Name: Interfaciale moleculaire-niveau structuren van polymeren en biomacromoleculen onthuld via Sum frequentie generatie Vibrationele spectroscopie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-13T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
Description: Ontdek hoe SFG-vibratiespectroscopie interfaciale moleculaire structuren van polymeren en biomacromoleculen onthult. Deze niet-invasieve optische techniek biedt submonolaaggevoeligheid voor diverse grensvlakken.

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

Deze studie werd gesteund door het State Key Development Program voor fundamenteel onderzoek van China (2017YFA0700500) en de National Natural Science Foundation of China (21574020). De fundamentele onderzoeksfondsen voor de centrale universiteiten, een project gefinancierd door de prioritaire academische programma ontwikkeling van de Jiangsu hogeronderwijsinstellingen (PAPD) en het National demonstratie Center for experimental Biomedical Engineering Onderwijs (Zuidoost-Universiteit) werden ook zeer gewaardeerd.

1. SFG experimentele
<ol><li>Gebruik een commercieel Pico sfg-systeem (tabel met materialen), dat een fundamentele 1064 nm-straal biedt met een pulsbreedte van ~ 20 PS en een frequentie van 50 Hz, gebaseerd op een ND: YAG-laser.</li>
	<li>Zet de fundamentele 1064 nm Beam om in een 532 nm Beam en een 355 nm Beam met behulp van de tweede en derde harmonische modules. Leid de 532 nm Beam direct als een ingangs lichtbundel en Genereer de andere input mid-Infrared (IR) Beam die het frequentiebereik beslaat van 1000 tot 4000 cm-1 door de optische parametrische generatie (OPG)/optische parametrische versterking (opa)/ proces van verschil frequentie genereren (DFG).</li>
	<li>Stel de incident hoeken van twee invoer balken in op respectievelijk 53 ° (IR) en 64 ° (zichtbaar) versus het oppervlak normaal.</li>
	<li>Om de polymeer-Interfaciale structuren (film/substraat interface of film/de andere medium Interface) te detecteren, gebruikt u SSP (s-gepolariseerde Sum-Frequency Beam, s-gepolariseerde zichtbare straal en p-gepolariseerde infraroodstraal) en PPP-polarisatie combinaties.</li>
	<li>Om de Interfaciale proteïne-secundaire structuren en water structuren rondom het DNA te detecteren, worden naast SSP en PPP gebruik gemaakt van chirale spp-en PSP-polarisatie combinaties.</li>
	<li>Om ervoor te zorgen dat de monsters niet beschadigd zijn, controleert u de infrarood en zichtbare puls energieën respectievelijk ~ 70 en ~ 30 mJ. Een schematische weergave van het SFG-proces met het energieniveaudiagram werd getoond in Figuur 1. Figuur 2 toont het sfg-systeem in onze clean room.</li>
</ol>2. Fresnel coëfficiënten
<ol><li>Gebruik de rechterhoek prisma's als substraten voor alle hier besproken experimenten. Er bestaan twee interfaces voor een polymeer film op het vaste substraat, d.w.z. polymeer oppervlak in lucht en polymeer/substraat interface. Beide kunnen sfg-signalen genereren, omdat inversie-symmetrie op beide interfaces is verbroken. Daarom is een verzameld sfg-spectrum een verstoord. De lokale veld coëfficiënten of de Fresnel-coëfficiënten op de twee interfaces kunnen echter worden instelbaar door de incident hoeken of de filmdikte één voor een te variëren of tegelijkertijd31,32. Dit biedt ons de mogelijkheid om het SFG-trilsignaal van slechts één interface te sonde. Hier, de PHEMA film op de CaF2 prisma werd genomen als een voorbeeld9.</li>
	<li>Zoals weergegeven in Figuur 3, gebruik maken van de rechter-hoek prisma geometrie voor het detecteren van de sfg signalen gegenereerd uit de bodem phema film. De uitgangs intensiteit van de SFG in de weerkaatste modus wordt uitgedrukt als <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq1.jpg" style="opacity: 0.9;">1 waar <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq2.jpg" style="opacity: 0.9;"> de effectieve tweede-orde niet-lineaire gevoeligheids tensor wordt aangeduid. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq2.jpg" style="opacity: 0.9;">bestaat uit drie delen, namelijk de prisma/polymeer-interface, de polymeer/onderste medium interface (onderste medium omvat gas, vloeibaar of vast) en de niet-resonante achtergrond, zoals getoond in de volgende vergelijking. <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq3.jpg" style="opacity: 0.9;">2 Hier kan het onderste medium lucht, water of iets anders zijn. F staat voor de corresponderende Fresnel-coëfficiënt die verantwoordelijk is voor de lokale veld correctie.</li>
	<li>Pas een dun film model toe om de Fresnel-coëfficiënten in dit geval te berekenen. Hier worden slechts korte berekeningsprocedures gepresenteerd.<ol>
<li>Gebruik voor de prisma/polymeer-interface <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 De betekenis van elke getoonde parameter wordt hieronder weergegeven.<ol>
<li>
ωi duidt de stralings frequentie aan.</li>
			<li>
tp en ts duiden de totale transmissie coëfficiënten aan en kunnen worden uitgedrukt als <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 en tS12 duiden de lineaire transmissie coëfficiënten van de lichtstraal aan op de prisma/polymeer-interface.</li>
