Strutture a livello molecolare interfacciale di polimeri e biomacromolecole rivelate tramite spettroscopia vibrazionale di generazione della frequenza di somma

Gli spettri vibrazionali di generazione della frequenza somma sono montati per studiare le interfacce con la selettività interfacciale. Tuttavia il metodo del coefficiente di Fresnel può aiutare a risolvere l'effetto di interferenza quando esiste un'altra interfaccia. Il principale vantaggio di SFG è la selettività interfacciale e la sensibilità del sottomonostrato.

Questa tecnica ottica non invasiva è adatta per investire varie interfacce come interfacce solido-liquido, solido-solido, liquido-liquido, gas solido e gas liquido. Suggeriamo ai principianti di praticare molto il sistema SFG con l'aiuto di esperti in ottica e SFG. Non ci sono scorciatoie.

SFG non è stato generalmente riconosciuto come tecnica potente, quindi vorremmo attirare più interesse del pubblico e incoraggiare più ricercatori ad applicare questa tecnica. Per iniziare, preparare circa cinque millilter di una soluzione a due o 4% in peso di poli-2-idrossietile metacrilato o PHEMA in etanolo anidro. Conservare la soluzione in laboratorio tre giorni prima dell'uso.

Successivamente, immergere quattro prismi ad angolo retto di fluoruro di calcio di grado IR in toluene anidro di grado analitico per almeno 12 ore. Quindi immergere i prismi in 30 millilter di etanolo e pulire le superfici con cotone sgrassante per circa 10 minuti. Risciacquare il prisma con acqua ultra pura per due minuti e asciugarli con gas azoto.

Quindi, posizionare i prismi in un pulitore di plasma di ossigeno ed evacuare la camera. Trattare i prismi con plasma di ossigeno per quattro minuti e conservarli nella camera fino a quando non vengono utilizzati. La preparazione della pellicola deve avvenire entro un'ora dal trattamento al plasma.

In questo studio, per rilevare selettivamente l'interfaccia barriera è di grande importanza scegliere lo spessore del film appropriato in base al risultato calcolato del modello del coefficiente di Fresnal. Quando sei pronto per preparare le pellicole PHEMA, fissare un prisma pulito in un porta prisma su uno spin coater e applicare una goccia della soluzione di PHEMA in etanolo sul prisma. Eseguire lo spin coater a 1.500 giri/min per un minuto per preparare il film PHEMA.

Rivestire allo stesso modo prismi aggiuntivi trattati con plasma con PHEMA. Ricottura le pellicole in un forno a vuoto impostato a 80 gradi Celsius per almeno 10 ore. Per eseguire l'esperimento posizionare la faccia rivestita PHEMA del prisma in acqua deionizzata.

Attendere da 10 a 20 minuti e quindi valutare la struttura PHEMA interfacciale alle interfacce acqua e prisma con una certa spettroscopia di generazione di frequenza. Durante il funzionamento del sistema FGS non lasciare che il fascio di luce venga direttamente negli occhi. Per iniziare a preparare la soluzione di fibroina di seta riscaldare tre litri di carbonato di sodio acquoso molare fino all'ebollizione.

Far bollire 7,5 grammi di bozzoli di seta Bombyx mori in questa soluzione mescolando per 30 minuti. Trasferire la materia fibrosa in un contenitore pulito e mescolarla in due o tre litri di acqua deionizzata per otto-10 minuti tre volte per lavare via le molecole di sericina indesiderate. Asciugare la materia fibrosa in un forno a vuoto a 60 gradi Celsius per almeno 15 ore.

Successivamente, sciogliere un grammo di fibroina di seta secca e degummed in quattro millilter di bromuro di litio acquoso molare 9.3. Mescolare la soluzione a 60 gradi Celsius per due ore. Quindi posizionare la soluzione di fibroina di seta in un sacchetto di dialisi Daton da 3.500.

Dializzare la soluzione contro un litro di acqua deionizzata per tre giorni, cambiando l'acqua tre volte al giorno. Una volta completata la dialisi, conservare la soluzione di fibroina di seta a quattro gradi Celsius. Successivamente, utilizzare i metodi descritti in precedenza per pulire un prisma di fluoruro di calcio e ricoprirlo con una sottile pellicola di polistirolo da una soluzione di polistirolo del 3,5% in peso.

