沉積厚度為25-70nm的多孔纖維素納米晶體和聚（乙烯醇）CNC / PVA納米復(fù)合材料膜（ACS Appl. Mater. and Interfaces 2014,6，12674-12683）。

QCM-D技術(shù)通常用于監(jiān)測(cè)和表征聚合物刷以及聚電解質(zhì)多層膜的構(gòu)建和響應(yīng)。可以根據(jù)吸附速率、膜厚度和剛性等實(shí)時(shí)表征聚電解質(zhì)多層膜的逐層構(gòu)建, 也可以對(duì)隨后在膜上的相互作用包括交聯(lián)、溶脹、鈣化、藥物傳輸和細(xì)胞粘附等進(jìn)行表征。

生物相容性的表征和評(píng)價(jià)

由于生物材料與生物環(huán)境相結(jié)合以替代或改善器官或其他身體功能，生物材料或醫(yī)療裝置的性能和生物相容性強(qiáng)烈依賴于生物材料表面與其生理環(huán)境之間的相互作用。

可以通過接觸角測(cè)量來研究生物材料的生物相容性以表征細(xì)胞在生物材料上的粘附。 小的水接觸角和高表面自由能表明材料具有良好的粘附性能。表面粗糙度也會(huì)影響生物材料-細(xì)胞之間的相互作用。

生物相容性和潤(rùn)濕性也對(duì)隱形眼鏡的發(fā)展起著重要作用，其中舒適鏡片需要良好的潤(rùn)濕性。

QSense QCM-D能夠根據(jù)表面與生理環(huán)境之間相互作用的特性評(píng)價(jià)生物相容性，回答有關(guān)蛋白質(zhì)吸附量、細(xì)胞附著于不同材料的程度、表面誘導(dǎo)免疫響應(yīng)以及如何修改材料的表面以優(yōu)化其功能等問題。 因此它是探索、表征和優(yōu)化生物材料特性的有效工具。

多孔鈦表面的生物相容性

當(dāng)在粗糙的生物材料表面上測(cè)量接觸角時(shí)，應(yīng)考慮表面粗糙度。 鈦是骨植入應(yīng)用中常用的金屬。 一定程度的孔隙度對(duì)于骨整合是有利的，因此，測(cè)量表面粗糙度是生物材料開發(fā)中的常規(guī)工作。粗糙度校正接觸角的測(cè)量可以將粗糙度對(duì)接觸角值的影響分離開。

應(yīng)用文摘 – 形貌和潤(rùn)濕性對(duì)生物相容性的影響

[表面粗糙度和潤(rùn)濕性下載]

隱形眼鏡的潤(rùn)濕特性

隱形眼鏡的潤(rùn)濕性是透鏡在其表面上支持連續(xù)和抗破裂淚膜的能力的量度。 具有有限潤(rùn)濕性的透鏡不舒服，且視覺性能下降。利用不同類型的涂層來改善鏡片的質(zhì)量。

通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量評(píng)價(jià)隱形眼鏡的潤(rùn)濕性能。 通常使用氣泡捕捉法測(cè)量，因?yàn)樗梢阅７卵劬Φ臓顩r，保持鏡片表面上水合的狀態(tài)。 后退角模擬的是當(dāng)眼瞼打開并且淚膜開始在鏡片上破裂時(shí)的情況。 另一方面，前進(jìn)角模擬的是當(dāng)眼瞼閉合并且鏡片上的淚膜開始恢復(fù)時(shí)的情況。

應(yīng)用文摘下載：“氣泡捕捉法研究隱形眼鏡"

實(shí)時(shí)表征蛋白質(zhì)吸附

當(dāng)生物材料或醫(yī)療器械放置在體內(nèi)時(shí)，蛋白質(zhì)幾乎立即開始吸附到表面。在某些情況下，如整形外科植入體，由于蛋白質(zhì)可以促進(jìn)細(xì)胞的附著使得植入體有機(jī)結(jié)合，這種吸附是有益的。 在其他情況下，例如支架，因?yàn)槟承┑鞍踪|(zhì)特別是纖維蛋白原的吸附可能引起血小板結(jié)合和隨后的血栓形成或免疫反應(yīng)，蛋白質(zhì)吸附通常是不利的。 蛋白質(zhì)的構(gòu)象也可能決定一個(gè)表面的活性及其可能伴隨的生物學(xué)反應(yīng)。根據(jù)具體應(yīng)用，可以對(duì)材料表面進(jìn)行修飾來促成期望的效果。

