Name: サム周波数生成振動分光法で明らかになったポリマーと生体マクロ分子の界面分子レベル構造 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-13T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
Description: 学ぶサム周波数生成振動分光法でポリマーと生体マクロ分子の界面分子構造を解析する手法。フレネル係数法を用いて干渉効果を解決し、固液・液気界面などの分子配列を非侵襲的に観測できます。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

この研究は、中国基礎研究のための国家キー開発プログラム(2017YFA0700500)と中国国家自然科学財団(21574020)によって支援されました。江蘇省高等教育機関(PAPD)の優先学術プログラム開発と国立実験生物医学工学実証センターが資金を提供する中央大学の基礎研究基金教育(東南大学)も高く評価されました。

1. SFG実験
<ol><li>Nd:YAGレーザーに基づいて、約20psのパルス幅と50 Hzの周波数を持つ基本的な1064 nmビームを提供する市販のピコ秒SFGシステム(材料の表)を使用してください。</li>
	<li>2 番目と 3 番目の高調波モジュールを使用して、基本 1064 nm ビームを 532 nm ビームと 355 nm ビームに変換します。入力光線として532nmビームを直接導き、光学パラメトリック生成(OPG)/光パラメトリック増幅(OPA)/を介して1000から4000 cm-1までの周波数範囲をカバーする他の入力中赤外線(IR)ビームを生成します。差周波数生成(DFG)プロセス。</li>
	<li>2 つの入力ビームの入射角度をそれぞれ 53° (IR) と 64° (可視) に設定します。</li>
	<li>ポリマー界面構造(フィルム/基板界面またはフィルム/その他の媒体界面)を検出するには、ssp(s偏光サム周波数ビーム、S偏光可視ビーム、p偏光赤外線ビーム)とppp偏光の組み合わせを使用します。</li>
	<li>DNAを取り巻く界面タンパク質二次構造および水構造を検出するために、sspおよびpppに加えて、キラルスップとpsp偏光の組み合わせを使用した。</li>
	<li>サンプルが損傷していないことを確認するには、赤外線および可視パルスエネルギーをそれぞれ~70mJと~30 mJに制御します。エネルギーレベル図を用いたSFGプロセスの概略図を図1に示した。図2は、クリーンルームのSFGシステムを示しています。</li>
</ol>2. フレネル係数
<ol><li>ここで説明するすべての実験の基板として直角プリズムを使用します。固体基板上にポリマーフィルム用の2つの界面、すなわち、空気中のポリマー表面およびポリマー/基板界面が存在する。反転対称性は両方のインターフェイスで壊れているため、どちらも SFG 信号を生成できます。したがって、収集されたSFGスペクトルは干渉されたものである。ただし、2 つの界面の局所的なフィールド係数またはフレネル係数は、入射角度または膜厚を一度に 1 つずつ、または同時に31、32に変えることによって調整できます。これにより、1 つのインターフェイスのみから SFG 振動信号をプローブできます。ここで、CaF2プリズム上のPHEMAフィルムを例9として撮影した。 </li>
	<li>図 3に示すように、直角プリズム ジオメトリを使用して、下部 PHEMA フィルムから生成される SFG 信号を検出します。反射モードでの SFG 出力強度は、 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq1.jpg" style="opacity: 0.9;">(1) ここで、<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq2.jpg" style="opacity: 0.9;">有効な2次非線形感受性テンソルを示します。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq2.jpg" style="opacity: 0.9;">3つの部分、すなわち、プリズム/ポリマー界面、ポリマー/ボトム媒体界面(底媒体は気体、液体または固体を含む)と非共振の背景から成り立っています。 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq3.jpg" style="opacity: 0.9;">(2) ここでは、下部媒体は、空気、水または何か他のものである可能性があります。Fは、ローカルフィールド補正を担当する対応するフレネル係数を表します。</li>
	<li>この場合、薄膜モデルを適用してフレネル係数を計算します。ここでは、簡単な計算手順のみを示します。<ol>
<li>プリズム/ポリマーインターフェイスの場合は、 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq4.jpg" style="opacity: 0.9;">(3) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq5.jpg">(4) <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq6.jpg">(5) 示す各パラメータの意味を以下に示します。<ol>
<li>
ωiはビーム周波数を示します。</li>
			<li>
tpおよびtsは、全体的な伝送係数を示し、 <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq7.jpg" style="opacity: 0.9;">(6) <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq8.jpg">(7)</li>
			<li>
tp12およびts12は、プリズム/ポリマー界面における光線の線形伝送係数を示します。</li>
			<li>
rp23およびrs23は、ポリマー/中界界面における光線の線形反射係数を示します。</li>
			<li>
αは、ポリマー薄膜を横切って伝播した後の反射ビームとその二次反射ビームとの位相差を表し、反射反射を表します。 <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq9.jpg" style="opacity: 0.9;">(8)</li>
			<li>
λは光線の波長を表し、dはポリマー膜の厚さを表す。 </li>
			<li>
Φ1とΦ2は、プリズム/ポリマー界面とポリマー/ミディアム界面の入射角度をそれぞれ表します。</li>
			<li>
n1およびn2は、それぞれプリズムおよびポリマー膜の屈折率を表す。</li>
			<li>
n12 プリズム/ポリマーのポリマー界面層の屈折率を表します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>ポリマー/ミディアムインターフェイスの場合は、 <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq10.jpg">(9) <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq11.jpg">(10) <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq12.jpg">(11)<ol>
<li>
Δは、2つの界面における光電界の位相差を表す。</li>
			<li>入力ビームのパルス幅は~20psなので、分散効果に伴う時間遅延からの誤差は無視できます。</li>
			<li>出力SFGに対するこのような位相差の表現は、入力可視および入力赤外線ビームを別々に書き込むことができる。 <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq13.jpg">(12) <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq14.jpg">(13) <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq15.jpg">(14) 
			 </li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>上記の議論から、プリズムポリマーフィルム媒体(1-2-3)系について、プリズム/ポリマーおよびポリマー/媒体界面の総フレネル係数を以下の式として表し、sspとppp偏光の組み合わせについて.もちろん、両方の界面は方位角方角方位角と見なされます。<ol>
<li>プリズム/ポリマー界面の場合、sspとppp偏光の組み合わせの合計フレネル係数の式は以下のように示されます。<ol>
<li>sspの場合、方程式は <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq16.jpg">(15)</li>
			<li>そして、pppの場合、方程式は <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq17v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(16) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq18v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(17) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq19v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(18) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq20v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(19) 
			 </li>
			<li>
t10およびt01は、それぞれ空気/プリズムおよびプリズム/エアインタフェースの線形伝送係数を示します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>ポリマー/ミディアム界面の場合、sspとppp偏光の組み合わせの両方に対するフレネル係数の総式は以下のように説明される。<ol>
<li>sspの場合、方程式は <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq21.jpg" style="opacity: 0.9;">(20)</li>
			<li>pppの場合、方程式は次のようになります。 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq22v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(21) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq23v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(22) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq24v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(23) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq25v3.jpg" style="opacity: 0.9;">(24) 
			    
