Estructuras interfaciales a nivel molecular de polímeros y biomacromoléculas reveladas a través de la espectroscopia vibratoria de generación de frecuencia de suma

Los espectros vibratorios de generación de frecuencia de suma están instalados para investigar interfaces con selectividad interfacial. Sin embargo, el método de coeficiente Fresnel puede ayudar a resolver el efecto de interferencia cuando existe otra interfaz. La principal ventaja de SFG es la selectividad interfacial y la sensibilidad submonocapa.

Esta técnica óptica no invasiva es adecuada para invertir diversas interfaces como interfaces sólido-líquido, sólido-sólido, líquido-líquido, gas sólido y líquido-gas. Sugerimos que los principiantes obtengan mucha práctica operando el sistema SFG con la ayuda de expertos en óptica y el SFG. No hay atajos.

SFG no ha sido generalmente reconocido como una técnica poderosa, por lo que nos gustaría atraer más interés de la audiencia y alentar a más investigadores a aplicar esta técnica. Para empezar, preparar unos cinco milímetros de una solución de dos o 4% en peso de metacrilato de poli-2-hidroxietilo o PHEMA en etanol anhidro. Mantener la solución en el laboratorio tres días antes de su uso.

A continuación, remoje cuatro prismas en ángulo recto con flúor de calcio de grado IR en tolueno anhidro de grado analítico durante al menos 12 horas. A continuación, sumerja los prismas en 30 milímetros de etanol y limpie las superficies con algodón desengrasante durante unos 10 minutos. Enjuagar el prisma con agua ultra pura durante dos minutos y secarlo con gas nitrógeno.

A continuación, coloque los prismas en un limpiador de plasma de oxígeno y evacúe la cámara. Tratar los prismas con plasma de oxígeno durante cuatro minutos y mantenerlos en la cámara hasta que se utilicen. La preparación de la película debe realizarse dentro de una hora después del tratamiento plasmático.

En este estudio, para detectar selectivamente la interfaz de barrera es de gran importancia elegir el espesor de película adecuado según el resultado calculado del modelo de coeficiente Fresnal. Cuando esté listo para preparar las películas PHEMA, fije un prisma limpio en un soporte de prisma en una recubridora de espín y aplique una gota de la solución de PHEMA en etanol al prisma. Ejecute el recubridor de espín a 1.500 RPM durante un minuto para preparar la película PHEMA.

Recubrir los prismas adicionales tratados con plasma con PHEMA de la misma manera. Anneal las películas en un horno de vacío establecido a 80 grados Celsius durante al menos 10 horas. Para realizar el experimento coloque la cara recubierta de PHEMA del prisma en agua desionizada.

Espere de 10 a 20 minutos y luego evalúe la estructura NECTOFcial en las interfaces de agua y prisma con alguna espectroscopia de generación de frecuencia. Mientras opera el sistema FGS no deje que el haz de luz entre directamente en sus ojos. Para comenzar a preparar la solución de fibroína de seda calentar tres litros de 0.02 molar carbonato sódico acuoso a ebullición.

Hierve 7,5 gramos de capullos de seda Bombyx mori en esta solución mientras revuelve durante 30 minutos. Transfiera la materia fibrosa a un recipiente limpio y revuelva en dos o tres litros de agua desionizada durante ocho a 10 minutos tres veces para lavar las moléculas de sericina no deseadas. Seque la materia fibrosa en un horno al vacío a 60 grados centígrados durante al menos 15 horas.

A continuación, disolver un gramo de fibroína de seda seca y degummed en cuatro milivas de bromuro de litio acuoso molar 9,3. Revuelva la solución a 60 grados centígrados durante dos horas. A continuación, coloque la solución de fibroína de seda en una bolsa de diálisis de 3.500 Dalton.

Dialyze la solución contra un litro de agua desionizada durante tres días, cambiando el agua tres veces al día. Una vez completada la diálisis, almacene la solución de fibroína de seda a cuatro grados centígrados. A continuación, utilice los métodos descritos anteriormente para limpiar un prisma de fluoruro de calcio y recubrirlo con una película de poliestireno delgada de una solución de poliestireno del 3,5% en peso.