			<li>
rP23 en rS23 duiden de lineaire reflectie coëfficiënten van de lichtstraal aan op de polymeer/medium interface.</li>
			<li>
α vertegenwoordigt het faseverschil tussen een reflecterende straal en de secundaire reflecterende straal nadat deze zich over de polymeer dunne film voortverspreidt en vervolgens weer reflecteert, wat kan worden uitgedrukt als <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq9.jpg" style="opacity: 0.9;">8</li>
			<li>
λ staat voor de golflengte van de lichtstraal en d is de polymeer filmdikte.</li>
			<li>
Φ1 en φ2 vertegenwoordigen de incident hoeken bij de prisma/Polymer interface en de polymeer/medium interface respectievelijk.</li>
			<li>
n1 en n2 vertegenwoordigen respectievelijk de brekingsindices van de prisma en de polymeer film.</li>
			<li>
n12 vertegenwoordigt de brekingsindices van de polymeer-Interfaciale lagen voor het prisma/polymeer.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Voor de polymeer/medium interface gebruikt u <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 vertegenwoordigt het faseverschil van de lichte elektrische velden op twee interfaces.</li>
			<li>Omdat de pulsbreedte voor onze invoer balken ~ 20 PS is, kan de fout van de tijdvertraging die gepaard gaat met het dispersie-effect worden verwaarloosd.</li>
			<li>De uitdrukking van een dergelijk faseverschil voor de output SFG, de ingang zichtbaar en de input infraroodstralen kunnen afzonderlijk worden geschreven als <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>Uit de bovenstaande discussie, voor het prisma-polymeer film-medium (1-2-3) systeem, de totale Fresnel coëfficiënten voor de prisma/polymeer en polymeer/medium interfaces als de volgende vergelijkingen, voor SSP en PPP polarisatie combinaties . Natuurlijk worden beide interfaces beschouwd als azimutale isotropic.<ol>
<li>Voor de prisma/polymeer-interface worden de uitdrukkingen van de totale Fresnel-coëfficiënten voor zowel SSP -als PPP -polarisatie combinaties als volgt weergegeven.<ol>
<li>Voor SSPis de vergelijking <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq16.jpg">15</li>
			<li>En voor PPPis de vergelijking <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 en t01 duiden de lineaire transmissie coëfficiënten aan op respectievelijk de lucht/prisma-en prisma/lucht-interfaces.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Voor de polymeer/medium-interface worden de uitdrukkingen van de totale Fresnel-coëfficiënten voor zowel SSP -als PPP -polarisatie combinaties als volgt beschreven.<ol>
<li>Voor SSPis de vergelijking <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq21.jpg" style="opacity: 0.9;">20</li>
			<li>Voor PPPzijn de vergelijkingen <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>Na het berekenen van de Fresnel coëfficiënten met behulp van het ingeklemd model, plot ze als een functie van de filmdikte, zoals weergegeven in Figuur 4. Opmerking: in dit geval bestaat er een diktebereik voor het verzamelen van het SFG-signaal van de CaF2 Prism/phema-interface met verwaarte bare bijdrage van de andere interface, die rond 150 Nm. Evenzo kan een geschikte dikte worden gekozen voor de detectie van de PHEMA/bottom medium-interface met verwaarte bare bijdrage van de CaF2 Prism/phema-interface.</li>
</ol>3. CRonald sfg polarisatie combinatie
<ol><li>Voor de normale achirale interface, meestal, gebruik C∞ v symmetrie in termen van het ensemble gemiddelde33,34. Met de werking van inversie symmetrie kunnen de niet-nulzijnde tweede-orde niet-lineaire gevoeligheids componenten worden afgeleid, die cxxz-, cxzx, cZXX, cYYZ, cyzy, czyy en czzz zijn (de bestaande termen kunnen verder worden verlaagd als een isotrope interface wordt verondersteld, wat betekent dat x en y hetzelfde zijn). Voor de chirale interface zal de situatie echter verschillend zijn. De chirale interface bezit de C ∞-symmetrie, alleen de rotatie symmetrie bewerking is toegestaan. In dit geval, naast de normale achirale termen, zullen meer tweede-orde niet-lineaire susceptibiliteiten niet nul zijn, wat kan worden aangeduid als de chirale termen, namelijk cZYX, czxy en cyzx onder de behandeling van niet-elektronische Resonantie. Door gebruik te maken van PSP-, PPS -en spp -polarisatie combinaties, kan chirale sfg spectra worden verzameld33,34.</li>
</ol>4. monstervoorbereiding
<ol><li>Voorbereiding van de PHEMA film<ol>
<li>Los PHEMA Powder (Zie tabel met materialen) op in watervrij ethanol om de oplossing voor te bereiden met respectievelijk 2 gew.% en 4 gew.%.</li>
		<li>Vóór de afzetting van de PHEMA films, weken de CaF2 haakse prisma's in het tolueen oplosmiddel in de eerste plaats en was ze vervolgens met ethanol en ultrapuur water (18,2 MΩ · cm).</li>
		<li>Daarna, bloot de substraten (CaF2 rechter-hoek prisma's) aan zuurstof plasma om mogelijke organische verontreinigingen door plasma Cleaner verwijderen (Zie tabel van materialen).<ol>
<li>Zet eerst de plasma reiniger aan en zet de substraten erin.</li>