QCM-D技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)分析蛋白質(zhì)在各種表面上的吸附情況。 具體而言，可以分析結(jié)合的蛋白質(zhì)的量以及吸附速率。 也可以從耗散響應(yīng)中推斷出構(gòu)象信息，特別是當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)具有伸展的形狀時(shí)。 這有助于篩選新的醫(yī)療器械材料和表面修飾，并有助于了解蛋白質(zhì)的吸附機(jī)制。

實(shí)時(shí)表征細(xì)胞粘附和鋪展

細(xì)胞與生物材料表面的粘附可能是調(diào)節(jié)其生物相容性和整合的主要因素。 例如，成骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的粘附可以促進(jìn)組織修復(fù)和傷口愈合。細(xì)胞粘附依賴于表面性質(zhì)，例如表面能、粗糙度和吸附在表面上的蛋白質(zhì)。

QCM-D技術(shù)提供了一種特別的方式來監(jiān)測(cè)細(xì)胞，無(wú)論是在初始細(xì)胞粘附過程中，還是在細(xì)胞鋪展過程和實(shí)時(shí)形態(tài)學(xué)過程中。 QSense窗口模塊可同時(shí)進(jìn)行QCM-D和光學(xué)顯微鏡研究，可將細(xì)胞的形態(tài)變化和粘彈性特性關(guān)聯(lián)起來。

生物礦化的表征

生物材料在骨結(jié)構(gòu)內(nèi)的整合或固定是實(shí)現(xiàn)成功植入的關(guān)鍵步驟。 植入失敗的主要原因之一是生物材料對(duì)骨的固定不良。為了增強(qiáng)植入體的固定，磷酸鈣（CaP）生物陶瓷涂層被用作植入體和周圍組織之間的生物活性界面。 這些涂層可以在聚電解質(zhì)多層膜上制備，表面經(jīng)修飾后可誘導(dǎo)CaP的晶體成核和受控生長(zhǎng)。該方法具有可應(yīng)用于復(fù)雜形狀和多孔材料的優(yōu)點(diǎn)。

QCM-D可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物礦化的速度和程度，以了解生物礦化機(jī)制并調(diào)整聚電解質(zhì)多層膜的功能。

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[表面處理 & 涂層/制藥]

在藥物的研究和開發(fā)中，存在大量的表面，需要考慮和量身定制其行為和性能，以便在與周圍環(huán)境的相互作用中獲取好的性能。

這種典型的表面是產(chǎn)品的涂層如藥物片劑，其性質(zhì)顯著影響藥物化合物的遞送和釋放。 其他一些非常重要的表面是藥物在配制、儲(chǔ)存和給藥階段接觸的那些表面，以及每個(gè)表面相互作用可能影響藥物穩(wěn)定性的情況。

藥物開發(fā)

QSense的納克級(jí)別質(zhì)量靈敏度為藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)提供了無(wú)限潛力。通過QSense進(jìn)行的研究活動(dòng)包括：

各種實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)小分子藥物與蛋白質(zhì)、細(xì)胞膜和RNA的相互作用。[1]

蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用[2]

小分子與RNA相互作用時(shí)，RNA的結(jié)構(gòu)變化[3]

藥物遞送

QSense已被證明是一種成本效益高、時(shí)間效率高的技術(shù)，特別適用于表征脂質(zhì)納米顆粒（LNP）及其藥物遞送特性方面。大量文獻(xiàn)證明QSense可以用于：

分析血清蛋白與脂質(zhì)納米顆粒（LNP）的結(jié)合親和力[4]

生物分子（如siRNA和mRNA）在LNP上的結(jié)合與釋放[5]

將LNP遞送到目標(biāo)器官[6]

在無(wú)細(xì)胞環(huán)境中篩選血清蛋白與LNPs的結(jié)合親和力[7]

分析LNPs的表面修飾[8]

脂質(zhì)與生物活性分子（包括藥物、DNA和siRNA）的相互作用[9]

ApoE結(jié)合后對(duì)脂質(zhì)成分分布和整體LNP結(jié)構(gòu)的影響[24]

用于存儲(chǔ)功能化LNP的納米孔陣列[25]

提高LNPs核酸載荷遞送效率的LNP配方[26]

使用cDNA將微泡固定到支持的脂質(zhì)雙層上[27]

穩(wěn)定化立方體的嵌段共聚物與生物模擬脂質(zhì)膜的相互作用[28]

