不同相的大分子可以吸附到自然系统、复合材料和薄膜设备上。在现已发表在《科学进展》杂志上的一份新报告中，YumaMorimitsu和应用化学、聚合物界面和分子粘附研究团队使用原子力显微镜(AFM)可视化明确定义的双链DNA，并进行分子动力学模拟以确定吸附聚合物链到固体表面的机制。

研究成果有助于在各种工业、生物医学和环境应用中开发轻便耐用的聚合物复合材料和薄膜。

弦状分子的吸附行为

生命的稳态涉及生物分子的自然系统，例如可以吸附到固体界面上的蛋白质或核酸。在过去的几十年里，这一直是聚合物工程领域感兴趣的话题。例如，与固体表面相邻的聚合物层具有与本体不同的结构，与本体相比，它们的聚集状态和热分子运动可以完全不同，因此对于聚合物复合材料的性能至关重要和薄膜器件。

浸渍和旋涂方法是聚合物链从溶液系统中物理吸附以将大分子吸附到表面上的典型示例。在这项工作中，Morimitsu及其同事通过原子力显微镜(AFM)直接观察了三个不同长度的双链DNA，以提供有关线状分子从溶液到固体表面的吸附行为的信息。

在研究过程中，研究团队直接观察单个分子，以了解双链DNA(dsDNA)在固体上的延伸。为实现这一目标，他们检查了从溶液到固体的双链DNA链的链尺寸。

在这种情况下，DNA链夹在硬壁和液体分子之间，链的一侧与固体基质接触，而另一侧与溶液接触。结果突出了DNA链吸附到云母和其他基质上的潜力。接下来，该团队观察了协同吸附的机制，其中部分吸附的链处于中间状态，而一些链段则在固体上寻找吸附位点。

界面层的形成

研究人员随后检查了固体上界面层的形成，并获得了在含镍缓冲液中孵育双链DNA溶液不同时间后标本的原子力显微镜(AFM)图像。随着孵育时间的延长，吸附的DNA链数量增加。10到60分钟后，云母基底被DNA覆盖，同时许多链由于协同吸附而重叠。研究人员注意到链密度在大约120到140分钟时增加。

该团队量化了吸附在云母上的DNA量，以显示DNA的表面覆盖率和吸附分析随孵育时间的变化。他们估计了吸附在云母表面和漂浮在缓冲溶液中的DNA量。在协同粘附过程中，线状分子吸附到固体表面的过程变得更快。他们使用粗粒度的分子动力学模拟来验证DNA链吸附的假设。

该团队随后研究了界面层的聚集状态对复合材料力学性能的影响。他们通过由DNA和水合磷酸二氢胆碱制成的块状薄膜模型实现了这一点，该薄膜在室温下呈橡胶状，随后测量了它们的拉伸性能。

外表

该团队观察了溶液中双链DNA的动态，同时注意到它们的自由存在。此后，他们注意到DNA链的一段如何与固体表面相互作用以产生部分吸附的片段。YumaMorimitsu及其同事使用基于AFM(原子力显微镜)的直接可视化来揭示吸附在表面上的聚合物链的维度，并将动力学与溶液状态下的动力学进行比较。

基于模拟，他们揭示了与遵循Langmuir假设的小分子不同;其中给定的表面有许多位点供物种通过化学吸附或物理吸附粘附，DNA聚合物以孤立和合作的方式吸附在表面上。在工作期间，该团队观察到双链DNA的狭窄分散，以提供对大分子图景的洞察力。

结果可以导致界面层的设计和聚合物基复合材料的形成，用于工业、环境和生物医学领域的应用。