ケルビン・ヴォイグベースの粘弾性モデルとガウス・ニュートン法を適用することにより、散逸を伴う石英結晶微量バランスを使用した粒子吸着吸着

リポソーム、ウイルス、ナノ/マイクロプラスチックなど、100 nmを超える粒子の吸着を研究するために散逸（QCM-D）を伴う石英結晶微量バランスを使用することは、データ評価に適したモデルがないため、依然として困難です。。この研究は、固液界面での負に帯電したポリスチレンラテックス（100 nm-1μm）の吸着を定量化する方法を示しています。Kelvin-Voigt理論に基づいた粘弾性モデルの妥当性を評価し、モデルを使用してQCM-D測定から得られた粒子吸着データを評価しました。Gauss-Newtonメソッドは、データの適合に使用されました。得られた値は、原子間力顕微鏡の結果よりも大きく、Gauss-Newton法と組み合わせた粘弾性モデルが大きなポリスチレン粒子と周囲の周囲の水の吸着を定量化できることを示しています。適切な粘弾性モデルと組み合わせて、QCM-Dは、1μMを超えるソフト粒子でも固形液界面での吸着を推定するために適用できることを提案しました。さらに、記録された散逸が層の粘弾性特性を反映することを成功裏に示しました。粘弾性モデルにより、層のレオロジー特性の定量化が可能になりました。粘性と弾性の寄与の比は、粘弾性モデルを適用して実験データから抽出された損失接線（TANδ）値を使用して特徴付けられました。これらの値は、負に帯電したポリスチレン粒子が負の表面よりも正の表面よりも吸着すると低かった。これは、tanδが粒子と基質の間の接触の強度を反映していることを示唆しています。

The use of a quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D) to study the adsorption of particles larger than 100 nm, such as liposomes, viruses, and nano/micro-plastics, remains challenging owing to the lack of appropriate models for data evaluation. This study presents a method for quantifying the adsorption of negatively charged polystyrene latex (100 nm-1 μm) at the solid-liquid interface. The validity of a viscoelastic model based on Kelvin-Voigt theory was assessed, and the model was used to evaluate particle adsorption data obtained from QCM-D measurements. The Gauss-Newton method was used to fit the data; the values obtained were larger than results from atomic force microscopy, indicating that the viscoelastic model combined with the Gauss-Newton method can quantify the adsorption of large polystyrene particles and the surrounding water around them. We suggested that QCM-D, in combination with an appropriate viscoelastic model, is applicable to estimate adsorption at the solid-liquid interface even for soft particles larger than 1 μm, which are out of the range of applications to the hydrodynamics model. Furthermore, we successfully showed that the recorded dissipation reflects the viscoelastic properties of the layer. The viscoelastic model allowed quantification of the rheological properties of the layer. The ratio of the viscous and elastic contributions was characterized by using loss tangent (tan δ) values that were extracted from the experimental data by applying the viscoelastic model. These values were lower for the adsorption of the negatively charged polystyrene particles on a positive surface than on a negative surface. This suggests that tan δ reflects the strength of the contact between the particle and substrate.