制劑配方開發(fā)與優(yōu)化、生物制藥生產(chǎn)、貯存和給藥過程中的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析

利用QSense耗散型石英晶體微天平分析評(píng)估生物制藥配方的穩(wěn)定性和材料相容性

在生物制藥的動(dòng)態(tài)生命周期中，從初始研發(fā)創(chuàng)意到患者使用，穩(wěn)定性和材料兼容性至關(guān)重要。在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和給藥過程中生物藥品與各種表面的復(fù)雜相互作用可能導(dǎo)致意外吸附、濃度降低或蛋白質(zhì)顆粒形成等挑戰(zhàn)。

主動(dòng)篩查以降低風(fēng)險(xiǎn)

及早發(fā)現(xiàn)潛在問題對(duì)于避免時(shí)間表的干擾和財(cái)務(wù)損失至關(guān)重要。在開發(fā)過程中，主動(dòng)篩查由表面誘導(dǎo)的不穩(wěn)定性有助于降低后期失敗的風(fēng)險(xiǎn)。QSense® QCM-D可以提供對(duì)生物制藥相互作用的全面分析，提供納米尺度的分子吸附、脫附和結(jié)構(gòu)變化的深入見解，以快速檢測(cè)不相容性。

QSense QCM-D作為生物制藥成功的早期評(píng)估工具的關(guān)鍵能力

分析生物制藥與相關(guān)表面材料的相互作用
快速評(píng)估在生物藥品開發(fā)早期的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和給藥各個(gè)環(huán)節(jié)中使用的材料對(duì)完整配方的影響。

通過主動(dòng)檢測(cè)不兼容性來最小化風(fēng)險(xiǎn)
快速測(cè)量候選配方在相關(guān)表面上的吸附量，并確定減輕不相容性的方法。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抗體和輔料的吸附情況
了解表面活性劑的作用機(jī)制及其作為穩(wěn)定劑的潛力。

QSense進(jìn)行配方開發(fā)評(píng)估

確定不同表面材料上的抗體吸附水平

深入了解材料表面的分子排列

識(shí)別哪些表面可能會(huì)引起不兼容性問題？

評(píng)估輔料對(duì)抗體吸附的影響

探索濃度、pH 值、溫度、表面材料或表面活性劑類型的變化如何影響吸附水平。

閱讀案例

下載白皮，了解有關(guān)如何使用QSense耗散型石英晶體微天平技術(shù)來降低晚期發(fā)現(xiàn)不兼容性的風(fēng)險(xiǎn)等更多信息。

下載白皮利用QSense耗散型石英晶體微天平分析評(píng)估生物制藥制劑的穩(wěn)定性和材料相容性書

典型案例包括：

藥物與聚合物、玻璃、金屬和金屬氧化物、硅油等表面的相互作用[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，[16]

輔料在減少藥物-蛋白質(zhì)吸附到表面上的效果[17]

配方條件（濃度、pH值、溫度等）的影響； [18]

界面和界面應(yīng)力在生物制品開發(fā)中的影響[19]

*注：多達(dá) 200 種芯片，可根據(jù)用戶要求定制芯片表面

生物材料與人體組織的相互作用

植入體和生物材料在人體內(nèi)的生物相容性是它們成功發(fā)揮作用的關(guān)鍵。QSense提供了在分子層面對(duì)植入體表面或生物材料與人體血液和組織相互作用的體外分析。

各種眼部護(hù)理配方與黏蛋白/細(xì)胞膜表面的相互作用[20]。

生物傳感器開發(fā)

QSense也被廣泛用于蛋白質(zhì)生物傳感器和即時(shí)檢測(cè)傳感器等類型傳感器的開發(fā)中。

蛋白質(zhì)生物傳感器[21]，[22]

即時(shí)檢測(cè)傳感器(Point-of-care sensors)[23]

QSense QCM-D是一種表面敏感技術(shù)，可在納米尺度上檢測(cè)分子-表面的相互作用。它可用于分析吸附、解吸附和表面附著層結(jié)構(gòu)變化等現(xiàn)象。

QSense基于 QCM-D 技術(shù)

