由於單分子膜性能獨特，受到關注度越來越高，利用LB膜技術製備了二乙氨乙基(DEAE)-瓊脂糖單分子層。分析其表麵壓(π)-麵積(A)曲線，崩潰壓較高，成膜過程明顯。研究濃度對DEAE-瓊脂糖成膜情況的影響，確定最佳成膜濃度為0.5 mg/mL。考察配基密度與表麵電勢的關係，其表麵電勢隨著配基密度的增加而增大。采用原子力顯微鏡(AFM)和布魯斯特角顯微鏡(BAM)對製備的LB膜進行了表征，得出表麵膜的表麵平整、緊密，厚度約為7.9 nm。DEAE-瓊脂糖LB膜製備成功，為以後LB膜技術的廣泛應用提供了一種新的材料。

近年來，隨著分子技術的不斷發展，人們對分子水平材料的關注度越來越高，這就包括單分子膜製備技術。單分子膜應用十分廣泛，如傳感器、檢測器、非線性光學器件的製備以及生物薄膜的簡化模擬等。利用單分子膜在分子水平對材料進行製備和研究，已經成為最近的熱門課題。

常用的製備單分子膜方法主要有分子自組裝和Langmuir-Blodgett(LB)膜技術兩種。分子自組裝是構膜分子通過分子間及其與基底材料間的物化作用而自發形成的一種熱力學穩定、排列規則的單層(或多層)分子膜[1]。張一芳等[2]在金電極表麵自組裝1,6-己二硫醇(HDT)單分子膜，通過納米金與巰基間的金硫鍵(Au-S)作用組裝一層金納米顆粒構建傳感界麵，作為電化學免疫傳感器用於瘦肉精——克倫特羅(CL)的檢測。馬翠翠[3]研究了基於紫外光降解自組裝單分子層的紙芯片及其應用。LB膜技術是在室溫條件下，將兩親性分子在氣液界麵上施加橫向壓力使其有序排列，最後將單分子薄膜轉移到特定固體基底表麵的薄膜製備技術[4]。Zou等[5]利用LB膜技術製備了納米金顆粒和聚苯胺單分子薄膜作為化學傳感器，用於尿酸和腎上腺素的檢測。Lee等[6]製備了基於鈀納米顆粒的單壁碳納米管LB膜，作為一種氫氣傳感器。白燁[7]利用LB膜技術製備帶有功能性基團的寡聚對苯撐乙烯(OPV)製備單分子層薄膜，為開發有機光電分子器件奠定了一定的基礎。相對於分子自組裝來說，LB膜技術的優點在於製備的單分子層膜厚度可控製到分子級甚至納米級，成膜物分子排列取向可控，成膜條件簡單，不需要破壞成膜材料的結構，轉移方式簡便，利於後續修飾或偶聯等[8-10]。

多糖類物質作為一種生物大分子，其研究應用一直是人們關注的熱點[11-12]。在醫藥領域中，改性後納米纖維素可以應用於疏水性藥物的傳遞[13]，改性後的羥乙基纖維素(HEC)與透明質酸(HA)結合應用於研究異甘草素的透皮給藥[14]，改性後的瓊脂糖可以用於抗癌藥物實驗[15]。在生化領域中，改性後的DEAE-瓊脂糖可以作為一種層析分離介質的重要基質，具有硫酸根含量低、凝膠強度高、電內滲低等性能[16-17]，廣泛應用於凝膠電泳、層析分離和免疫學研究等方麵[18]。DEAE-瓊脂糖作為一種生物高分子化合物，適用於單分子膜的製備[19]，可以為單分子層膜的發展應用提供一種新型材料。

本研究擬製備改性的DEAE-瓊脂糖LB膜，優化鋪展溶劑，測定其麵積-表麵壓曲線，確定最佳成膜濃度，研究不同配基密度對表麵電勢的影響，利用AFM、BAM對其進行表征，建立DEAE-瓊脂糖LB膜的製備方法，為單分子層研究提供新的資源。