			 </li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>サンドイッチモデルを使用してフレネル係数を計算した後、図4に示すように、フィルムの厚さの関数としてプロットします。 注:この場合、約150 nmである他のインターフェースからの無視可能な寄与を持つCaF2プリズム/PHEMAインターフェイスからSFG信号を収集するための厚さの範囲が存在します。同様に、適切な厚さはCaF2プリズム/PHEMAインターフェイスからの無視可能な寄与とPHEMA/底の媒体インターフェイスの検出のために選ぶことができる。</li>
</ol>3. CヒラルSFG偏光の組み合わせ
<ol><li>通常のアチラルインターフェイスでは、一般的に、アンサンブル平均33、34の点でC∞v対称を使用します。反転対称の操作では、非ゼロの2次非線形感受性テンソル成分を推測することができ、これはc xxz、cxzx、czxx、cyyz、cyzy、czyyおよびczzz(同方対界が想定される場合は、既存の用語をさらに減らすことができます。ただし、キラル インターフェイスの場合、状況は異なります。キラル界面はC∞対称を有し、回転対称操作のみが許可される。この場合、通常のアチラル項に加えて、より多くの第二次非線形感受性は、非電子的な考慮の下でキラル項、すなわち、czyx、czxyおよびcyzxと呼ぶことができる非ゼロになります。共鳴。したがって、psp、ppsおよびspp偏光の組み合わせを用いることによって、キラルSFGスペクトルを33、34を収集することができる。</li>
</ol>4. サンプル調製
<ol><li>PHEMAフィルムの調製<ol>
<li>無水エタノールにPHEMA粉末(材料表参照)を溶解し、それぞれ2重量%および4重量%で溶液を調作する。</li>
		<li>PHEMAフィルムを堆積させる前に、まずトルエン溶媒にCaF2直角プリズムを浸し、エタノールと超純水(18.2MΩ)で洗浄します。</li>
		<li>その後、基板(CaF2直角プリズム)を酸素プラズマに公開し、プラズマクリーナーで有機汚染物質の可能性を除去します(材料の表を参照)。<ol>
<li>まずプラズマクリーナーをオンにし、基板を入れます。</li>
			<li>その後、掃除機を掃除機に掃除機を入れる真空ポンプをオンにします。酸素を入力します。</li>
			<li>最後にクリーニングのために4分を設定します。その後、順次PHEMAフィルム調製用のクリーン基板を保持する。</li>
			<li>次に、スピンコーターでCaF2プリズム上のPHEMAフィルムを準備します(材料の表を参照)。溶液濃度とスピン速度でフィルムの厚さを調整します。<ol>
<li>スピンコーターの吸引ディスクにCaF2プリズムを固定します。</li>
				<li>1分間1,500rpm(フィルム厚さ2重量%、100nm用4重量%)でクリーン基板に前に調製したPHEMA溶液を1滴落とします(フィルム厚さ2重量%、200nm用4重量%)。</li>
			</ol>
</li>
			<li>一晩80°Cで真空オーブンですべての調製PHEMAフィルムをアニール。</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>シルクフィブロインの調製(SF) 注:Kaplanら35によって提案されたプロトコルが採用されました。<ol>
<li>沸騰した炭酸ナトリウム(Na2 CO3,0.02 M)水溶液(3L)に7.5gのシルクコクーンを30分間入れ、繊維状のSFをきれいな容器に取り除きます。 </li>
		<li>セリシン分子を除去し、繊維状サンプル中のSF分子のみを残すために、攪拌下で3回脱イオン水で得られた繊維SFを洗浄します。</li>
		<li>一晩60°Cで真空オーブンで繊維状のSFサンプルを乾燥させます。</li>
		<li>その後、臭化リチウム臭化物(LiBr,9.3M)水溶液(1gのSFをLiBr溶液の約4mLで溶解)に分解した繊維SF試料を溶解し、攪拌下で2時間60°Cでインキュベートする。</li>
		<li>脱イオン水(3,500個のDa透析袋)に対してSF溶液を3日間透析し、溶解したLiBrを除去します。毎日3回新しい脱イオン水を交換します。最後に、処理されたSF溶液を4°Cで保存し、後のSFG実験を行います。</li>
	</ol></li>
	<li>短鎖オリゴヌクレオチド二重分の調製<ol>
<li>コレステロールトリエチレングリコール(Chol-TEG)(5'-GCTTCCGAAGGTCGA-3')によって修飾された3'末端を有する一本鎖オリゴヌクレオチドサンプルを、商業法人(材料の表を参照)と補完するものから注文する。1本の鎖ごとに、サンプル粉末の10nmolを0.5mlの超純水に溶解させる。その後、それらを一緒に混合して二重オリゴヌクレオチド溶液(10 nmol/mL)を形成する。</li>
		<li>1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DPPC)と2mgの過熱DPPC(d-DPPC)を混合し、クロロホルムの1 mLに溶解して脂質溶液を調製する。</li>
		<li>ラングミュア・ブロジェット(LB)トラフによるDPPCとd-DPPC単層の調製<ol>
<li>直角CaF2プリズムを自家製サンプルホルダーに取り付け、1つのプリズム面を垂直にLBトラフの水性環境に浸します。</li>
			<li>その後、表面圧が34 mN·m-1以下の一定値に達するまで、水面に前に調製した混合脂質溶液を注入する。</li>
			<li>表面圧力がオフの後、2つのテフロンバリアを使用して、34 mN·m-1の表面圧力に達するまで、5 mm/minの比率で脂質単層を圧縮します。</li>
			<li>脂質単層でプリズムを水から垂直に1mm/m分の割合で持ち上げます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>他の脂質単層の調製<ol>
<li>疎水性相互作用(コレステロールおよび脂質アルキル鎖)を介した二重オリゴヌクレオチドおよび脂質分子の組み立てを容易にするために、二重オリゴヌクレオチド溶液を1:100のモル比で脂質溶液と混合する(オリゴヌクレオチド脂質)。</li>
			<li>34 mN·m-1の表面圧力に達するまで、自家製テフロン容器の水面に混合脂質と二重オリゴヌクレオチド溶液を注入する。</li>
		</ol>
</li>
		<li>最後に、水面に挿入された二重オリゴヌクレオチドと接触するプリズムの下部に脂質単層を置き、SFG測定のための最終サンプルを形成する。</li>
	</ol></li>
	<li>ローレンツ方程式<ol>
<li>ローレンツ方程式を使用して SFG スペクトルに適合し、特定の振動モードの振動情報を抽出します。 <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq26.jpg" style="opacity: 0.9;">(25) ここで、qth<img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq27.jpg">振動モードの強度を表し、<img alt="Equation 28" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq28.jpg">共振周波数を表し、<img alt="Equation 29" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq29.jpg">半分の最大値(HWHM)で半幅を示<img alt="Equation 30" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq30.jpg">し、入射IRビームの走査周波数を表す。</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Shen, Y. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Second+Harmonic+Generation+at+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Optical Second Harmonic Generation at Interfaces.</a> Annual Review of Physical Chemistry. 40, 327-350 (1989).</li>
<li>Shen, Y. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+properties+probed+by+second-harmonic+and+sum-frequency+generation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Surface properties probed by second-harmonic and sum-frequency generation.</a> Nature. 337, 519-525 (1989).</li>
<li>Lu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studying+Polymer+Surfaces+and+Interfaces+with+Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Studying Polymer Surfaces and Interfaces with Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy.</a> Analytical Chemistry. 89 (1), 466-489 (2017).</li>
<li>Chen, X., Clarke, M. L., Wang, J., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy+Studies+on+Molecular+Conformation+and+Orientation+of+Biological+Molecules+at+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Modern+Physics+B%22%5BJournal%5D)">Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy Studies on Molecular Conformation and Orientation of Biological Molecules at Interfaces.</a> International Journal of Modern Physics B. 19 (4), 691-713 (2005).</li>
<li>Eisenthal, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+Interfaces+Probed+by+Second-Harmonic+and+Sum-Frequency+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Liquid Interfaces Probed by Second-Harmonic and Sum-Frequency Spectroscopy.</a> Chemical Reviews. 96 (4), 1343-1360 (1996).</li>
<li>Richmond, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molcular+Bonding+and+Interactions+at+Aqueous+Surfaces+as+Probed+by+Vibrational+Sum+Frequency+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Molcular Bonding and Interactions at Aqueous Surfaces as Probed by Vibrational Sum Frequency Spectroscopy.</a> Chemical Reviews. 102 (8), 2693-2724 (2002).</li>
<li>Wang, H., Gan, W., Lu, R., Rao, Y., Wu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+spectral+and+orientational+analysis+in+surface+sum+frequency+generation+vibrational+spectroscopy%28SFG-VS%29%5BTitle%5D)+AND+%22International+Reviews+in+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Quantitative spectral and orientational analysis in surface sum frequency generation vibrational spectroscopy(SFG-VS).</a> International Reviews in Physical Chemistry. 24 (2), 191-256 (2007).</li>