			<li>Schakel vervolgens de vacuümpomp in om de reiniger te vacuumiseren. Voer de zuurstof erin.</li>
			<li>Stel ten slotte 4 minuten in voor reiniging. Bewaar daarna de schone ondergronden voor de sequentiële PHEMA film voorbereiding.</li>
			<li>Bereid vervolgens de PHEMA films voor op de CaF2 prisma's door een spin-coater (Zie tabel met materialen). Pas de film diktes aan door de oplossings concentratie en de spin snelheid.<ol>
<li>Immobiliseer de CaF2 Prisma op de zuig schijf van spin-coater.</li>
				<li>Druppel één druppel van de PHEMA-oplossing die vóór 1 min op de schone ondergronden werd bereid bij 1.500 rpm (filmdikte 2 gew.% voor 100 nm en 4 gew. voor 200 nm).</li>
			</ol>
</li>
			<li>Alle geprepareerde PHEMA films in een vacuüm oven bij 80 °C overnachten.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>Bereiding van zijde aan (SF) Opmerking: het protocol dat werd voorgesteld door Kaplan et al.35 werd aangenomen.<ol>
<li>Plaats 7,5 g zijde cocoonen van B. Mori in het kokend natriumcarbonaat (na2co3, 0,02 M) waterige oplossing (3 L) gedurende 30 min. Verwijder de vezelhoudende SF naar een schone container.</li>
		<li>Was de verkregen vezelige SF met gedeïoniseerd water driemaal onder roeren om de sericin-moleculen te verwijderen en alleen de SF-moleculen in het vezelige monster te laten.</li>
		<li>Droog het vezelachtige SF-monster in een vacuüm oven bij 60 °C 's nachts.</li>
		<li>Daarna, los het ontgomde vezel SF-monster op in een lithiumbromide (LiBr, 9,3 M) waterige oplossing (1 g van SF werd opgelost in ~ 4 ml libr-oplossing) en incuberen het bij 60 °c gedurende 2 uur onder roeren.</li>
		<li>Dialyze de SF-oplossing tegen gedeïoniseerd water (3.500 da dialyse zakjes) gedurende 3 dagen om de opgeloste LiBr te verwijderen. Verander nieuw gedeïoniseerd water drie keer per dag. Bewaar tenslotte de verwerkte SF-oplossing bij 4 °C voor latere SFG-experimenten.</li>
	</ol></li>
	<li>Voorbereiding van korte-keten oligonucleotide duplex<ol>
<li>Bestel het enkelvoudig-gestrande oligonucleotide monster met zijn 3 '-end gemodificeerd door cholesterol-triethyleen glycol (Chol-TEG) (5 '-GCTTCCGAAGGTCGA-3 ') van een commercieel bedrijf (Zie tabel van de materialen) en de complementaire één. Los voor elke enkele streng 10 nmol van het monster poeder op in 0,5 ml ultrapuur water. Meng ze vervolgens samen om de duplex-oligonucleotide-oplossing (10 nmol/mL) te vormen.</li>
		<li>Meng 2 mg 1,2-Dipalmitoyl-SN-glycero-3-fosfocholine (DPPC) en 2 mg HDO DPPC (d-DPPC) en los ze op in 1 ml chloroform om de lipide-oplossing te bereiden.</li>
		<li>Bereiding van de DPPC & d-DPPC monolaag door een Langmuir − Blodgett (lb) trog<ol>
<li>Bevestig de rechter-hoek CaF2 Prisma aan een zelfgemaakte monsterhouder met een prisma gezicht loodrecht ondergedompeld in de waterige omgeving van de LB trog.</li>
			<li>Injecteer daarna de gemengde lipide-oplossing die eerder op het wateroppervlak is bereid, totdat de oppervlaktedruk een bepaalde waarde heeft bereikt onder 34 mN · m− 1.</li>
			<li>Na de oppervlaktedruk niveaus uit, gebruik twee Teflon barrières om de lipide monolaag te comprimeren in een verhouding van 5 mm/min tot een oppervlaktedruk van 34 MN · m− 1 werd bereikt.</li>
			<li>Til het prisma met een lipide monolaag uit het water met een snelheid van 1 mm/min verticaal.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Bereiding van de andere lipide monolaag<ol>
<li>Om de assemblage van het duplex oligonucleotide en de lipide moleculen via de hydrofobe interactie (cholesterol en een lipide-alkyl keten) te vergemakkelijken, meng u de duplex-oligonucleotide-oplossing met de lipide-oplossing in een molaire verhouding van 1:100 (oligonucleotide tot lipide).</li>
			<li>Injecteer de gemengde lipide-en duplex-oligonucleotide-oplossing op het wateroppervlak in een zelfgemaakte Teflon-container tot een oppervlaktedruk van 34 mN · m− 1 werd bereikt.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Ten slotte, zet de lipide monolaag aan de onderkant van het prisma in contact met de lipide monolaag met geplaatste duplex oligonucleotiden op het wateroppervlak om het uiteindelijke monster voor de sfg-meting te vormen.</li>
	</ol></li>
	<li>Lorentz-vergelijking<ol>
<li>Gebruik de Lorentz-vergelijking om de SFG-Spectra aan te passen om de trillinggegevens voor een specifieke trilmodus te extraheren. <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq26.jpg" style="opacity: 0.9;">25 waar <img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq27.jpg"> staat voor de intensiteit van de QTH vibratie mode <img alt="Equation 28" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq28.jpg"> , vertegenwoordigt de resonante frequentie <img alt="Equation 29" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq29.jpg"> , geeft de halve breedte op halve maximum (hwhm) <img alt="Equation 30" src="/files/ftp_upload/59380/59380eq30.jpg"> en vertegenwoordigt de scanfrequentie van de incident IR Beam.</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>

