Grenzflächenphysikalische Strukturen von Polymeren und Biomakromolekülen, die über sum frequency generation Vibrational Spectroscopy aufgedeckt werden

Summenfrequenzerzeugungs-Schwingungsspektren sind ausgestattet, um Schnittstellen mit Grenzflächenselektivität zu untersuchen. Die Fresnel-Koeffizientenmethode kann jedoch helfen, den Interferenzeffekt zu beheben, wenn eine andere Schnittstelle vorhanden ist. Der Hauptvorteil von SFG ist die Grenzflächenselektivität und submonolayer Empfindlichkeit.

Diese nichtinvasive optische Technik eignet sich für die Investition verschiedener Schnittstellen wie Fest-Flüssig-, Fest-Fest-, Flüssig-, Gas- und Flüssiggasschnittstellen. Wir empfehlen, dass Anfänger viel Übung beim Betrieb des SFG-Systems mit Hilfe von Experten für Optik und SFG bekommen. Es gibt keine Verknüpfungen.

SFG wurde nicht allgemein als leistungsfähige Technik anerkannt, daher möchten wir mehr Publikumsinteresse wecken und mehr Forscher ermutigen, diese Technik anzuwenden. Zunächst etwa fünf Milliliter einer zwei- oder 4-prozentigen Lösung von Poly-2-Hydroxyethylmethacrylat oder PHEMA in wasserfreiem Ethanol zubereiten. Bewahren Sie die Lösung drei Tage vor der Verwendung im Labor auf.

Als nächstes tauchen Sie vier IR-Grade Calciumfluorid rechtwinklig Prisma in analytischen Grad wasserfreies Toluen für mindestens 12 Stunden. Dann tauchen Sie die Prismen in 30 Milliliter Ethanol ein und wischen Sie die Oberflächen mit entfettender Baumwolle für ca. 10 Minuten ab. Spülen Sie das Prisma zwei Minuten lang mit reinem Ultrawasser und trocknen Sie es mit Stickstoffgas.

Als nächstes legen Sie die Prismen in einen Sauerstoffplasmareiniger und evakuieren Sie die Kammer. Behandeln Sie die Prismen vier Minuten lang mit Sauerstoffplasma und bewahren Sie sie in der Kammer auf, bis sie verwendet werden. Die Filmpräparation sollte innerhalb einer Stunde nach der Plasmabehandlung erfolgen.

Um die Barriereschnittstelle selektiv zu erkennen, ist es in dieser Studie von großer Bedeutung, die passende Foliendicke nach dem berechneten Ergebnis des Fresnal-Koeffizientenmodells zu wählen. Wenn Sie bereit sind, die PHEMA-Folien vorzubereiten, fixieren Sie ein sauberes Prisma in einem Prismahalter auf einem Spincoater und tragen Sie einen Tropfen der Lösung von PHEMA in Ethanol auf das Prisma auf. Führen Sie den Spincoater bei 1, 500 U/min für eine Minute aus, um den PHEMA-Film vorzubereiten.

Mantel Sie zusätzliche plasmabehandelte Prismen auf die gleiche Weise mit PHEMA. Die Folien in einem Vakuumofen, der mindestens 10 Stunden lang auf 80 Grad Celsius eingestellt ist, annealen. Um das Experiment durchzuführen, platzieren Sie die PHEMA-beschichtete Fläche des Prismas in entionisiertem Wasser.

Warten Sie 10 bis 20 Minuten und werten Sie dann die Grenzflächen-PHEMA-Struktur an den Wasser- und Prismenschnittstellen mit einer Frequenzgenerierungsspektroskopie aus. Während des Betriebs des FGS-Systems lassen Sie den Lichtstrahl nicht direkt in Ihre Augen kommen. Um mit der Zubereitung der Seidenfibroinlösung zu beginnen, erhitzen Sie drei Liter 0,02 molförmiges wässriges Natriumcarbonat zum Kochen.

7,5 Gramm Bombyx mori Seidenkokons in dieser Lösung unter Rühren 30 Minuten kochen. Die faserige Materie in einen sauberen Behälter geben und dreimal in zwei bis drei Liter entionisiertes Wasser rühren, um die unerwünschten Sericinmoleküle abzuwaschen. Die faserige Materie in einem Vakuumofen bei 60 Grad Celsius mindestens 15 Stunden trocknen.

Als nächstes lösen Sie ein Gramm trockenes, degummed SeideFibroin in vier Milliliter von 9,3 Mol wässrigem Lithiumbromid. Rühren Sie die Lösung bei 60 Grad Celsius für zwei Stunden. Dann legen Sie die Seidenfibroin-Lösung in eine 3, 500 Dalton Dialysetasche.

Dialyze die Lösung gegen einen Liter deionisiertes Wasser für drei Tage, das Wasser dreimal pro Tag wechseln. Sobald die Dialyse abgeschlossen ist, lagern Sie die Seidenfibroin-Lösung bei vier Grad Celsius. Als Nächstes verwenden Sie die zuvor beschriebenen Methoden, um ein Calciumfluorid-Prisma zu reinigen und es mit einem dünnen Polystyrolfilm aus einer 3,5 Gewichts-Polystyrollösung zu beschichten.