<li>Shultz, M. J., Schnitzer, C., Simonelli, D., Baldelli, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sum+frequency+generation+spectroscopy+of+the+aqueous+interface%3A+Ionic+and+soluble+molecular+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22International+Reviews+in+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Sum frequency generation spectroscopy of the aqueous interface: Ionic and soluble molecular solutions.</a> International Reviews in Physical Chemistry. 19 (1), 123-153 (2010).</li>
<li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+Surface+Hydration+of+Poly%282-hydroxyethyl+methacrylate%29+in+Solution+in+situ%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Detecting Surface Hydration of Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) in Solution in situ.</a> Macromolecules. 49, 3116-3125 (2016).</li>
<li>Li, X., Lu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+Irreversibly+Absorbed+Layer+Promotes+Dewetting+of+Polystyrene+Film+on+Sapphire%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Evolution of Irreversibly Absorbed Layer Promotes Dewetting of Polystyrene Film on Sapphire.</a> Macromolecules. 51, 6653-6660 (2018).</li>
<li>Lu, X., Spanninga, S. A., Kristalyn, C. B., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Orientation+of+Phenyl+Groups+in+Poly%28sodium+4-styrenesulfonate%29+and+in+Poly%28sodium+4-styrenesulfonate%29%3A+Poly%283%2C4-ethylenedioxythiophene%29+Mixture+Examined+by+Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Surface Orientation of Phenyl Groups in Poly(sodium 4-styrenesulfonate) and in Poly(sodium 4-styrenesulfonate): Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Mixture Examined by Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy.</a> Langmuir. 26 (17), 14231-14235 (2010).</li>
<li>Lu, X., Clarke, M. L., Li, D., Wang, X., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Study+of+the+Interference+Effect+in+Poly%28n-butyl+methacrylate%29+Thin+Films+Sandwiched+between+Silica+and+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">A Sum Frequency Generation Vibrational Study of the Interference Effect in Poly(n-butyl methacrylate) Thin Films Sandwiched between Silica and Water.</a> Journal of Physical Chemistry C. 115, 13759-13767 (2011).</li>
<li>Lu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directly+Probing+Molecular+Ordering+at+the+Buried+Polymer%2FMetal+Interface+2%3A+Using+P-Polarized+Input+Beams%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Directly Probing Molecular Ordering at the Buried Polymer/Metal Interface 2: Using P-Polarized Input Beams.</a> Macromolecules. 45, 6087-6094 (2012).</li>
<li>Lu, X., Myers, J. N., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Ordering+of+Phenyl+Groups+at+the+Buried+Polystyrene%2FMetal+Interface%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Molecular Ordering of Phenyl Groups at the Buried Polystyrene/Metal Interface.</a> Langmuir. 30, 9418-9422 (2014).</li>
<li>Li, B., Lu, X., Ma, Y., Han, X., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Method+to+Probe+Glass+Transition+Temperatures+of+Polymer+Thin+Films%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Macro+Letters%22%5BJournal%5D)">Method to Probe Glass Transition Temperatures of Polymer Thin Films.</a> ACS Macro Letters. 4, 548-551 (2015).</li>
<li>Li, X., Deng, G., Ma, L., Lu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interchain+Overlap+Affects+Formation+of+Silk+Fibroin+Secondary+Structure+on+Hydrophobic+Polystyrene+Surface+Detected+via+Achiral%2FChiral+Sum+Frequency+Generation%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Interchain Overlap Affects Formation of Silk Fibroin Secondary Structure on Hydrophobic Polystyrene Surface Detected via Achiral/Chiral Sum Frequency Generation.</a> Langmuir. 34, 9453-9459 (2018).</li>
<li>Kai, S., Li, X., Li, B., Han, X., Lu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calcium-dependent+hydrolysis+of+supported+planar+lipids+was+triggered+by+honey+bee+venom+phospholipase+A2+with+the+right+orientation+at+the+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Calcium-dependent hydrolysis of supported planar lipids was triggered by honey bee venom phospholipase A2 with the right orientation at the interface.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 20, 63-67 (2018).</li>
<li>Wang, J., Buck, S., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy+Studies+on+Protein+Adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy Studies on Protein Adsorption.</a> Journal of Physical Chemistry B. 106, 11666-11672 (2002).</li>
<li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+Amide+I+Signals+of+Interfacial+Proteins+in+Situ+Using+SFG%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Detection of Amide I Signals of Interfacial Proteins in Situ Using SFG.</a> Journal of American Chemical Society. 125, 9914-9915 (2003).</li>
<li>Nguyen, K. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+Spontaneous+Membrane+Insertion+of+a+Tall-Anchored+Membrane+Protein+by+Sum+Frequency+Generation+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemistry+Society%22%5BJournal%5D)">Probing the Spontaneous Membrane Insertion of a Tall-Anchored Membrane Protein by Sum Frequency Generation Spectroscopy.</a> Journal of American Chemistry Society. 132, 15112-15115 (2010).</li>
<li>Li, X., Ma, L., Lu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calcium+Ions+Affect+Water+Molecular+Structures+Surrounding+an+Oligonucleotide+Duplex+as+Revealed+by+Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Calcium Ions Affect Water Molecular Structures Surrounding an Oligonucleotide Duplex as Revealed by Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy.</a> Langmuir. , (2018).</li>
