An interface shear rheology is widely studied for the relation on a stability of two-
dimensional interface between liquid/liquid or gas/liquid like a lipid bilayer, a foam or an emulsion. Polymers were used to increases a stability of the interface. For example, biopolymers such as spectrin, actin laments, collagen, etc near a cell membrane help a cell maintaining a shape and a structure. And synthetic polymers have been used to stabilize an emulsion in companies. We studied the effects of an adsorbed polymer on a lipid monolayer at the air/water interface using the interface shear micro-rheometer (ISMR) with an optically driven probe particle as a model system of a cell membrane with adsorbed biopolymers.
The composite of a polyelectolyte and an insoluble lipid monolayer at the air/water interface has signicantly low interface shear modulus which cannot be measured with conventional instruments like a rotational rheometer with a circular knife-edge probe [53, 17] or an linear shear rheometer that uses a magnetic needle as a probe(ISR) [6, 49]. For the reaseon, we built up new interface shear micro-rheometer using an oscillating optical tweezer. It has high sensitivity to study the composite at the air/water interface which is higher sensitivity than one
of conventional instruments.
The lm was made up of a negative charged polymer such as poly(styrene sulfonate) (PSS) or deoxyribonucleic acid (DNA) and a positive charged lipid monolayer such as dioctadecyldimethylammonium chloride (DODAC) which is insoluble into an aqueous solution. The statistics of the system was done by Ahrens et al. with X-ray reflectivity.
We studied 1) the lipid density dependency, 2) the PSS length dependency, 3) the salt (NaCl) concentration dependency, and 4) the stiffness dependency on a rheology of a composite of a polyelectrolyte and an insoluble lipid monolayer at the air/water interface.
계면 유동학은 액체/액체 계면 혹은 기체/액체 사이에 있는 지질 이중막, 폼, 에멀전 등의 계면의 안정성과 관련이 되어 널리 연구되고 있다. 이 계면을 안정화시키는데 중합체가 많이 사용되고 있다. 그 중 한 예로, spectrin, actin, 콜라겐과 같은 생물중합체는 세포막 주위에 흡착해 세포막의 모양을 결정짓고 안정성을 많이 증가시키는 역할을 한다. 뿐만 아니라 합성 중합체는 에멀전을 안정화시키는데 널리 사용되고 있다. 우리는 계면을 안정화시키는 중합체의 영향을 연구하기 위해 광학집계를 사용한 계면전단계수 측정장비(ISMR)를 제작하였다. 그리고 이를 이용하여 지질단분자막에 흡착된 중합체의 영향에 관해 연구를 하였다.
기존의 회전 전단계수 측정장비, 수백 마이크론 사이즈의 자석바늘을 이용한 전단계수 측정장비는 공기/물 계면에 이루어진 지질단분자막과 중합체로 이루어진 복합체는 기존에 많이 알려진 장비들로는 측정이 힘든 낮은 표면전단계수를 가지고 있다. 이러한 연유에 높은 표면물성 감도를 가지는 광학 집계를 사용한 계면전단계수 측정장비를 만들었다. 이 장비는 표면점도를 sub Hz에서 수 kHz까지의 주파수에서 10^(-9) N.s/m 까지 측정이 가능하였다.
공기/물 계면에 만들어진 음전하를 가지는 중합체(PSS)와 양전하를 가지는 지질(DODAC) 단분자막으로 이루어진 복합체는 X-ray reflectivity, ellipsometry 등 다양한 정역학 측정장비로 여러 연구가 이러우져있었다. 생물중합체가 생체막에 붙은 시스템의 모델 시스템으로 사용된 PSS/DODAC 복합체의 전단계수 연구를 처음으로 진행하였다.
본 학위 논문에서는 지질막의 물성, 중합체의 물성, 그 사이 상호작용의 물성이 복합체에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위하여 1) 지질막(DODAC)의 농도, 2) 중합체(PSS)의 길이 영향, 3) 염도의 영향, 그리고 4) 서로 다른 중합체(PSS, DNA)를 사용하여 중합체의 뻣뻣함의 영향에 관한 실험을 진행하였다.