耗散型石英晶體微天平（QCM-D）是一種實(shí)時(shí)、表面敏感的技術(shù)，可以用于分析表面相互作用現(xiàn)象、薄膜形成和薄膜特性。

探索 QCM-D

QSense Omni 耗散型石英晶體微天平

QSense Omni 是由QCM-D技術(shù)的先驅(qū)者瑞典百歐林科技有限公司推動(dòng)研發(fā)的最新一代耗散性石英晶體微天平型號(hào)，是QCM-D新技術(shù)的集大成者。Omni比市面上任何一款QCM的靈敏度都要高，這使它能夠量化和監(jiān)測(cè)更小的分子、更快的過程，是研究生物過程非常理想的工具。QSense有超過 200多種芯片表面材料和涂層可供選擇，支持模擬真實(shí)生物環(huán)境和過程，以表征蛋白質(zhì)吸附速率、薄膜形成、吸附層剛性、鈣化、細(xì)胞附著等。

QSense Omni 耗散型石英晶體微天平

能夠檢測(cè)芯片表面微小至24 ng/cm2的變化

更快的流體交換（5倍于上代產(chǎn)品），提供更快和更清晰的樣品輸送

全系列自動(dòng)化功能，最小化用戶依賴性

更簡(jiǎn)化的工作流程和全新直觀的軟件界面，使更廣泛的用戶可以更加容易地使用QCM-D。

QSense優(yōu)勢(shì)

直觀、自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)臺(tái)儀器

易于在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)施

蛋白質(zhì)相互作用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

充分了解交互過程和機(jī)制

所需樣品量低至 90μl

從少量樣本中獲得有價(jià)值的結(jié)果

幾小時(shí)內(nèi)即可獲得結(jié)果

快速顯示最終結(jié)果

可預(yù)編程的標(biāo)準(zhǔn)腳本

易于設(shè)置和重現(xiàn)測(cè)量

多種芯片可選

用于生物制藥的QSense芯片

QSense芯片使您能夠測(cè)量多種用于抗體和其他生物藥物的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和給藥相關(guān)的相關(guān)表面材料的相互作用——從金屬、玻璃材料到聚合物，例如不銹鋼、硼硅酸鹽玻璃和生物級(jí)聚合物。

QSense PDMS 芯片

PDMS是潤(rùn)滑注射器和類似實(shí)驗(yàn)室器具的好選擇，在這些器具中，保持存儲(chǔ)液體和生物樣品的完整性至關(guān)重要。此外，其熱絕緣和電絕緣特性可保護(hù)敏感樣品和部件。

發(fā)現(xiàn)滿足您需求的芯片

芯片是 QCM-D 實(shí)驗(yàn)的核心。瀏覽市場(chǎng)上種類齊全的芯片，找出哪種芯片材料和涂層適合您的研究需求。

用于包衣片制造的潤(rùn)濕性表征

藥片上的涂層有多種用途。 涂層用于掩蓋口味或氣味、保護(hù)藥物免受胃酸環(huán)境的侵蝕或保護(hù)胃內(nèi)膜免受侵襲性藥物的侵害。也可以設(shè)計(jì)涂層以控制藥物的釋放特征。 無(wú)論出于何種原因，涂層被應(yīng)用于片劑核心，并且成功的前提之一是涂層與片劑的良好粘附性。

為確保良好的粘附性，涂層制劑應(yīng)鋪展在片劑表面上。 如果有一些滲透到片劑的孔隙中，粘合力會(huì)增強(qiáng)。 可以通過接觸角和表面自由能測(cè)量來評(píng)估涂層制劑在片劑表面上的鋪展。 由于表面孔隙度也起作用，結(jié)合表面粗糙度測(cè)量和確定粗糙度校正的接觸角可以給這個(gè)問題提供更多的了解。

在某些情況下，由于會(huì)改變潤(rùn)濕性質(zhì)，所以無(wú)法將藥物壓縮成片劑形式。 Washburn法因此經(jīng)常用于確定藥物化合物的接觸角。 Washburn法也被用于研究干法聚合物涂層等工藝中的潤(rùn)濕性，其中聚合物粉末與不同添加劑的接觸角是令人感興趣的。

藥物化合物的接觸角測(cè)量

制藥工業(yè)通常使用不同的粉末作為藥物化合物，因此了解粉末的潤(rùn)濕行為對(duì)制藥工業(yè)非常重要。

粉末的潤(rùn)濕性可以采用Sigma 700/701用Washburn方法來測(cè)量。 在Washburn法中，根據(jù)粉末與液體接觸時(shí)重量隨時(shí)間的增加計(jì)算得到接觸角。

參考文獻(xiàn)

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[生物界面 / 生物膜]

你在探索基于脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的世界嗎?