Coloque el prisma recubierto de poliestireno en contacto con la solución de fibroína de seda y examine la interfaz de fibroína de seda de poliestireno con espectroscopia SFG. Para comenzar a preparar el dúplex de oligonucleótidos, disolver 10 nanomoles del oligonucleótido de una sola cadena apropiado en 0,5 milímetros de agua ultrapura. Haga lo mismo con el oligonucleótido complementario.

Combine las soluciones para obtener una solución de oligonucleótidos dúplex de 10 nanomoles por mililitro. A continuación, combine dos miligramos de DPPC, dos miligramos de DPPC deuterated y un mililitro de cloroformo para obtener la solución lipídica. A continuación, limpiar y tratar el plasma un prisma de fluoruro de calcio como se describió anteriormente.

Adjunte este prisma a la bodega de muestra de una vaguada Langmuir-Blodgett. Llene la vaguada con agua desionizada y baje una cara del prisma en la vaguada a un milímetro por minuto. Inyectar varios microlitros de la solución lipídica en la superficie del agua y esperar a que la presión superficial se estabilice a unos 12 milinewtones por metro.

A continuación, comience a comprimir la monocapa lipídica a cinco milímetros por minuto. Cuando la presión superficial alcanza los 34 minewtons por metro, levante el prisma de la vaguada a un milímetro por minuto. A continuación preparar 500 microlitros de una mezcla de la solución de oligonucleótidos dúplex y la solución lipídica en una proporción de uno a 100 molar.

A continuación, sustituya la vaguada Langmuir-Blodgett por un recipiente cilíndrico de politetrafluoretileno lleno de agua desionizada. Inyecte la mezcla de lípidos oligonucleótidos en el agua hasta que la presión superficial alcance los 34 minucletones por metro. Ponga la cara recubierta de lípido monocapa del prisma en contacto con la mezcla de oligonucleótidos lipídicos para formar la muestra final.

Evalúe las señales vibratorias de agua quiral y achiral con espectroscopia FSG. En este primer ejemplo, la interfaz entre los hidrogeles PHEMA y el prisma de fluoruro de calcio mostró picos agudos claros en el espectro SFG. Esto se atribuyó a la interfaz suave entre el fluoruro de calcio y el hidrogel.

La interfaz entre el hidrogel y el agua circundante tenía características más amplias y menos intensas porque las moléculas de agua podían difundirse en la mayor parte del hidrogel. Aquí, cuando la concentración de fibroína de seda estaba por encima de la concentración de superposición crítica, se detectaron estructuras secundarias quirales en la interfaz del poliestireno de la solución a menos que se añadió metanol como agente inductor. Por debajo de la concentración superpuesta crítica, se detectaron señales quirales SFG incluso sin añadir metanol que indica que las estructuras secundarias ordenadas formaban sin asistencia en la interfaz de poliestireno de la solución.

En la muestra bicapa lipídica anclada de oligonucleótido dúplex que variaba la concentración de iones de calcio no tuvo ningún efecto significativo en la señal de agua quiral que corresponde principalmente a la hidratación posterior de la columna chiral en la ranura menor. Por el contrario, la concentración de calcio fuerte afectará a las señales de agua achiral que corresponden principalmente a la capa de agua que rodea la cadena dúplex y la bicapa. Sobre todo esto sugirió que la columna quiral de la capa de agua podría proteger el oligonucleótido de los iones de calcio.

Calcular el coeficiente de Fresnel y elegir un espesor de película adecuado puede resolver problemas de interferencia. Si la multirreflexión y la refracción se consideran la distribución de campo eléctrico correcta en las interfaces se pueden ajustar. Existen métodos alternativos que se pueden utilizar para preparar películas delgadas con los espesores deseados, como el recubrimiento por pasos y la deposición de vapor químico.

La detección de la superficie y las estructuras interfaciales relacionadas con la adhesión, el whiting, la fricción y otras propiedades puede ayudar a los investigadores a comprender los mecanismos subyacentes y desarrollar nuevos materiales funcionales. Este método también se puede aplicar a otros sistemas donde se necesitan investigar interfaces variadas. Sin embargo, el medio que desee que los haces de luz se propaguen debe ser transparente.