We hebben niets te onthullen.

Om de structurele informatie op moleculair niveau te onderzoeken, heeft sfg zijn inherente voordelen (d.w.z. monolaag-of submonolayer-gevoeligheid en Interfaciale selectiviteit), die kunnen worden toegepast om verschillende interfaces te bestuderen, zoals de vaste/vaste, vaste/ vloeistof, vaste/gas, vloeistof/gas, vloeistof/vloeibare interfaces. Hoewel het onderhoud van de apparatuur en de optische uitlijning nog steeds tijdrovend zijn, is de uitbetaling belangrijk omdat de gedetailleerde moleculaire informatie op de opp...

Ontwikkeling van de som frequentie generatie (sfg) Vibrationele spectroscopie kan worden gedateerd terug naar het werk van Shen et al. dertig jaar geleden1,2. De uniciteit van de Interfaciale selectiviteit en sub-monolayer gevoeligheid maakt sfg Vibratie spectroscopie gewaardeerd door een groot aantal onderzoekers op het gebied van fysica, chemie, biologie, en materiaalkunde, etc3,4 ,5. Momenteel wordt een breed scala aan wetenschappelijke vraagstukken met betrekking tot oppervlakken en interfaces onderzocht met behulp van SFG, met name voor complexe interfaces met betrekking tot polymeren en biomacromoleculen, zoals de ketting structuren en structurele ontspanning in de begraven polymeer interfaces, de eiwit secundaire structuren, en de Interfaciale water structuren9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
Voor polymeer oppervlakken en interfaces worden dun-film samples over het algemeen bereid door een spin coating om de gewenste oppervlakken of interfaces te verkrijgen. Het probleem ontstaat door de signaalstoring van de twee interfaces van de as-prepared films, wat leidt tot ongemak voor het analyseren van de verzamelde sfg Spectra27,28,29. In de meeste gevallen is het trillationeel signaal alleen van een enkele interface, hetzij film/substraat of film/het andere medium, wenselijk. Eigenlijk is de oplossing voor dit probleemvrij eenvoudig, namelijk om de licht velden op de wenselijke interface te maximaliseren en de licht velden op de andere interface te minimaliseren. Vandaar dat de Fresnel-coëfficiënten of de lokale veld coëfficiënten moeten worden berekend via het dunne film model en moeten worden gevalideerd met betrekking tot de experimentele resultaten3,9,10,11, 12,13,14,15,30.
Met de bovenstaande achtergrond in het achterhoofd, kunnen sommige polymeer-en biologische interfaces worden onderzocht om de fundamentele wetenschap van het moleculaire niveau te begrijpen. In het volgende, het nemen van drie interfaciaal problemen als voorbeelden: indringende poly (2-hydroxyethyl methacrylaat) (phema) oppervlak en begraven interface met substraat9, vorming van zijde aan (SF) secundaire structuren op het polystyreen (PS) oppervlak en water structuren omringende model korte-keten oligonucleotide duplex16,21, we zullen laten zien hoe de sfg Vibrationele spectroscopie helpt om de interfaciaal moleculaire structuren te onthullen in verband met de onderliggende wetenschap.