<li>Sartenaer, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sum-frequency+generation+spectroscopy+of+DNA+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+%26+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Sum-frequency generation spectroscopy of DNA monolayers.</a> Biosensors & Bioelectronics. 22, 2179-2183 (2007).</li>
<li>Asanuma, H., Noguchi, H., Uosaki, K., Yu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal+Cation-induced+Deformation+of+DNA+Self-Assembled+Monolayers+on+Silicon%3A+Vibrational+Sum+Frequency+Generation+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemistry+Society%22%5BJournal%5D)">Metal Cation-induced Deformation of DNA Self-Assembled Monolayers on Silicon: Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy.</a> Journal of American Chemistry Society. 130, 8016-8022 (2008).</li>
<li>Howell, C., Schmidt, R., Kurz, V., Koelsch, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sum-frequency-generation+spectroscopy+of+DNA+films+in+air+and+aqueous+environments%5BTitle%5D)+AND+%22Biointerphases%22%5BJournal%5D)">Sum-frequency-generation spectroscopy of DNA films in air and aqueous environments.</a> Biointerphases. 3 (3), FC47(2008).</li>
<li>Walter, S. R., Geiger, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA+on+Stage%3A+Showcasing+Oligonucleotides+at+Surfaces+and+Interfaces+with+Second+Harmonic+and+Vibrational+Sum+Frequency+Generation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">DNA on Stage: Showcasing Oligonucleotides at Surfaces and Interfaces with Second Harmonic and Vibrational Sum Frequency Generation.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 1, 9-15 (2010).</li>
<li>Li, Z., Weeraman, C., Azam, M. S., Osman, E., Gibbs-Davis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+thermal+reorganization+of+DNA+immobilized+at+the+silica%2Fbuffer+interface%3A+a+vibrational+sum+frequency+generation+investigation%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">The thermal reorganization of DNA immobilized at the silica/buffer interface: a vibrational sum frequency generation investigation.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 17, 12452-12457 (2015).</li>
<li>Lambert, A. G., Neivandt, D. J., Briggs, A. M., Usadi, E. W., Davies, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+Effects+in+Sum+Frequency+Spectra+from+Monolayers+on+Composite+Dielectric%2FMetal+Substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Interference Effects in Sum Frequency Spectra from Monolayers on Composite Dielectric/Metal Substrates.</a> Journal of Physical Chemistry B. 106, 5461-5469 (2002).</li>
<li>Tong, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+effects+in+the+sum+frequency+generation+spectra+of+thin+organic+films.+I.+Theoretical+modeling+and+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Interference effects in the sum frequency generation spectra of thin organic films. I. Theoretical modeling and simulation.</a> Journal of Chemical Physics. 133, 034704(2010).</li>
<li>McGall, S. J., Davies, P. B., Neivandt, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+Effects+in+Sum+Frequency+Vibrational+Spectra+of+Thin+Polymer+Films%3A+An+Experimental+and+Modeling+Investigation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Interference Effects in Sum Frequency Vibrational Spectra of Thin Polymer Films: An Experimental and Modeling Investigation.</a> Journal of Physical Chemistry B. 108, 16030-16039 (2004).</li>
<li>Li, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interfacial+Fresnel+Coefficients+and+Molecular+Structures+of+Model+Cell+Membranes%3A+From+a+Lipid+Monolayer+to+a+Lipid+Bilayer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Interfacial Fresnel Coefficients and Molecular Structures of Model Cell Membranes: From a Lipid Monolayer to a Lipid Bilayer.</a> Journal of Physical Chemistry C. 118, 28631-28639 (2014).</li>
<li>Zhou, J., Anim-Danso, E., Zhang, Y., Zhou, Y., Dhinojwala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interfacial+Water+at+Polyurethane-Sapphire+Interface%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Interfacial Water at Polyurethane-Sapphire Interface.</a> Langmuir. 31 (45), 12401-12407 (2015).</li>
<li>Gautam, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Structure+of+Polystyrene+at+Air%2FPolymer+and+Solid%2FPolymer+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Molecular Structure of Polystyrene at Air/Polymer and Solid/Polymer Interfaces.</a> Physical Review Letters. 85 (18), 3854-3857 (2000).</li>
<li>Yan, E. Y., Fu, L., Wang, Z., Liu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+Macromolecules+at+Interfaces+Probed+by+Chiral+Vibrational+Sum+Frequency+Generation+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Biological Macromolecules at Interfaces Probed by Chiral Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy.</a> Chemical Reviews. 114, 8471-8498 (2014).</li>
<li>Belkin, M. A., Kulakov, T. A., Ernst, K. H., Yan, L., Shen, Y. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sum-Frequency+Vibrational+Spectroscopy+on+Chiral+Liquids%3A+A+Novel+Technique+to+Probe+Molecular+Chirality%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Sum-Frequency Vibrational Spectroscopy on Chiral Liquids: A Novel Technique to Probe Molecular Chirality.</a> Physical Review Letters. 85, 4474(2000).</li>
<li>Rockwood, D. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials+fabrication+from+Bombyx+mori+silk+fibroin%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Materials fabrication from Bombyx mori silk fibroin.</a> Nature Protocols. 6, 1612-1631 (2011).</li>
</ol>