基于脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的生物膜和脂質(zhì)體等被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的研究。例如，在新的生物傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)、生物材料涂層和藥物輸送系統(tǒng)中，這些結(jié)構(gòu)作為惰性表面、生物相容性的表面、細(xì)胞膜模仿或運(yùn)輸載體等應(yīng)用。

在生物膜的研究中，有兩種方法可以被利用。可以在空氣-水界面上形成一個(gè)漂浮的生物膜模型結(jié)構(gòu)，使您能夠模擬細(xì)胞環(huán)境的特性和條件。

另一種方法是在固體基底上形成支撐的生物膜或脂基結(jié)構(gòu)。支持的脂質(zhì)雙層是脂質(zhì)層沉積在表面上，并由預(yù)先確定的脂質(zhì)比率組成，可能被標(biāo)記為不同的分子或嵌入膜蛋白。這些薄膜可以幫助了解生物過程，并作為生物材料制備的關(guān)鍵因素。它們還可以參與更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如生物傳感器設(shè)計(jì)以及與各種生物或合成分子如配體、DNA、納米粒子、聚合物或其他脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的相互作用。

在納米藥物的設(shè)計(jì)和開發(fā)中，以脂質(zhì)為基礎(chǔ)的納米結(jié)構(gòu)可以作為藥物運(yùn)輸?shù)难芎桶邢蛐暂d體。將感興趣的藥物嵌入囊泡或膠束結(jié)構(gòu)中，適合特定的環(huán)境條件，在穩(wěn)定和減少毒性、延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間、控制釋放率和改善組織靶向等方面加強(qiáng)藥物保護(hù)。

漂浮生物膜模型

大多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞膜周圍或細(xì)胞內(nèi)的磷脂雙層膜。細(xì)胞膜會(huì)影響蛋白質(zhì)的折疊，并產(chǎn)生特定的會(huì)發(fā)生反應(yīng)的微環(huán)境。要了解和模擬實(shí)際的生物系統(tǒng)，必須在模擬自然條件的環(huán)境中研究這些相互作用。膜磷脂的朗格繆爾單分子膜已被證實(shí)是很好的生物膜模型系統(tǒng)。

朗格繆爾單層磷脂膜類似于半生物膜，可用作模型細(xì)胞膜，并已被文獻(xiàn)證實(shí)是生物系統(tǒng)的優(yōu)秀模型。在自由漂浮的單分子層中，分子的擴(kuò)散和動(dòng)力學(xué)接近于它們?cè)趯?shí)際系統(tǒng)中的作用。在自然界中，大多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在生物膜界面，自由漂浮的模型膜允許分子的自然擴(kuò)散和遷移。為了研究細(xì)胞生物膜，Langmuir膜分析儀可以與除了Langmuir膜天平之外的各種傳感器和儀器相結(jié)合。其他的研究技術(shù)包括PM-IRRAS、BAM、SPOT、熒光顯微鏡和傳統(tǒng)的顯微鏡，這使得在單分子層中研究分子的相互作用、分子定位、堆積和微區(qū)形成成為可能。

模擬肺表面活性劑的行為

肺表面活性劑覆蓋肺的肺泡，在使呼吸變得更容易的過程中起著至關(guān)重要的作用。在吸入過程中，表面活性劑使組織的表面張力降低了約15倍，使肺泡膨脹更容易。在呼氣時(shí)，肺泡的表面積減少使表面活性劑更集中于表面。在呼氣結(jié)束時(shí)產(chǎn)生接近零的表面張力，這可以防止肺泡塌縮。

二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)是一種存在于肺泡表面的磷脂。DPPC的高度有序固相在呼氣時(shí)維持在肺泡的近零表面張力。為了模擬肺泡中實(shí)際的表面活性劑行為，需要在近零表面張力下進(jìn)行測(cè)量。研究表明，KSV NIMA Langmuir緞帶滑障膜分析儀可以用來測(cè)量DPPC的近零表面張力。

應(yīng)用文摘:使用緞帶滑障膜分析儀達(dá)到高的單分子層表面壓：近零表面張力時(shí)的肺表面活性劑

支撐脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

Langmuir- blodgett (LB)和Langmuir- Schaefer (LS)浸漬是兩種不同脂質(zhì)組成的磷脂雙層磷脂的制備方法。結(jié)合LB和LS方法，也可以創(chuàng)建一個(gè)脂質(zhì)組成不對(duì)稱磷脂雙分子層。例如，可以制備一些生物化學(xué)傳感器用于表面等離子體共振光譜、石英晶體微平衡測(cè)量和x射線光電子能譜。第三種方法是在QCM-D設(shè)置中，通過囊泡破裂和融合，直接在表面上制備支撐的磷脂雙層。