<table><tbody><tr><td>1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-fosfocholine (DPPC)&nbsp;</td><td>Avanti Polar Lipids, Inc.</td><td>850355P-1g</td><td></td></tr><tr><td>Watervrij ethanol</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>100092680</td><td>&ge;99.7%</td></tr><tr><td>CaF2 prisma</td><td>Chengdu YaSi Optoelectronics Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Calciumchloride watervrij</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>10005817</td><td>&ge;96.0%</td></tr><tr><td>Gedeutereerd DPPC (d-DPPC)</td><td>Avanti Polar Lipids, Inc.</td><td>860345P-100mg</td><td></td></tr><tr><td>Elektromagnetische oven</td><td>Zhejiang Supor Co., Ltd</td><td>C21-SDHCB37</td><td></td></tr><tr><td>Langmuir-Blodgett (LB) trog</td><td>KSV NIMA Co., Ltd.</td><td>KN 2003</td><td></td></tr><tr><td>Watervrij lithiumbromide</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>20056926</td><td></td></tr><tr><td>Milli-Q-synthesesysteem</td><td>Millipore</td><td></td><td>Ultrapuur water</td></tr><tr><td>Plasma-reiniger</td><td>Chengdu Mingheng Science&amp;Technology Co., Ltd</td><td>PDC-MG</td><td>Zuurstofplasma-reiniging</td></tr><tr><td>Poly(2-hydroxyethylmethacrylaat) (PHEMA)</td><td>Sigma-Aldrich Co., LLC.</td><td>192066 MSDS</td><td>Mw = 300 000</td></tr><tr><td>Polystyreen</td><td>Sigma-Aldrich Co., LLC.</td><td>330345 MSDS</td><td>Mw = 48 kDa en Mn = 47 kDa</td></tr><tr><td>Zijderupscocons</td><td></td><td></td><td>Van Bombyx mori</td></tr><tr><td>Enkel complementair streepje oligonucleotide</td><td>Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd.</td><td>H03596</td><td>5'-CGAAGGCTTCCAGCT-3'</td></tr><tr><td>Enkelstrengs oligonucleotide</td><td>Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd.</td><td>H04936</td><td>&nbsp;3&cent;-eind gemodificeerd met cholesterol-triethyleenglycol(Chol-TEG) (5&cent;-GCTTCCGAAGGTCGA-3&cent;)</td></tr><tr><td>Watervrij natriumcarbonaat</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>10019260</td><td>&ge;99.8%</td></tr><tr><td>Spin-coater</td><td>Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences</td><td>KW-4A</td><td>Voor de voorbereiding van polymeerfilms&nbsp;</td></tr><tr><td>Step-profiler</td><td>Veeco</td><td>DEKTAK 150</td><td>Voor de meting van de dikte van films</td></tr><tr><td>Sum frequency generation (SFG) vibratiespectroscopiesysteem</td><td>EKSPLA</td><td></td><td>Een commercieel picoseconde SFG-systeem</td></tr></tbody></table>

interfaciale moleculaire-niveau structuren van polymeren en biomacromoleculen onthuld via sum frequentie generatie vibrationele spectroscopie

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

Als een tweede-orde niet-lineaire optische spectroscopie, is Sum Frequency Generation (SFG) Vibrationele spectroscopie op grote schaal gebruikt bij het onderzoeken van verschillende oppervlakken en interfaces. Deze niet-invasieve optische techniek kan de lokale informatie op moleculair niveau bieden met monolaag of submonolayer gevoeligheid. We bieden hier een experimentele methodologie voor het selectief detecteren van de begraven interface voor zowel macromoleculen als biomacromoleculen. Met dit in gedachten, worden interfaciaal secundaire structuren van zijde aan en water structuren rond model korte-keten oligonucleotide duplex besproken. De eerste toont een keten overlapping of ruimtelijke opsluiting effect en de laatste toont een bescherming functie tegen de CA2 + ionen die voortvloeien uit de chirale wervelkolom bovenbouw van water.

In de Fresnel coëfficiënt deel van protocol sectie, we hebben aangetoond dat, theoretisch, het haalbaar is om selectief te detecteren slechts één enkele interface in één keer. Hier, experimenteel, hebben we bevestigd dat deze methodologie in principe correct is, zoals weergegeven in Figuur 5 en Figuur 6.
Figuur 5 toont de begraven INTERFACIALE phema structuur na water inbraak met een ~ 150 Nm phema hydrog...