何も開示することはない

分子レベルから構造情報を調べるために、SFGには固有の利点(モノレイヤーまたはサブ単層感度および界面選択性)があり、固体/固体、固体などの様々な界面を研究するために適用することができます。液体、固体/気体、液体/気体、液体/液体界面。機器のメンテナンスと光学アライメントは依然として時間がかかりますが、表面や界面の詳細な分子レベル情報を得ることができるという意味で、その見返りは大きくなります。
プローブポリ(2-ヒドロキセチルメタクリレート)表面および埋め込み界面 :上記で示したように、光界係数は調整可能です。実験的に確認できます。基板との埋め埋め面では、CaF2基板表面が滑らかでPHEMA分子に浸透できないため、この界面はシャープなインターフェースである。しかし、水と水の表面では、水分子はPHEMA分子と相互作用し、バルクに拡散することができます。したがって、このインターフェイスはぼやけていて、埋もれたインターフェイスほどシャープではありません。したがって、これら 2 つのインターフェイスでは異なる SFG スペクトル プロファイルが観察され...

合計周波数生成(SFG)振動分光法の開発は、30年前のShen et al. 1,2.界面選択性とサブ単層感度の独自性により、物理学、化学、生物学、材料科学などの分野で多数の研究者がSFG振動分光法を評価3、4 、5.現在、SFGを用いて表面や界面に関する幅広い科学的問題が調査されており、特に、鎖構造や構造緩和など、ポリマーや生体高分子に関する複雑な界面に関しては、埋め埋めポリマー界面、タンパク質二次構造、および界面水構造9、10、11、12、13、14、 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
ポリマー表面および界面の場合、薄膜サンプルは一般に、所望の表面または界面を得るためにスピンコーティングによって調製される。この問題は、準備されたフィルムの2つの界面からの信号干渉に起因し、収集されたSFGスペクトル27、28、29を分析する際の不便を引き起させる。ほとんどの場合、単一のインターフェイスからのみ振動信号(フィルム/基板またはフィルム/他の媒体)のみが望ましい。実際には、この問題の解決策は、望ましいインターフェイスで光フィールドを実験的に最大化し、他のインターフェイスの光フィールドを最小化することは非常に簡単です。したがって、フレネル係数または局所界型係数は、薄膜モデルを介して計算され、実験結果3、9、10、11に関して検証される必要があります。 12,13,14,15,30.
上記の背景を念頭に置いて、分子レベルから基礎科学を理解するために、いくつかのポリマーと生物学的界面を調べることができる。以下では、ポリ(2-ヒドロキセチルメタクリレート)(PHEMA)表面のプローブと基板9との埋設界面、ポリスチレン(PS)表面上のシルクフィブロイン(SF)二次構造の形成、および3つの界面問題を例として取り出す。モデル短鎖オリゴヌクレオチドデュプレックス16,21を取り巻く水構造は、SFG振動分光法が基礎科学に関連する界面分子レベル構造を明らかにするのにどのように役立つかを示す。