支撐生物膜-制備和表征

不管我們是在處理支撐的生物膜、脂質(zhì)體還是其他基于脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)，都能夠使用QSense QCM-D在表面上對(duì)相關(guān)吸收和釋放過程進(jìn)行表征和驗(yàn)證，這對(duì)理解、調(diào)整和優(yōu)化基于脂質(zhì)的系統(tǒng)非常重要。例如，可以在表面監(jiān)測(cè)支撐脂膜的形成動(dòng)力學(xué)，并評(píng)估形成的雙層膜的質(zhì)量。也可以監(jiān)測(cè)隨后與脂質(zhì)膜的相互作用，如對(duì)膜結(jié)合分子的攝取或結(jié)合，或?qū)ζ淙毕莶糠值尿?yàn)證。在納米醫(yī)學(xué)的背景下，可以表征以脂質(zhì)為基礎(chǔ)的納米結(jié)構(gòu)的吸收、傳遞和釋放過程，并且可以作為靶向藥物傳遞的血管。

[生物界面 / 生物分子相互作用]

生物分子相互作用的分析是許多學(xué)科領(lǐng)域的焦點(diǎn)，從生物化學(xué)和生物技術(shù)到醫(yī)藥科學(xué)。是基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用研究和開發(fā)的焦點(diǎn)，生物分子相互作用研究的目標(biāo)是從純粹地獲得知識(shí)和理解生物系統(tǒng)和功能，到使用獲得的知識(shí)應(yīng)用于設(shè)計(jì)藥物、仿生傳感器以及提高我們的生活質(zhì)量的技術(shù)。

對(duì)生物分子相互作用的基本理解

例如，在基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中，對(duì)脂類蛋白和蛋白-配體相互作用機(jī)制的基本認(rèn)識(shí)是一個(gè)目標(biāo)，在這些研究中，這些系統(tǒng)被研究和表征得到生物分子相互作用過程。

QSense QCM-D是一種實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)生物分子相互作用的方法，如結(jié)合和相互作用動(dòng)力學(xué)以及分子層的結(jié)構(gòu)變化。該方法已被用于提高對(duì)目標(biāo)相互作用機(jī)制和配體結(jié)構(gòu)變化的理解。它也被用于探索分子的行為和疾病的起因，如蛋白質(zhì)折疊紊亂，多肽聚集成長(zhǎng)而細(xì)的纖維、淀粉樣結(jié)構(gòu)等。

由于自然界中大多數(shù)的生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在由磷脂雙層膜或細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞膜上，膜會(huì)影響蛋白質(zhì)的折疊，并創(chuàng)造出反應(yīng)發(fā)生的特定微環(huán)境。要了解和模擬實(shí)際的生物系統(tǒng)，必須在模擬自然條件的環(huán)境中研究這些相互作用。膜磷脂的朗繆爾單分子膜已被證實(shí)為生物膜的優(yōu)良模型系統(tǒng)。在藥物探索發(fā)現(xiàn)中，藥物通過細(xì)胞壁滲透到細(xì)胞以及藥物與細(xì)胞膜的反應(yīng)是藥物傳遞的重要因素。這些可以通過研究藥物與漂浮生物膜模型的相互作用來評(píng)估。在食品工業(yè)中，過敏性蛋白的去除是非常重要的，通過分子水平的研究可以獲得更深入的理解。

應(yīng)用文摘:生物分子在細(xì)胞膜模型中的相互作用。

應(yīng)用研究與開發(fā)中的生物分子相互作用分析

一旦建立了生物分子相互作用行為領(lǐng)域的知識(shí)，就有可能使用這些新信息。在應(yīng)用科學(xué)中，例如在藥物探索、納米毒理學(xué)或生物傳感器的設(shè)計(jì)中，生物分子的相互作用是關(guān)鍵，而這些知識(shí)可以用來確定新化合物的目標(biāo)，并檢測(cè)潛在的新候選藥物。

在此背景下，QSense QCM-D被用于分析蛋白和蛋白與DNA的相互作用以及檢測(cè)抗體-抗原的相互作用。QCM-D對(duì)于小分子結(jié)合蛋白質(zhì)后的三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變化非常靈敏，可用于設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和優(yōu)化藥物化合物。例如，研究淀粉樣生長(zhǎng)抑制劑的影響，研究核酸受體的構(gòu)象影響和篩選化合物與細(xì)胞的相互作用和蛋白質(zhì)藥物靶點(diǎn)。