Wordt uitgebreid gebruikt, Sum Frequency Generation (sfg) Vibrationele spectroscopie kan helpen om te onthullen keten conformationele order en secundaire structurele verandering gebeurt op polymeer en biomacromolecule interfaces.

Interfaciale moleculaire-niveau structuren van polymeren en biomacromoleculen onthuld via Sum frequentie generatie Vibrationele spectroscopie

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

Sum frequentie generatie trillingsspectra zijn uitgerust om interfaces met interfaciale selectiviteit te onderzoeken. De Fresnel-coëfficiëntenmethode kan echter helpen om het interferentie-effect op te lossen wanneer er een andere interface bestaat. Het belangrijkste voordeel van SFG is de interfaciale selectiviteit en submonolayer gevoeligheid.Deze niet-invasieve optische techniek is geschikt voor het investeren van verschillende interfaces, zoals vaste-vloeistof, vast-vast, vloeibaar-vloeistof, vast-gas, en vloeistof-gas interfaces. We raden aan dat beginners veel praktijk krijgen met het SFG-systeem met de hulp van experts in optica en de SFG. Er zijn geen snelkoppelingen.SFG is over het algemeen niet erkend als krachtige techniek, dus we willen meer publiek belangstelling te trekken en meer onderzoekers aan te moedigen om deze techniek toe te passen. Om te beginnen, bereiden ongeveer vijf freeilters van een twee of 4% in gewicht oplossing van poly-2-hydroxyethyl methacrylaat of PHEMA in watervrije ethanol. Bewaar de oplossing drie dagen voor gebruik in het lab.Vervolgens weken vier IR-grade calciumfluoride rechte schuine prisma in analytische kwaliteit watervrije tolueen voor ten minste 12 uur. Dompel vervolgens de prisma's onder in 30 millilters ethanol en veeg de oppervlakken af met ontvetterend katoen gedurende ongeveer 10 minuten. Spoel het prisma twee minuten af met ultrazuiver water en droog ze met stikstofgas.Plaats vervolgens de prisma's in een zuurstofplasmareiniger en evacueer de kamer. Behandel de prisma's met zuurstofplasma gedurende vier minuten en bewaar ze in de kamer totdat ze worden gebruikt. Filmvoorbereiding moet plaatsvinden binnen een uur na de plasmabehandeling.Om de barrière-interface selectief op te sporen, is het in deze studie van groot belang om de juiste filmdikte te kiezen op basis van het berekende resultaat van het Fresnal-coëfficiëntmodel. Wanneer u klaar bent om de PHEMA-folies voor te bereiden, bevestigt u een schoon prisma in een prismahouder op een spincoater en breng u één druppel van de oplossing van PHEMA in ethanol aan op het prisma. Voer de spincoater op 1, 500 RPM gedurende een minuut om de PHEMA-film voor te bereiden.Coat extra plasma behandeld prisma's met PHEMA op dezelfde manier. Anneal de films in een vacuüm oven ingesteld op 80 graden Celsius voor ten minste 10 uur. Om het experiment uit te voeren plaats de PHEMA gecoate gezicht van het prisma in gedeïmiseerd water.Wacht 10 tot 20 minuten en evalueer vervolgens de interfaciale PHEMA-structuur op de water- en prisma-interfaces met enige frequentiegeneratiespectroscopie. Tijdens het gebruik van het FGS-systeem laat de lichtbundel niet direct in uw ogen komen. Om te beginnen met de voorbereiding van de zijde fibroin oplossing warmte drie liter 0,02 molaire waterige natriumcarbonaat aan het koken.Kook 7,5 gram Bombyx mori zijde cocons in deze oplossing terwijl roeren gedurende 30 minuten. Breng de vezelige materie naar een schone container en roer het in twee tot drie liter gedeïoniseerd water gedurende acht tot 10 minuten drie keer af te wassen van de ongewenste sericine moleculen. Droog de vezelige materie in een vacuümoven op 60 graden Celsius gedurende ten minste 15 uur.Los vervolgens een gram droge, ontgemeen zijdefibroine op in vier millilters van 9,3 molaire lithiumbromide. Roer de oplossing op 60 graden Celsius gedurende twee uur. Plaats vervolgens de zijdefibroinoplossing in een 3,500 Dalton dialysezak.Dialyze de oplossing tegen een liter gedeïmiseerd water gedurende drie dagen, het veranderen van het water drie keer per dag. Zodra de dialyse is voltooid, bewaar de zijdefibroinoplossing op vier graden Celsius. Gebruik vervolgens de eerder beschreven methoden om een calciumfluoride prisma schoon te maken en het te coaten met een