Setzen Sie das polystyrolbeschichtete Prisma in Kontakt mit der Seidenfibroinlösung und untersuchen Sie die Polystyrol-Seidenfibroin-Schnittstelle mit der SFG-Spektroskopie. Um mit der Vorbereitung des Oligonukleotid-Duplex zu beginnen, lösen Sie 10 Nanomole des entsprechenden einsträngigen Oligonukleotids in 0,5 MilliliterR Reinstwasser auf. Gleiches gilt für das kostenlose Oligonukleotid.

Kombinieren Sie die Lösungen, um eine 10 Nanomol pro Milliliter Duplex-Oligonukleotid-Lösung zu erhalten. Dann kombinieren Sie zwei Milligramm DPPC, zwei Milligramm deuterated DPPC, und ein Milliliter Chloroform, um die Lipidlösung zu erhalten. Als nächstes behandeln Saubere und Plasma ein Calciumfluorid-Prisma wie zuvor beschrieben.

Befestigen Sie dieses Prisma am Probengriff eines Langmuir-Blodgett-Trogs. Füllen Sie den Trog mit entionisiertem Wasser und senken Sie eine Fläche des Prismas mit einem Millimeter pro Minute in den Trog. Mehrere Mikroliter der Lipidlösung auf die Wasseroberfläche injizieren und warten, bis sich der Oberflächendruck bei etwa 12 Millinewton pro Meter stabilisiert.

Dann beginnen Sie, die Lipid-Monolayer mit fünf Millimetern pro Minute zu komprimieren. Wenn der Oberflächendruck 34 Millinewton pro Meter erreicht, hebt das Prisma von der Trog um einen Millimeter pro Minute. Als nächstes 500 Mikroliter einer Mischung aus der Duplex-Oligonukleotid-Lösung und der Lipidlösung im Eins-100-Molaren-Verhältnis vorbereiten.

Dann ersetzen Sie den Langmuir-Blodgett-Trog durch einen zylindrischen Polytetrafluorethylenbehälter, der mit entionisiertem Wasser gefüllt ist. Injizieren Sie das Oligonukleotid-Lipidgemisch auf das Wasser, bis der Oberflächendruck 34 Millinewton pro Meter erreicht. Setzen Sie die lipid monolayer beschichtete Fläche des Prismas in Kontakt mit der Lipidoligonukleotid-Mischung, um die endgültige Probe zu bilden.

Bewerten Sie die chiralen und achiralen Wasserschwingungssignale mit FSG-Spektroskopie. In diesem ersten Beispiel zeigte die Schnittstelle zwischen PHEMA-Hydrogelen und dem Calciumfluorid-Prisma deutliche scharfe Spitzen im SFG-Spektrum. Dies wurde auf die glatte Schnittstelle zwischen Calciumfluorid und dem Hydrogel zurückgeführt.

Die Schnittstelle zwischen dem Hydrogel und dem umgebenden Wasser hatte breitere, weniger intensive Merkmale, da Wassermoleküle in den Großteil des Hydrogels diffundieren konnten. Hier bei der Seidenfibroinkonzentration über der kritischen überlappenden Konzentration wurden an der Lösungspolystyrol-Schnittstelle chirale Sekundärstrukturen nachgewiesen, es sei denn, Methanol wurde als induzierendes Mittel zugesetzt. Unterhalb der kritischen überlappenden Konzentration wurden chirale SFG-Signale auch ohne Zugabe von Methanol erkannt, was darauf hindeutet, dass geordnete Sekundärstrukturen an der Lösungspolystyrol-Schnittstelle ohne Unterstützung gebildet wurden.

In der Duplex-Oligonukleotid verankerten Lipid-Doppelschichtprobe, die die Calciumionenkonzentration variierte, hatte keine signifikante Wirkung auf das chirale Wassersignal, das in erster Linie der späteren Hydratation der chiralen Wirbelsäule in der Mollrille entspricht. Im Gegensatz dazu wirkte sich die Kalziumkonzentration stark auf die achiralen Wassersignale aus, die in erster Linie der Wasserschicht entsprechen, die die Duplexkette und die Doppelschicht umgibt. Über all dies deutete darauf hin, dass die chirale Wirbelsäule der Wasserschicht das Oligonukleotid vor Kalziumionen schützen könnte.

Die Berechnung des Fresnel-Koeffizienten und die Auswahl einer geeigneten Foliendicke können Interferenzprobleme lösen. Wenn Multireflexion und Brechung als die richtige elektrische Feldverteilung an den Schnittstellen betrachtet werden, kann eingestellt werden. Es gibt alternative Methoden, die verwendet werden können, um dünne Folien mit gewünschten Dicken wie Stufenbeschichtung und die chemische Dampfabscheidung vorzubereiten.

Die Erkennung der Oberflächen- und Grenzflächenstrukturen im Zusammenhang mit Haftung, Wittling, Reibung und anderen Eigenschaften kann Forschern helfen, die zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen und neue funktionelle Materialien zu entwickeln. Diese Methode kann auch auf andere Systeme angewendet werden, bei denen unterschiedliche Schnittstellen untersucht werden müssen. Das Medium, das Sie sich wünschen, muss jedoch transparent sein.