生物分子相互作用的知識(shí)也可以用來設(shè)計(jì)生物傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)，在那里生物行為被模仿和使用，例如檢測(cè)和診斷疾病。

納米顆粒的毒性

納米粒子(NP)現(xiàn)在被應(yīng)用于許多不同的行業(yè)，包括化妝品、油漆和涂料。因此，對(duì)納米顆粒的毒性進(jìn)行了深入研究。由于其巨大的比表面積，吸入的納米顆粒可以誘導(dǎo)呼吸系統(tǒng)的肺部炎癥和不良免疫反應(yīng)。

Langmuir膜分析儀為研究納米顆粒對(duì)脂質(zhì)膜的影響提供了一種好的工具。研究了1wt %羥基磷灰石納米顆粒對(duì)天然肺表面活性劑(Infasurf)的等溫壓縮曲線的影響。在與納米顆粒接觸后，左側(cè)的等溫壓縮曲線有明顯的時(shí)間依賴性轉(zhuǎn)移，這表明了表面活性劑的抑制作用。

ACS Nano 2011, 5(8)， 6410-6416。2011美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)版權(quán)所有。（經(jīng)許可）

[功能表面 / 傳感器]

生活在當(dāng)今社會(huì)，信息和可預(yù)測(cè)性受到高度重視，我們圍繞著大量的傳感器來探測(cè)、探測(cè)和測(cè)量周圍環(huán)境的各個(gè)方面。每天收集的信息量非常大，溫度、氣壓、光照強(qiáng)度或有毒物質(zhì)只是其中的一些例子。

有時(shí)收集的數(shù)據(jù)僅僅是給我們提供信息和生活便利性，例如給我們一個(gè)信息，以便我們決定外出時(shí)是否帶一件額外的毛衣。但它也可以用作決定是否需要調(diào)節(jié)和控制，例如驗(yàn)證壓力值是否保持在預(yù)設(shè)的最大值和最小值內(nèi)。每種傳感器類型都基于特定的檢測(cè)方法，可以監(jiān)控感興趣的參數(shù)。

生物傳感器是傳感器的一個(gè)子類。生物傳感器利用自然界設(shè)計(jì)的生物識(shí)別系統(tǒng)來進(jìn)行檢測(cè)，如與受體結(jié)合的目標(biāo)物。然后這些信息被轉(zhuǎn)換并收集讀數(shù)。基于導(dǎo)電聚合物的傳感器由于其高的應(yīng)用潛力而正被深入研究。Langmuir-Blodgett技術(shù)能夠生產(chǎn)高度組裝的可控厚度薄膜，因此也已被用于傳感器應(yīng)用中，。這些傳感器已被用于氣體傳感器以及溶液中痕量抗生素的檢測(cè)。不同的檢測(cè)手段從光學(xué)檢測(cè)到電導(dǎo)率測(cè)量都在被應(yīng)用。

QSense QCM-D作為聲學(xué)生物傳感器

生物傳感器應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如醫(yī)療應(yīng)用、食品工業(yè)和國(guó)防。除生物識(shí)別元件外，生物傳感器還包含兩個(gè)部分：可以檢測(cè)生物識(shí)別的傳感器以及可解釋的信號(hào)讀出。傳感器可以基于不同的原理。一種常見的傳感器原理是聲學(xué)傳感如石英晶體微量天平（QCM）。基于壓電原理進(jìn)行檢測(cè)的QCM技術(shù)是生物傳感中的一種方法，并且在生物傳感器開發(fā)和應(yīng)用中已經(jīng)使用了幾十年。

正如這篇廣為流傳且詳細(xì)的聲學(xué)生物傳感器綜述所詳述的，生物傳感器的生物檢測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)抗體、蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞、脂質(zhì)結(jié)構(gòu)、碳水化合物和納米顆粒等進(jìn)行設(shè)計(jì)及構(gòu)建相關(guān)模塊。構(gòu)建模塊和識(shí)別組件的范圍從小到大，能夠檢測(cè)從重金屬離子和DNA雜交到細(xì)胞附著、增殖和生長(zhǎng)以及細(xì)胞對(duì)外部刺激的響應(yīng)。潛在的檢測(cè)系統(tǒng)范圍非常廣泛，并且在不斷探索傳感器界面處理策略來提高其靈敏度和選擇性。

