基于聚赖氨酸修饰表面的肝素与金纳米颗粒吸附动力学研究：石英晶体微天平耗散与光谱椭偏技术的协同检测新策略

本研究创新性地结合石英晶体微天平耗散监测（QCM-D）与光谱椭偏技术（SE），实时解析聚-L-赖氨酸（PLL）修饰表面肝素与金纳米颗粒（AuNPs）的竞争吸附动力学。通过ΔF/ΔD信号变化和表面质量密度（Γ）定量，揭示肝素浓度依赖性吸附优势及其在生物传感器开发中的应用潜力。

　　

Highlight

13nm金纳米颗粒（AuNPs）胶体溶液因其局域表面等离子体共振（LSPR）呈现特征红色。带负电的AuNPs溶液稳定性受多种因素影响，特别是当存在带正电聚合物时。此时AuNPs聚集程度和溶液颜色变化与带负电的肝素浓度直接相关——这一现象已成为分析化学中常用的比色法检测信号。然而...

Results and discussion

研究表明，当混合溶液中存在聚-L-赖氨酸（PLL）时，13nm AuNPs的吸附行为呈现显著浓度依赖性。通过实时监测频率偏移（ΔF）和能量耗散（ΔD），我们发现PLL修饰表面对肝素的亲和力明显高于AuNPs。有趣的是，随着肝素浓度从0.03 IU/mL提升至0.25 IU/mL，传感器表面逐渐形成更"柔软"的吸附层，这通过耗散因子增加和粘弹性参数变化得到验证。

特别值得注意的是，光谱椭偏技术（SE）揭示的折射率变化与QCM-D数据高度吻合，二者协同证实：肝素分子凭借其较小分子量（约15kDa）和强负电性，能在毫秒级时间尺度上"抢占"PLL表面的结合位点。这种动态竞争过程为开发新型肝素生物传感器提供了关键理论依据。

Conclusions

本研究通过QCM-D与SE联用技术，首次实时捕捉到PLL修饰表面肝素与AuNPs的竞争吸附动力学。实验证明肝素浓度与表面吸附层特性存在明确关联：当肝素浓度≥0.09 IU/mL时，其吸附速率常数可达AuNPs的3.2倍。这些发现不仅深化了对生物分子-纳米颗粒界面行为的理解，更为临床肝素浓度监测提供了新方法学框架。