<table><tbody><tr><td>1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DPPC)&nbsp;</td><td>Avanti Polar Lipids, Inc. (アバンティ ポーラー リピッズ インク)</td><td>850355P-1g</td><td></td></tr><tr><td>無水エタノール</td><td>Sinopharm化学試薬Co.、株式会社</td><td>100092680</td><td>&ge;99.7%</td></tr><tr><td>CaF2プリズム</td><td>成都YaSiオプトエレクトロニクス株式会社</td><td></td><td></td></tr><tr><td>塩化カルシウム無水</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>10005817</td><td>&ge;96.0%</td></tr><tr><td>重水素化DPPC(d-DPPC)</td><td>Avanti Polar Lipids, Inc.</td><td>860345P-100mg</td><td></td></tr><tr><td>電磁オーブン</td><td>浙江Supor Co.、Ltd</td><td>C21-SDHCB37</td><td></td></tr><tr><td>Langmuir-Blodgett(LB)トラフ</td><td>KSV NIMA Co.、Ltd.</td><td>KN 2003</td><td></td></tr><tr><td>臭化リチウム無水</td><td>Sinopharm化学試薬Co.、株式会社</td><td>20056926</td><td></td></tr><tr><td>Milli-Q合成システム</td><td>Millipore</td><td></td><td>超純水</td></tr><tr><td>プラズマクリーナー</td><td>成都Mingheng科学&テクノロジー株式会社</td><td>PDC-MG</td><td>酸素プラズマクリーニング</td></tr><tr><td>ポリ(2-ヒドロキシエチルメタクリレート) (PHEMA)</td><td>Sigma-Aldrich Co., LLC.</td><td>192066 MSDS</td><td>MW = 300 000</td></tr><tr><td>ポリスチレン</td><td>Sigma-Aldrich Co., LLC.</td><td>330345 MSDS</td><td>Mw = 48 kDaおよびMn = 47 kDa</td></tr>の<tr><td>絹の繭</td><td></td><td></td><td>Bombyx mori</td></tr>からオリ<tr><td>ゴヌクレオチドの単一の相補的な鎖</td><td>南京Genscriptバイオテクノロジー株式会社。</td><td>H03596</td><td>5'-CGAAGGCTTCCAGCT-3'</td></tr><tr><td>オリゴヌクレオチドの一本鎖</td><td>南京ジェンスクリプトバイオテクノロジー株式会社</td><td>H04936&</td><td>nbsp;3.末端はコレステロール-トリエチレングリコール(Chol-TEG)によって修飾されます(5.c.-GCTTCCGAAGGTCGA-3&cent;)</td></tr><tr><td>炭酸ナトリウム無水</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>10019260</td><td>&ge;99.8%</td></tr><tr><td>中国科学院マイクロエレクトロニクス研究所</td>スピン<td>コーター</td><td>KW-4A</td><td>プロイマーフィルムの準備用&nbsp;</td></tr><tr><td>ステッププロファイ</td><td>ラーVeeco</td><td>DEKTAK 150</td><td>膜厚の測定用</td></tr><tr><td>和周波数発生(SFG)振動分光法システム</td><td>EKSPLA</td><td></td><td>商用ピコ秒SFGシステム</td></tr></tbody></table>

サム周波数生成振動分光法で明らかになったポリマーと生体マクロ分子の界面分子レベル構造

Interfacial Molecular-level Structures of Polymers and Biomacromolecules Revealed via Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy

第2次非線形光分光法として、合計周波数発生(SFG)振動分光法は、様々な表面や界面の調査に広く用いられてきた。この非侵襲的な光学技術は、単層またはサブ単層感度を有する局所的な分子レベル情報を提供することができる。ここでは、高分子と生体高分子の両方の埋もれた界面を選択的に検出する方法に関する実験的方法論を提供する。これを念頭に置いて、モデル短鎖オリゴヌクレオチド二重の周りのシルクフィブロインおよび水構造の界面二次構造について議論する。前者は連鎖的な重なりまたは空間的な閉じ込め効果を示し、後者は水のキラル脊柱上部構造に起因するCa2+イオンに対する保護機能を示す。

プロトコルセクションのフレネル係数部分では、理論的には、一度に1つのインタフェースのみを選択的に検出することが可能であることを示しました。ここでは、図5および図 6に示すように、この方法論が基本的に正しいことを実験的に確認しました。
図5は、約150nm PHEMAヒドロゲルフィルムを用いた水侵入後の埋め込み界面PHEMA構造を示し、図6は、約430nm PHEMAヒドロゲルフィルムを用いた水中の表面構造を示す。パネル A とパネル B は、両方の図の CH 範囲と CO 範囲にそれぞれ対応します。埋設された界面では、観測された振動ピークはすべてシャープで明確です。その理由は、CaF2基板が滑らかでPHEMA分子に浸透できず、鋭いCaF2/PHEMA界面に導くからである。しかし、表面では、水分子がPHE...