1材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料

瓊脂糖購自普洛麥格(北京)生物技術有限公司，單晶矽片(晶向為N[100])購自北京中科科儀技術發展有限責任公司，其他試劑均為市售分析純。

1.1.2儀器

粉色视频在线下载，KN芬蘭Kibron公司MicroTrough；原子力顯微鏡(AFM)；小型布魯斯特角顯微鏡(BAM)，瑞典百歐林科技有限公司。

在各功率一定時，隨著臭氧發生器出氣流量的增大，臭氧的濃度隨之減小，這主要是由於流量越小時，氧氣在臭氧發生器裏的停留時間就越久，有利於臭氧的產生，並且各曲線呈現出斜率相似的趨勢，說明氧氣的濃度與氧氣在臭氧發生器的停留時間基本成正相關，但同時應考慮流量越小時，相同功率下反應器內的溫度比更大的出氣流量有所增高，會促進臭氧分解，因此，建議出氣流量不低於30Nm3/h。與此同時，臭氧的產量卻隨著流量的增大而增大，這主要是由於出氣流量在臭氧產量中所占比重更大，同時由於臭氧濃度與出氣流量的變化曲線均為線性，因此，各臭氧產量隨流量變化的曲線也呈現出線性關係。

1.2實驗方法

1.2.1 DEAE-瓊脂糖製備

將1 g瓊脂糖粉加入到50 mL水中，加熱攪拌使其全部溶解。取6 mL熱溶液於三角瓶中，加入等體積14%的NaOH溶液，同時加入1 mg NaBH4,50℃搖床堿化40 min後加入2.06 g DEAE繼續反應1 h，反應結束後，35℃透析至中性，凍幹。

1.2.2矽片的處理

將1 cm×1 cm的矽片用乙醇、丙酮和超純水分別超聲波清洗各5 min，以除去矽片表麵的有機雜質和水溶性雜質。將清洗好的矽片浸泡在新配製“Piranha”溶液(98%硫酸與30%的H2O2體積配比7∶3)中2 h，溫度為90℃，使矽片表麵產生矽羥基端，然後用大量超純水超聲波清洗[20]。

1.2.3 LB膜製備

在室溫下，亞相為超純水，滴加300μL DEAE-瓊脂糖溶液(正丁醇，0.5 mg/mL)，揮發1.5 h，壓膜速率為5 mm/min。

1.2.4 LB膜提拉

1.2.5原子力顯微鏡

沉積在矽片上的薄膜用原子力顯微鏡間接接觸模式進行檢測，範圍由大到小進行掃描，圖像由NanoScope Analysis軟件進行處理。

2結果與討論

2.1鋪展溶劑的篩選

通過性質比較、實驗測試，篩選不同的鋪展溶劑，最終選取正丁醇為鋪展溶劑。鋪展溶劑的作用是使亞相上的分子隨著鋪展溶劑在亞相表麵的擴展揮發，分子均勻分布在亞相表麵。鋪展溶劑應具有良好的揮發性和不溶於亞相這兩個特性。常用的鋪展溶劑有氯仿、甲醇等。然而，由於瓊脂糖DEAE化之後增加了親水性，不溶於氯仿等常用鋪展溶劑，經過篩選後使用正丁醇作為鋪展溶劑。正丁醇能溶解DEAE-瓊脂糖，同時難溶於水，揮發性較好，符合鋪展溶劑所需條件。考慮到正丁醇的揮發性遠遠不如氯仿等溶液，按照製備LB膜的方法僅在亞相上滴加正丁醇，獲得其麵積-表麵壓曲線，並與滴加DEAE-瓊脂糖-正丁醇溶液的進行比較，結果見圖1。從圖1中可以看出，與DEAE-瓊脂糖溶液的表麵壓-麵積曲線相比，正丁醇在相同時間內表麵壓變化非常小，可以忽略不計，因而，正丁醇是一種適合DEAE-瓊脂糖的鋪展溶劑，經揮發後可使DEAE-瓊脂糖均勻分布在亞相表麵。

圖1麵積-表麵壓圖像

a:滴加DEAE-瓊脂糖-正丁醇溶液；b：隻滴加正丁醇

2.2朗格繆爾膜成膜過程

2.2.1朗格繆爾膜表麵壓-麵積圖像

圖2 DEAE-瓊脂糖LB膜的表麵壓-麵積曲線(0.5 mg/mL,300μL)