導(dǎo)電聚合物基傳感器

隨著小型化設(shè)備越來越受到重視，新開發(fā)的納米材料可以進(jìn)一步發(fā)展這一領(lǐng)域。許多這類材料的制備不能用傳統(tǒng)的微制造方法，而是使用一些新興的技術(shù)。

導(dǎo)電聚合物如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物已被用作氣體傳感器的活性層以及用于固定化酶生物傳感器的制作。由導(dǎo)電聚合物制成的傳感器具有許多優(yōu)秀的特性，例如高靈敏度和短響應(yīng)時(shí)間。導(dǎo)電聚合物也容易合成，并且它們具有良好的機(jī)械性能。LB膜分析儀可用于制備較大面積的高度可控導(dǎo)電聚合物薄膜。

[功能表面 / 生物功能材料]

在整個(gè)人類歷史中，人們都在試圖替換或修復(fù)受損或患病的身體部位以修復(fù)和恢復(fù)其功能。 通常，人們根據(jù)可用性來選擇植入材料；近代歷史，隨著生物相容性概念的提出以及相關(guān)研究的深入，生物相容性也作為重要的選擇指標(biāo)之一，而我們可能正處于看到新模式和下一代生物材料的曙光之際。

歷史早的修復(fù)和替換身體部位的記錄可以追溯到幾千年前1。那時(shí)，生物相容性或滅菌的概念尚未提出。縱觀人類歷史，用作身體部位替代品的材料在在各個(gè)時(shí)期都有所不同。 從瑪雅時(shí)期的海貝殼到第二次世界大戰(zhàn)后英雄時(shí)代的聚合物、金屬和陶瓷等現(xiàn)成材料，再到根據(jù)生物相容性設(shè)計(jì)的現(xiàn)代工程材料，例如有機(jī)硅、水凝膠和羥基磷灰石等。現(xiàn)在下一代生物材料也正在開發(fā)中。新一代材料不僅擁有良好的生物相容性，同時(shí)也具有一定的功能性。這些材料可以調(diào)整和用于控制生理環(huán)境并具有誘導(dǎo)響應(yīng)性如組織修復(fù)。

超分子和生物活性材料

成功整合肌體的植入物可以通過復(fù)制缺失組織的結(jié)構(gòu)來有效地修復(fù)缺失的身體部位。但即使植入物材料被人體相容，仍然存在出現(xiàn)長(zhǎng)期并發(fā)癥和組織功能永遠(yuǎn)喪失的可能性。可以預(yù)見的是，生物活性涂層通過誘導(dǎo)組織再生和修復(fù)反應(yīng)等相互作用可以恢復(fù)身體功能，這方面的工作已經(jīng)在進(jìn)行中。這些生物功能材料被設(shè)計(jì)成刺激響應(yīng)的超分子納米結(jié)構(gòu)，通常，這些材料是聚合物、合成膜或其他納米級(jí)組裝體，通過嵌入生物分子如蛋白質(zhì)、肽或藥物進(jìn)行功能化。這些材料的功能具有響應(yīng)性和可預(yù)測(cè)性，設(shè)計(jì)目的是旨在感知和響應(yīng)周圍的生理環(huán)境，可提供一個(gè)控制良好的表面。這些超分子體系和材料不僅可用作組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的植入涂層，而且還可用作刺激響應(yīng)性藥物遞送和免疫學(xué)的藥物載體。

超分子生物活性材料的設(shè)計(jì)和表征

這些超分子納米結(jié)構(gòu)具有應(yīng)用于材料特性的修飾和調(diào)整的潛力，有望確實(shí)解決當(dāng)前的一些生物醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)，并且可能確立下一代生物材料的地位。

然而，為了以受控的方式設(shè)計(jì)這些生物活性材料，需要了解納米級(jí)組件的組裝過程，并且表征不同環(huán)境條件下的材料性質(zhì)。采用QSense技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料的組裝情況，并可表征不同鹽濃度、溫度、pH值和類似的環(huán)境參數(shù)對(duì)材料結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)影響。該技術(shù)還能夠評(píng)估例如細(xì)胞粘附和鋪展性質(zhì)等的功能效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

生物材料科學(xué)，第3版。 醫(yī)學(xué)材料簡(jiǎn)介

編輯：Buddy Ratner . Allan Hoffman. Frederick Schoen. Jack Lemons, 2012