Posizionare il prisma rivestito in polistirolo a contatto con la soluzione di fibroina di seta ed esaminare l'interfaccia della fibroina di seta di polistirolo con la spettroscopia SFG. Per iniziare a preparare il duplex oligonucleotide, sciogliere 10 nanomoli dell'oligonucleotide a singolo filamento appropriato in 0,5 millilter di acqua ultrapura. Fai lo stesso per l'oligonucleotide gratuito.

Unire le soluzioni per ottenere una soluzione oligonucleotide duplex da 10 nanomoli per millilitro. Quindi combinare due milligrammi di DPPC, due milligrammi di DPPC deuterato e un millilitro di cloroformio per ottenere la soluzione lipidica. Successivamente, pulire e plasma trattare un prisma di fluoruro di calcio come descritto in precedenza.

Attacca questo prisma alla stiva del campione di un trogolo di Langmuir-Blodgett. Riempire il trogolo con acqua deionizzata e abbassare una faccia del prisma nel trogolo a un millimetro al minuto. Iniettare diversi microlitri della soluzione lipidica sulla superficie dell'acqua e attendere che la pressione superficiale si stabilizzi a circa 12 millinewton per metro.

Quindi iniziare a comprimere il monostrato lipidico a cinque millimetri al minuto. Quando la pressione superficiale raggiunge i 34 millinewton per metro sollevare il prisma dal trogolo a un millimetro al minuto. Preparare quindi 500 microlitri di una miscela della soluzione di oligonucleotide duplex e della soluzione lipidica in un rapporto uno-100 molare.

Quindi sostituire il trogolo di Langmuir-Blodgett con un contenitore cilindrico in politetrafluoretilene riempito con acqua deionizzata. Iniettare la miscela lipidica oligonucleotide sull'acqua fino a quando la pressione superficiale raggiunge i 34 millinewton per metro. Mettere la faccia rivestita di monostrato lipidico del prisma a contatto con la miscela lipidica oligonucleotide per formare il campione finale.

Valutare i segnali vibrazionali dell'acqua chirale e achirale con spettroscopia FSG. In questo primo esempio, l'interfaccia tra gli idrogel PHEMA e il prisma del fluoruro di calcio ha mostrato chiari picchi bruschi nello spettro SFG. Questo è stato attribuito all'interfaccia liscia tra il fluoruro di calcio e l'idrogel.

L'interfaccia tra l'idrogel e l'acqua circostante aveva caratteristiche più ampie e meno intense perché le molecole d'acqua potevano diffondersi nella maggior parte dell'idrogel. Qui, quando la concentrazione di fibroina di seta era al di sopra della concentrazione critica sovrapposta, sono state rilevate strutture secondarie chirali all'interfaccia del polistirolo della soluzione, a meno che il metanolo non sia stato aggiunto come agente induttore. Al di sotto della concentrazione critica sovrapposta, sono stati rilevati segnali SFG chirali anche senza aggiungere metanolo che indica che le strutture secondarie ordinate si sono formate senza assistenza all'interfaccia del polistirolo della soluzione.

Nel campione di strato lipidico ancorato oligonucleottide duplex che varia la concentrazione di ioni di calcio non ha avuto alcun effetto significativo sul segnale dell'acqua chirale che corrisponde principalmente all'idratazione successiva della colonna vertebrale chirale nella scanalatura minore. Al contrario, la concentrazione di calcio ha prodotto forti effetti sui segnali dell'acqua achirale che corrispondono principalmente allo strato d'acqua che circonda la catena duplex e il bistrato. Nel complesso questo suggerì che la colonna vertebrale chirale dello strato d'acqua potesse proteggere l'oligonucleotide dagli ioni di calcio.

Il calcolo del coefficiente di Fresnel e la scelta di uno spessore del film appropriato possono risolvere i problemi di interferenza. Se la multi-riflessione e la rifrazione sono considerate la giusta distribuzione del campo elettrico alle interfacce può essere regolata. Esistono metodi alternativi che possono essere utilizzati per preparare pellicole sottili con gli spessori desiderati come il rivestimento a gradini e la deposizione chimica di vapore.

Rilevare la superficie e le strutture interfacciali relative all'adesione, al merlano, all'attrito e ad altre proprietà può aiutare i ricercatori a comprendere i meccanismi sottostanti e sviluppare nuovi materiali funzionali. Questo metodo può essere applicato anche ad altri sistemi in cui è necessario esaminare diverse interfacce. Tuttavia, il mezzo che si desidera propagare i fasci di luce deve essere trasparente.