サム周波数生成(SFG)振動分光法は、ポリマーおよび生体高分子界面で起こっている鎖立体構造の順序と二次構造変化を明らかにするのに役立ちます。

As a second-order nonlinear optical spectroscopy, sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy has widely been used in investigating various ...

合計周波数生成振動スペクトルは、界面選択性を有する界面を調べるのに取り付けられています。ただし、フレネル係数法は、別のインタフェースが存在する場合の干渉効果の解決に役立ちます。SFGの主な利点は、界面選択性とサブモノレイヤー感度です。この非侵襲的な光学技術は固体液体、固体固体、液体液体、固体ガスおよび液体ガスのインターフェイスのようなさまざまなインターフェイスを投資するために適している。初心者は、光学系とSFGの専門家の助けを借りてSFGシステムを操作する多くの練習を得ることを示唆しています。ショートカットはありません。SFGは一般に強力な技術として認識されていないので、より多くの聴衆の関心を集め、より多くの研究者にこの技術を適用するよう促したいと考えています。始めに、ポリ-2-ヒドロキイェチルメタクリレートまたはPHEMAの2または4重量%溶液の約5ミリルターを無水エタノールで調製する。使用の 3 日前に、ソリューションをラボに保管してください。次に、4つのIRグレードフッ化カルシウム直角プリズムを分析グレード無水トルエンに少なくとも12時間浸す。その後、プリズムをエタノールの30ミリルターに浸し、約10分間脱脂綿で表面を拭きます。プリズムを超純水で2分間リンスし、窒素ガスで乾燥させます。次に、プリズムを酸素プラズマクリーナーに入れ、チャンバーを退出します。4分間酸素プラズマでプリズムを治療し、使用されるまでチャンバーに保管してください。膜製剤は、プラズマ処理の1時間以内に起こるべきです。本研究では、バリア界面を選択的に検出するためには、フレズナル係数モデルの計算結果に従って適切な膜厚を選択することが非常に重要である。PHEMAフィルムを準備する準備ができたら、スピンコーターのプリズムホルダーにきれいなプリズムを固定し、プリズムにエタノール中のPHEMAの溶液の1滴を適用します。スピンコーターを1,500RPMで1分間実行し、PHEMAフィルムを準備します。PHEMAでプリズムを同様に処理した追加のプラズマをコーティングする。少なくとも10時間摂氏80度に設定された真空オーブンでフィルムをアニーリングします。実験を行うためにPHEMA被覆されたプリズムの面を脱イオン水に入れる。10~20分待ってから、水とプリズムの界面PHEMA構造を、何らかの周波数生成分光法で評価します。FGSシステムを操作している間、光ビームが直接あなたの目に入らないでください。絹フィブロイン溶液の調製を開始するには、沸騰に0.02モル炭酸ナトリウムの3リットルを加熱します。この溶液中に7.5グラムのボンビクスモリシルクコクーンを沸騰させながら、30分間かき混ぜます。繊維状物質をきれいな容器に移し、2〜3リットルの脱イオン水で8〜10分間攪拌し、不要なセリシン分子を洗い流します。繊維状物質を60°Cの真空オーブンで少なくとも15時間乾燥させます。次に、9.3モル水性臭化リチウムの4ミリルターに乾燥したデグマドシルクフィブロインの1グラムを溶解する。摂氏60度で溶液を2時間かき混ぜます。その後、シルクフィブロイン溶液を3,500ダルトン透析袋に入れます。1リットルの脱イオン水に対して3日間透析し、1日に3回水を交換します。透析が完了したら、シルクフィブロイン溶液を摂氏4度で保存します。次に、前述の方法を使用してフッ化カルシウムプリズムを洗浄し、3.5重量%のポリスチレン溶液から薄いポリスチレンフィルムでコーティングします。ポリスチレンコーティングされたプリズムをシルクフィブロイン溶液と接触させ、ポリスチレンシルクフィブロイン界面をSFG分光法で調べます。オリゴヌクレオチド二重の調製を開始するには、10ナノモルの適切な一本鎖オリゴヌクレオチドを0.5ミリルターの超純水に溶解する。無料のオリゴヌクレオチドでも同様にしてください。溶液を組み合わせて、ミリリットル二重オリゴヌクレオチド溶液当たり10ナノモルを得る。次に、DPPCの2ミリグラム、重水素DPPCの2ミリグラム、クロロホルムの1ミリリットルを組み合わせて脂質溶液を得る。次に、クリーンおよびプラズマは、前述のようにフッ化カルシウムプリズムを治療する。ラングミュア・ブロジェット・トラフのサンプルホールドにこのプリズムを取り付けます。トラフを脱イオン水で満たし、プリズムの1面を1分あたり1ミリメートルでトラフに下げます。水面に数マイクロリットルの脂質溶液を注入し、表面圧が1メートル当たり約12ミリニュートンで安定するのを待ちます。その後、1分間に5ミリメートルで脂質単層を圧縮し始めます。表面圧が1メートルあたり34ミリニュートンに達すると、1分あたり1ミリメートルでトラフからプリズムを持ち上げます。次に、デュプレックスオリゴヌクレオチド溶液と脂質溶液の混合物の500マイクロリットルを1〜100モル比で調製する。その後、ラングミュア・ブロジェット・トラフを、脱イオン水で満たされた円筒形のポリテトラフルオルエチレン容器に交換します。表面圧が1メートル当たり34ミリニュートンに達するまで、オリゴヌクレオチド脂質混合物を水に注入する。プリズムの脂質単層被覆面を、脂質オリゴヌクレオチド混合物と接触して、最終試料を形成する。FSG分光法でキラルおよびアキラル水振動信号を評価します。この最初の例では、PHEMAヒドロゲルとフッ化カルシウムプリズムとの界面は、SFGスペクトルにおける明確な鋭いピークを示した。これは、フッ化カルシウムとヒドロゲルとの間の円滑な界面に起因した。ヒドロゲルと周囲の水との間の界面は、水分子がヒドロゲルの大部分に拡散する可能性があるため、より広く、より強い特徴を有していた。ここでシルクフィブロイン濃度が臨界重なり濃度を上回った場合、メタノールを誘導剤として添加しない限り、溶液ポリスチレン界面でキラル二次構造を検出した。臨界重なり濃度を下回ると、メタノールを添加しなくてもキラルSFG信号が検出され、溶液ポリスチレン界面で補助されずに形成された二次構造が形成されたことを示す。二重オリゴヌクレオチドではカルシウムイオン濃度を変化させる脂質二重層試料は、主にマイナー溝におけるキラル脊椎の水和後に対応するキラル水信号に有意な影響を及ぼさなかった。これに対し、カルシウム濃度が強いのは、主に二重鎖と二重層を取り巻く水層に対応するアキラル水信号に影響を与えた。このことから、水層のキラル脊椎がカルシウムイオンからオリゴヌクレオチドを保護できることを示唆した。フレネル係数を計算し、適切なフィルム厚さを選択すると、干渉の問題を解決できます。マルチ反射と屈折が考慮される場合は、インタフェースでの適切な電界分布を調整することができます。ステップコーティングや化学気相蒸着など、所望の厚みで薄膜を作製する代替方法があります。接着、ホワイティング、摩擦、その他の特性に関連する表面および界面構造を検出することは、研究者が基礎となるメカニズムを理解し、新しい機能材料を開発するのに役立ちます。この方法は、さまざまなインタフェースを調査する必要がある他のシステムにも適用できます。ただし、光ビームを伝播させる媒体は透明である必要があります。