利用粉色视频在线下载研究了DEAE-瓊脂糖LB膜成膜麵積-表麵壓圖像，得出DEAE-瓊脂糖LB膜的表麵壓-麵積曲線(圖2)。結果表明DEAE-瓊脂糖LB膜製備成功。一般來說，朗格繆爾膜的形成過程中會出現氣態、液態和固態這3種形態，成膜之後再壓縮則會出現崩潰。從圖2中可以看出，在DEAE瓊脂糖成膜過程中，a點DEAE-瓊脂糖溶液剛剛被滴加在亞相表麵上，此時DEAE-瓊脂糖分子間距較遠，在亞相表麵呈分散狀態鋪散開來，每個分子所占麵積較大，分子呈氣相狀態，表麵壓幾乎為零。經過一定的揮發時間後，滑障從b點開始緩緩壓縮，隨著滑障的壓縮分子之間距離逐漸變小，每個分子所占麵積隨之變小，表麵壓開始緩緩上升，呈液相狀態。滑障壓縮一段時間後，DEAE-瓊脂糖間距變得相對較小，開始由液態向固態轉變，到達途中的c點。此時繼續壓縮，DEAE-瓊脂糖分子間距快速減小，分子之間排列緊密，每個分子所占平均麵積很小，表麵壓上升較快，基本形成固相狀態的單分子膜。此時繼續壓縮，固相狀態保持到d點時到達其崩潰壓力，分子間距到達最小值，表麵壓升至最高，再壓縮則會破壞所形成的固相單分子層，出現瞬間崩潰。經分析看出，DEAE-瓊脂糖LB膜的成膜過程與其他材料成膜過程符合，是標準的朗格繆爾膜成膜過程，可為後續實驗鋪墊一定的基礎。

2.2.2不同濃度DEAE-瓊脂糖朗格繆爾膜製備

圖3不同濃度DEAE-瓊脂糖表麵壓-麵積曲線

a:0.15 mg/mL；b:0.5 mg/mL；c:1.0 mg/mL

利用LB膜儀製備了不同濃度的DEAE-瓊脂糖單分子膜，研究了其性質，圖3為不同濃度DEAE-瓊脂糖表麵壓-麵積圖像，結果表明成膜的最佳濃度為0.5 mg/mL。濃度為影響成膜條件的一個重要參數，通過對圖像結果分析得知DEAE-瓊脂糖朗格繆爾膜穩定性隨著溶液濃度的增加先變大後減小。從圖3中可以看出，溶液濃度為0.15 mg/mL時，表麵壓不斷上升，沒有達到穩定的固相狀態，這種情況下沒有形成可提拉的固相膜。直至濃度增加到0.5 mg/mL時，出現相對穩定的表麵壓，約為35～37 mN/m，在此區域內單分子膜為固相狀態，性質穩定，易於將其提拉到基片上。之後再增加溶液濃度到1.0 mg/mL，相對穩定的固相區域沒有出現，不能形成穩定可提拉的條件。對於此結果的產生可能有以下原因：當溶液的濃度很低時，在滴加量相同的條件下，所滴加在亞相上的分子數量較少，壓縮到最後，分子間距變小，但由於分子數量有限，每個分子所占麵積相對較大；提高溶液的濃度到一定範圍，滴加在亞相上的分子數量變多，隨著滑障的壓縮分子之間不斷靠攏，形成穩定的單分子層固相區域，再壓縮直到分子間距到達臨界狀態，不能承受滑障壓力，出現斷裂堆層，固相區域瓦解崩潰，表麵壓迅速下降；此後再提高溶液的濃度，亞相上的分子數量過多，分子之間分散不完全，在壓縮過程中可能出現堆層現象，不能形成穩定的固相區域。據此分析,製備DEAE-瓊脂糖LB膜最佳濃度為0.5 mg/mL。

2.2.3 BAM結果

利用BAM研究了DEAE-瓊脂糖單分子膜的成膜過程，圖4為表麵壓為0 mN/m和34 mN/m的BAM圖像結果。通過對BAM圖像的觀測，可以看出其成膜過程，確定其是否成膜。圖4-a為DEAE-瓊脂糖剛滴加在亞相上的BAM圖像，分子被平鋪在亞相表麵，相對分散，呈氣相狀態，此時布魯斯特角的折射不受表麵分子影像，圖像顏色較深，看不出分子的具體形態。待其揮發一定時間後,隨著滑障的持續壓縮，DEAE-瓊脂糖由分散狀態到聚集成膜，最後在亞相上形成相對穩定的固相區域。圖4-b為固相狀態下的DEAE-瓊脂糖單分子膜，可以看出此時分子之間排列緊密，分子間距較小，已經形成固相狀態。由於分子在亞相表麵緊密排列形成了單分子層，改變了布魯斯特角的折射，使得圖像的顏色變淺。通過對表麵壓為0 mN/m和34 mN/m的BAM圖像對比可以看出，DEAE-瓊脂糖分子由一開始的分散狀態到達最後穩定的固相狀態，成功形成了穩定的便於提拉的單分子層。

