纤维素是一种天然存在的线性多糖，广泛用于工业和消费品应用，包括作为造纸和纺织品制造的主要成分、生物燃料以及食品中的增稠剂和稳定剂。聚合物的半渗透性使其能够很好地用作过滤器;因此，改性纤维素材料通常用于生物医学行业的透析管治疗肾脏疾病。

透析管膜的区别在于其分子量截止值（MWCO）。MWCO是一个与孔数和平均孔径相关的参数，可以通过纤维素链长度和交联程度来控制。材料的MWCO将决定分子的大小将通过或不通过，从而决定膜从患者血液中去除废物的有效性。表征孔径和形貌对于设计具有理想过滤性能的生物膜至关重要。形貌至关重要的改性纤维素的另一个应用是药物递送，其中孔径直接影响药物包封稳定性和释放动力学。

原子力显微镜（AFM）是一种常用的分析技术，用于表征生物膜形貌，因为它可以在流体中进行。原位分析水合生物膜是理想的选择，以避免干燥或暴露于真空时任何可能的收缩和对形貌的非代表性改变。在AFM测量过程中，直径为几纳米并悬挂在悬臂末端的探针尖端在表面上进行光栅扫描。尖端运动由悬臂背面反射的激光监控，如果尖端在其共振频率附近振荡（敲击模式），反馈回路将保持恒定的悬臂偏转（接触模式）或恒定的振动幅度。反馈回路中保持恒定挠度或振幅所需的电信号被转换为高度信息，以提供所研究表面的 3D 渲染。在本应用纪要中，通过流体成像AFM来表征1000kDa透析管的孔径。

实验

图1.1000kDa 透析管 （10μm x 10μm x 300nm）

AFM图像使用尺寸图标AFM仪器（美国加利福尼亚州圣巴巴拉布鲁克）和PNP-TR C2探针（纳米世界;瑞士纳沙泰尔）。将样品安装在流体池中并在去离子水下进行分析。收集一张10μm x 10μm的调查图像，以确定具有高孔密度的合适子区域。然后使用更高分辨率的条件收集1μm x 1μm的图像。这些图像的地形差异以棕色低而白色高的颜色呈现。z 范围在图像右侧的垂直比例尺上注明。这些表面的透视 （3-D） 视图也包含在标题中注明的垂直夸张中。

结果和讨论

在透析管样品上，在10μm x 10μm测量AFM图像中观察到各种大比例形貌特征，例如紧密堆积，垂直排列的股线和具有可触及孔隙的宽阔蹼状区域（图1）。选择具有高密度孔隙的子区域进行高分辨率成像（图2），并使用切片分析测量多个孔径。截面分析是一种后处理方法，需要选择跨AFM图像的线距离和位置。输出是高度与 X/Y 距离的线剖面图，可以评估特征高度（或深度）和横向尺寸。截面轮廓和 2D 图像中的红色和蓝色光标指示测量位置。底部框中的“水平距离”列报告孔径（即~半最大值时的全宽）。测量的孔径范围为13nm至18nm（图3）。其他位置的AFM图像和广泛的数据处理以测量更大的孔隙采样将提供孔径统计数据，这些统计数据可能与透析管的特性和性能相关。

图2.1000kDa 透析管 （1μm x 1μm x 150nm）

图3.1000kDa透析管（0.25μm x 0.25μm x 150nm），代表性切片分析

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