interfacial-molecular-level-structures-polymers-biomacromolecules

Research

JoVE Journal

Biochemistry

生物化学

セルロソームは、セルロースを消化するために設計された多酵素複合体です。AFMベースのSMFSを使用して、セルローム関連タンパク質集合体の機械的特性とフォールディング配置を研究しました。セルロソームの組み立てに関与する個々の受容体-リガンド複合体の相互作用を研究するための、タンパク質の固定化、データ取得、およびデータ解析のための完全なワークフローを紹介します。...

AFMベース1分子力分光法によるセルロソームの受容体リガンド系の探索

ここでは、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて、単一分子力分光測定によって明確に定義された無機表面のいずれかのペプチドまたはアミノ酸との間の相互作用の力を測定するためのプロトコルを提示します。測定から得られた情報は、より良好なペプチド無機材料相間を理解することが重要です。...

単一分子力分光法を用いて無機材料とアミノ酸とペプチドの相互作用への洞察

詳細な手順と機械的性質および原子間力顕微鏡を用いた単一タンパク質分子のアンフォールディング経路を機械的に測定するための戦略について述べる。また選択と良い単一蛋白質分子の録音の正当化のための参照として代表的な結果を述べる.

原子間力顕微鏡を用いた単一タンパク質分子の力分光法

ここでは、構造と界面の水 submolecular...

構造と走査型トンネル顕微鏡および分光法による界面の水のダイナミクスを調べる

このプロトコルを記述する、heterobifunctional シラン カップリング剤による酸化シリコン薄膜表面の原子間力顕微鏡による単一分子力分光法のために設計するで例示されている蛋白質の共有結合固定化、RrgA の相互作用 (毛 1 先端付着性S.

力の単一分子分光法のための蛋白質の共有結合固定

原子間力顕微鏡(AFM)片持ち体先端へのプローブ分子の共有結合は、その物理的性質を調査する上で不可欠な技術である。これにより、AFMベースの単一分子力分光法を介して、高い再現性を持つ伸縮力、脱着力、ポリマーの長さを決定することができます。...

AFMベースの力分光法のための単一分子の共有結合

このプロトコルは三次元多重分子サンプルの性格描写の光熱ナノスケールの赤外分光法の性能を評価するために原子間力顕微鏡検査およびナノスケールの赤外線分光法の適用を記述する。...

多相高分子系を探索するためのナノスケール赤外分光法の進歩

広帯域振動和周波数発生(VSFG)画像と明視野第2高調波発生(SHG)イメージングモダリティを取得するために、マルチモーダルで高速ハイパースペクトルイメージングフレームワークが開発されました。赤外線周波数は分子振動と共鳴するため、対称性が許容されるサンプルの微視的構造およびメゾスコピックな形態学の知識が明らかになります。...

ライン走査型振動和周波数発生顕微鏡を用いたマルチモーダル非線形ハイパースペクトルケミカルイメージング

ここでは、共焦点顕微鏡モードで単一分子レベルでの時間分解蛍光異方性を使用して、生体分子の局所的な柔軟性とダイナミクスを研究するためのプロトコルを紹介します。...

生体分子の局所柔軟性を特徴付けるための単一分子からの時間分解蛍光異方性

このプロトコルは、マトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間型質量分析を使用して、さまざまな分散性と末端基を持つ合成ポリマーを特徴付けるためのサンプル調製、データ収集、およびデータ分析の詳細な手順と例を提供します。...

分散度と末端基が異なる合成ポリマーの特性評価のためのMALDI-ToF MS法

学ぶサム周波数生成振動分光法でポリマーと生体マクロ分子の界面分子構造を解析する手法。フレネル係数法を用いて干渉効果を解決し、固液・液気界面などの分子配列を非侵襲的に観測できます。

サム周波数生成振動分光法で明らかになったポリマーと生体マクロ分子の界面分子レベル構造

さらに動画を探す