2.3 DEAE瓊脂糖朗格繆爾膜表麵電勢

利用表麵電勢分析儀研究了不同配基密度對LB膜表麵電勢的影響，圖5為不同配基密度DEAE-瓊脂糖LB膜表麵電勢圖像。結果表明隨著配基密度的增加其表麵電勢不斷增加，LB膜性質越穩定。

圖4表麵壓為0 mN/m和34 mN/m的BAM圖像

圖5不同配基密度DEAE-瓊脂糖LB膜表麵電勢

表麵電勢的測定可以看出不溶膜是否均勻以及其性質是否穩定。亞相表麵有不性溶膜的存在，這便會引起水麵上電勢的變化，因而固-液表麵成膜前後有電勢差ΔV生成。成膜分子剛滴加在亞相上時，分子之間間隔相對較大，表麵電勢相對較小；隨著劃障的不斷壓縮，分子越來越聚集，每個分子帶有一定的電荷數，相同檢測麵積下表麵電勢隨著分子的增多逐漸增大；之後亞相上的分子被壓縮到一定程度時會形成穩定的單分子層，此時分子之間距離非常小，且趨於穩定狀態，電勢差不發生很大變化。從圖5可以看出，在配基密度非常小的時候，每個分子所帶的電荷數較小，在壓縮過程中產生的電勢差非常小，基本可以忽略不計。但將配基密度增大，隨著滑障的壓縮，DEAE瓊脂糖單分子層排列越緊密，產生了一定的電勢差，在到達固相區域後相對穩定。隨著配基密度的增加，DEAE-瓊脂糖所帶的配基增多，每個分子所帶的電荷數增多，隨著滑障壓縮到一定區域，在相同檢測麵積下總的分子量不變但電荷數增多，使得電勢差變大，進而表麵電勢變大。隨著配基密度的增大，單分子膜性質越來越穩定。

2.4 LB膜的AFM表征

利用AFM對DEAE-瓊脂糖LB膜性質進行研究。圖6為空白矽片與DEAE-瓊脂糖LB膜的AFM 3D圖像，結果表明製備的DEAE-瓊脂糖LB膜性質較好。從AFM圖像中可以直觀看出其表麵形貌，如若其表麵相對平坦，無孔存在，厚度相對均勻，則可表明其製備成功。圖6-a為空白矽片的AFM圖像，矽片清洗後表麵潔淨，觀測不到雜質存在。除此之外，空白矽片表麵平整，厚度約為1.3 nm，可以作為DEAE-瓊脂糖LB膜提拉的基片。采用垂直提拉法將DEAE-瓊脂糖LB膜轉移到幹淨矽片上，進行AFM檢測，掃描範圍由大到小。通過圖6-b可以看出，轉移到矽片上的單分子層呈平鋪狀態，分子分散均勻，膜的表麵相對平坦，觀察不到有孔存在，厚度相對均勻。通過空白矽片的高度約為1.3 nm，膜沉積後的矽片高度為9.2 nm，可以估算出DEAE-瓊脂糖LB膜的厚度約為7.9 nm。這與之前報道的納米微晶纖維素LB膜的厚度是7.2 nm相符合[21]。通過軟件測得DEAE-瓊脂糖LB膜表麵粗糙度Ra(輪廓算術平均偏差)為2 nm，表明膜的表麵雖不完全平坦，但相對均勻。通過以上分析可以得出，DEAE-瓊脂糖LB膜製備成功，性質穩定並且被成功轉移到矽片上。

圖6空白矽片(2μm×2μm)與DEAE瓊脂糖LB膜(6μm×6μm)AFM 3D圖像

3結論

DEAE-瓊脂糖作為一種新型LB膜材料，可應用於生物大分子性能研究、藥物製劑改良、新型生物功能器件研發等多個方麵。為了製備新型的DEAE-瓊脂糖LB膜，篩選了正丁醇作為鋪展溶劑，使得瓊脂糖能夠在亞相上鋪展，具備形成LB膜的基本條件；發現DEAE-瓊脂糖朗格繆爾膜成膜過程與標準成膜過程相符合；確定了DEAE-瓊脂糖朗格繆爾膜的最佳成膜濃度為0.5 mg/mL。采用BAM觀測，可以看出分子之間排列緊密，形成一層不溶性薄膜；發現隨著DEAE配基密度的增加，其表麵電勢逐漸增加。將DEAE-瓊脂糖LB膜提拉到矽片上利用AFM對其進行表征，觀察到分子之間排列緊密，表麵粗糙度Ra為2 nm,估算出其厚度約為7.9 nm。以上結果表明，成功製備出性質穩定的DEAE-瓊脂糖LB膜。