dunne polystyreenfilm van een 3,5% in gewicht polystyreenoplossing.Plaats het met polystyreen gecoate prisma in contact met de zijdefibroineoplossing en onderzoek de polystyreenragragfibroineinterface met SFG-spectroscopie. Los om te beginnen met de voorbereiding van de oligonucleotide duplex, los 10 nanomol van de juiste enkelstrengs oligonucleotide op in 0,5 millilters ultrazuiver water. Doe hetzelfde voor de gratis oligonucleotide.Combineer de oplossingen om een 10 nanomol per milliliter duplex oligonucleotide oplossing te verkrijgen. Combineer vervolgens twee milligram DPPC, twee milligram deuterated DPPC en een milliliter chloroform om de lipideoplossing te verkrijgen. Vervolgens, schoon en plasma behandelen van een calciumfluoride prisma zoals eerder beschreven.Bevestig dit prisma aan de monstergreep van een Langmuir-Blodgett trog. Vul de trog met gedeïmiseerd water en laat een gezicht van het prisma in de trog met een millimeter per minuut. Injecteer verschillende microliters van de lipideoplossing op het wateroppervlak en wacht tot de oppervlaktedruk stabiliseert met ongeveer 12 millinewton per meter.Dan beginnen met het comprimeren van de lipide monolayer op vijf millimeter per minuut. Wanneer de oppervlaktedruk bereikt 34 millinewton per meter lift het prisma uit de trog op een millimeter per minuut. Bereid vervolgens 500 microliter van een mengsel van de duplex oligonucleotide-oplossing en de lipideoplossing in een verhouding van één tot 100 molar.Vervang vervolgens de Langmuir-Blodgett-trog door een cilindrische polytetrafluorethyleencontainer gevuld met gedeïoniseerd water. Injecteer het oligonucleotide lipidemengsel op het water tot de oppervlaktedruk 34 millinewton per meter bereikt. Zet de lipide monolayer gecoate gezicht van het prisma in contact met de lipide oligonucleotide mengsel om het uiteindelijke monster te vormen.Evalueer de chirale en achirale watertrilsignalen met FSG-spectroscopie. In dit eerste voorbeeld vertoonde de interface tussen PHEMA hydrogels en het calciumfluoride prisma duidelijke scherpe pieken in het SFG-spectrum. Dit werd toegeschreven aan de gladde interface tussen calciumfluoride en de hydrogel.De interface tussen de hydrogel en het omringende water had bredere, minder intense eigenschappen omdat watermoleculen zich in het grootste deel van de hydrogel konden verspreiden. Hier toen de zijdefibroineconcentratie boven de kritische overlappende concentratie lag, werden er chirale secundaire structuren gedetecteerd op de oplossingsplystyreeninterface, tenzij methanol als inducerende agent werd toegevoegd. Onder de kritische overlappende concentratie werden chirale SFG-signalen gedetecteerd, zelfs zonder methanol toe te voegen, wat aangeeft dat geordende secundaire structuren zich niet ondersteunden bij de oplossingspolystyreeninterface.In de duplex oligonucleotide verankerde lipide bilayer monster variërend van de calcium-ionconcentratie had geen significant effect op de chirale water signaal dat voornamelijk overeenkomt met de hydratatie later van de chirale wervelkolom in de kleine groef. Daarentegen, de calciumconcentratie sterk uitgevoerd de achirale water signalen die voornamelijk overeenkomen met de waterlaag rond de duplex keten en de bilayer. Al met al suggereerde dit dat de chirale wervelkolom van de waterlaag de oligonucleotide kon beschermen tegen calciumionen.Het berekenen van de Fresnel-coëfficiënt en het kiezen van een geschikte filmdikte kunnen interferentieproblemen oplossen. Als multi-reflectie en breking worden beschouwd als de juiste elektrische veldverdeling bij de interfaces kan worden aangepast. Er zijn alternatieve methoden die kunnen worden gebruikt om dunne films met de gewenste diktes te bereiden, zoals stap-coating en de chemische damp afzetting.Het detecteren van het oppervlak en interfaciale structuren met betrekking tot hechting, wijting, wrijving en andere eigenschappen kan onderzoekers helpen de onderliggende mechanismen te begrijpen en nieuwe functionele materialen te ontwikkelen. Deze methode kan ook worden toegepast op andere systemen waar verschillende interfaces moeten worden onderzocht. Het medium dat u wenst dat de lichtstralen zich voortplanten, moet echter transparant zijn.

