X射线光电子能谱揭示含LL-37肽抗菌自组装薄膜的化学组成及分子机制

本研究针对抗菌涂层开发中LL-37肽固定化策略的优化需求，通过X射线光电子能谱（XPS）结合化学计量学模型，系统分析了两种层状自组装（LbL）薄膜（[LL-37-Hep]n与[Chi-PPCsLL-37-Hep]n）的组成差异。研究发现直接组装LL-37比预复合策略（PPCsLL-37-Hep）能保留更多活性肽，为抗菌材料设计提供了精准表征方法。

　　

抗菌肽LL-37作为人体天然免疫防御分子，其固定化技术是开发生物医用涂层的热点。然而，传统层状自组装（Layer-by-Layer, LbL）技术中，多肽与聚电解质（如肝素Hep、壳聚糖Chi）的相互作用机制尚不明确，导致薄膜组成控制困难，直接影响抗菌性能。比利时鲁汶大学Cédric Vranckx团队在《Applied Surface Science》发表研究，通过X射线光电子能谱（XPS）深度解析两种LbL策略（直接组装LL-37/Hep vs 预复合PPCs_LL-37-Hep/Chi）的化学组成差异，揭示了分子排布对活性肽保留率的影响机制。

研究采用XPS结合硫元素标记法量化薄膜组分，通过质子化度修正模型提升分析精度。关键发现包括：[LL-37-Hep]_n薄膜中LL-37占比达36.5%（pH 3.5），显著高于[Chi-PPCs_LL-37-Hep]_n的19.8%，证实预复合策略会因壳聚糖介入引发肽分子释放；质子化度经验模型将XPS数据吻合度提升至R²>0.99，解决了理论假设与实测偏差问题。

材料与方法
研究对比了pH 3.5/5条件下两种组装路径：①直接交替沉积LL-37与Hep；②将LL-37与Hep预复合为PPCs_LL-37-Hep后与Chi组装。通过XPS测定C/N/O/S元素比例，以硫为Hep特异性标记，结合质子化度（α）修正的化学计量模型解析组分。

结果

1. 薄膜厚度与探测深度：XPS探测深度3λcosθ计算显示95%信号来自表层9.6 nm，证实分析针对LbL关键界面层。
2. 质子化度修正模型：理论α值导致Hep含量高估12%，经验α调整后模型误差<3%。
3. 组装策略影响：直接组装保留更多LL-37（最高36.5%），而PPCs策略因Chi诱导重组导致肽释放（最低19.8%）。

结论与意义
该研究建立了LbL薄膜的精准表征方法，阐明组装路径通过分子重排调控活性肽负载量。直接组装策略更适合高LL-37保留需求的应用，而PPCs路径可能适用于缓释场景。方法论创新为功能性涂层设计提供了普适性分析框架，对伤口敷料、抗感染器械开发具有指导价值。