interfacial-molecular-level-structures-polymers-biomacromolecules

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Biochemie

Cellulosomen zijn multi-enzymcomplexen die zijn ontworpen voor het verteren van cellulose. AFM-gebaseerde SMFS werd gebruikt om de mechanische eigenschappen en vouwconfiguratie van cellulosome-geassocieerde eiwitassemblages te bestuderen. We presenteren een complete workflow voor eiwit-immobilisatie, dataverzameling en data-analyse om de interacties van individuele receptor-ligandcomplexen te bestuderen die betrokken zijn bij cellulosome-assemblage.

Onderzoeken Receptor-ligand systemen van de Cellulosome met AFM-gebaseerde Single-molecule Force Spectroscopie

Hier presenteren we een protocol om de kracht van de interacties tussen een goed gedefinieerde anorganische oppervlak en ofwel peptiden of aminozuren door single-molecule force spectroscopy metingen te meten met behulp van een atomic force microscope (AFM). De resultaten van de meting informatie is belangrijk voor een beter begrip van het peptide-anorganisch materiaal interfase.

Inzicht in de interacties van aminozuren en peptiden met anorganische materialen met behulp van enkel-molecuul Force Spectroscopie

We beschrijven de gedetailleerde procedures en de strategieën voor het meten van de mechanische eigenschappen en mechanische ontvouwen trajecten van één eiwitmolecules met behulp van een atomic force microscope. We tonen ook representatieve resultaten als een referentie voor selectie en motivering van goed één eiwit molecuul opnames.

Kracht spectroscopie van één eiwitmolecules met behulp van een Atomic Force Microscope

Hier presenteren we een protocol voor het onderzoek naar de structuur en de dynamiek van Interfaciale water op de atoomschaal, in termen van submolecular resolutie beeldvorming, moleculaire manipulatie en enkele-binding Vibrationele spectroscopie.

Sonderen de structuur en de dynamiek van Interfaciale Water met Scanning Tunneling microscopie en spectroscopie

Dit protocol beschrijft de covalente immobilisatie van eiwitten met een heterobifunctional silane koppelmiddel op siliciumoxide oppervlakken ontworpen voor de atomaire kracht microscopie gebaseerd enkel molecuul kracht spectroscopie die wordt geïllustreerd door de interactie van RrgA (pilus-1 tip antistoffen van S. pneumoniae) met fibronectine.

Covalente immobilisatie van eiwitten voor de enkel molecuul Force spectroscopie

Covalente gehechtheid van sondemoleculen aan atoomkrachtmicroscopie (AFM) cantilever tips is een essentiële techniek voor het onderzoek van hun fysieke eigenschappen. Dit stelt ons in staat om de rekkracht, desorptiekracht en lengte van polymeren te bepalen via AFM-gebaseerde single molecule force spectroscopie met een hoge reproduceerbaarheid.

Covalent Attachment of Single Molecules for AFM-based Force Spectroscopy

Dit protocol beschrijft de toepassing van atoomkrachtmicroscopie en infraroodspectroscopie op nanoschaal om de prestaties van fotothermische infraroodspectroscopie op nanoschaal te evalueren bij de karakterisering van driedimensionale multipolymere monsters.

Vooruitgang in infraroodspectroscopie op nanoschaal om meerfasige polymere systemen te onderzoeken

Er werd een multimodaal, snel hyperspectraal beeldvormingsraamwerk ontwikkeld om breedband vibrationele somfrequentiegeneratie (VSFG)-beelden te verkrijgen, samen met helderveld-, tweede harmonische generatie (SHG)-beeldvormingsmodaliteiten. Omdat de infraroodfrequentie resoneert met moleculaire trillingen, wordt microscopische structurele en mesoscopische morfologische kennis onthuld van symmetrie-toegestane monsters.

Multimodale niet-lineaire hyperspectrale chemische beeldvorming met behulp van lijnscanning Vibrationele somfrequentiegeneratiemicroscopie

Hier presenteren we het protocol om de lokale flexibiliteit en dynamiek van biomoleculen te bestuderen met behulp van tijdopgeloste fluorescentie-anisotropie op het niveau van één molecuul in confocale microscopiemodus.

Tijdopgeloste fluorescentie-anisotropie van afzonderlijke moleculen voor het karakteriseren van lokale flexibiliteit in biomoleculen

Dit protocol biedt gedetailleerde instructies en voorbeelden voor monstervoorbereiding, gegevensverzameling en gegevensanalyse om synthetische polymeren met verschillende dispersiteit en eindgroepen te karakteriseren met behulp van matrix-geassisteerde laserdesorptie/ionisatie time-of-flight massaspectrometrie.

MALDI-ToF MS-methode voor de karakterisering van synthetische polymeren met variërende dispersiteit en eindgroepen

Ontdek hoe SFG-vibratiespectroscopie interfaciale moleculaire structuren van polymeren en biomacromoleculen onthult. Deze niet-invasieve optische techniek biedt submonolaaggevoeligheid voor diverse grensvlakken.

Interfaciale moleculaire-niveau structuren van polymeren en biomacromoleculen onthuld via Sum frequentie generatie Vibrationele spectroscopie (Video) | JoVE Journal

Interfaciale moleculaire-niveau structuren van polymeren en biomacromoleculen onthuld via Sum frequentie generatie Vibrationele spectroscopie

Meer video's verkennen