Wszechstronnie wykorzystywana, spektroskopia oscylacyjna generowania częstotliwości sumy (SFG) może pomóc w ujawnieniu kolejności konformacyjnej łańcucha i wtórnych zmian strukturalnych zachodzących na granicy faz polimerów i biomakromolekuł.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Międzyfazowe struktury molekularne polimerów i biomakrocząsteczek ujawnione za pomocą spektroskopii oscylacyjnej generacji częstotliwości sumarycznej
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Jako nieliniowa spektroskopia optyczna drugiego rzędu, spektroskopia oscylacyjna z generowaniem częstotliwości sumy (SFG) jest szeroko stosowana w badaniu różnych powierzchni i interfejsów. Ta nieinwazyjna technika optyczna może dostarczyć lokalnych informacji na poziomie molekularnym z czułością jednowarstwową lub submonowarstwową. Przedstawiamy tutaj eksperymentalną metodologię, w jaki sposób selektywnie wykrywać zakopany interfejs zarówno dla makrocząsteczek, jak i biomakrocząsteczek. Mając to na uwadze, omówiono międzyfazowe struktury drugorzędowe fibroiny jedwabiu oraz struktury wodne wokół modelowego dupleksu oligonukleotydowego o krótkich łańcuchach. Pierwszy z nich wykazuje nakładanie się łańcuch-łańcuch lub efekt przestrzennego uwięzienia, a drugi wykazuje funkcję ochronną przed jonamiCa2+ wynikającymi z chiralnej nadbudowy kręgosłupa wody.
Wprowadzenie
Rozwój spektroskopii oscylacyjnej z generowaniem częstotliwości sumy częstotliwości (SFG) można datować na prace wykonane przez Shen et al. trzydzieści lat temu1,2. Unikalność selektywności międzyfazowej i czułości submonowarstwowej sprawia, że spektroskopia oscylacyjna SFG jest doceniana przez dużą liczbę badaczy w dziedzinach fizyki, chemii, biologii, materiałoznawstwa itp3,4,5. Obecnie przy użyciu SFG badany jest szeroki zakres zagadnień naukowych związanych z powierzchniami i granicami faz, zwłaszcza w przypadku z....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Eksperyment SFG
- Należy użyć komercyjnego pikosekundowego systemu SFG (Tabela materiałów), który generuje wiązkę podstawową o długości fali 1064 nm, szerokości impulsu ~20 ps i częstotliwości 50 Hz, opartą na laserze Nd:YAG.
- Wiązkę podstawową 1064 nm należy przekształcić w wiązkę 532 nm oraz wiązkę 355 nm za pomocą modułów drugiej i trzeciej harmonicznej. Wiązkę 532 nm należy wprowadzić bezpośrednio jako wejściową wiązkę światła, a drugą wejściową wiązkę w średniej podczerwieni (IR), obejmującą zakres częstotliwości od 1000 do 4000 cm-1, wygenerować poprzez proces optycznego generowania parametryczne....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
W części sekcji protokołu dotyczącej współczynnika Fresnela pokazaliśmy, że teoretycznie możliwe jest selektywne wykrywanie tylko jednego pojedynczego interfejsu w danym czasie. Tutaj, drogą eksperymentalną, potwierdziliśmy, że ta metodologia jest w zasadzie poprawna, co przedstawiono na Rysunku 5 oraz Rysunku 6.
Rysunek 5 przedstawia strukturę zakopanej warstwy międzyfazowej PHEMA po penetracji wod.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Aby zbadać informacje strukturalne na poziomie molekularnym, SFG ma swoje nieodłączne zalety (tj. czułość jednowarstwową lub submonowarstwową i selektywność międzyfazową), które można zastosować do badania różnych granic faz, takich jak granice faz ciało stałe/ciało stałe, ciało stałe/ciecz, ciało stałe/gaz, ciecz/gaz, ciecz/ciecz. Chociaż konserwacja sprzętu i wyrównanie optyczne są nadal czasochłonne, korzyści są znaczące, ponieważ można uzyskać szczegółowe informacje na poziomie molekularnym na powierzchniach i interf.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Nie mamy nic do ujawnienia.
Podziękowania
To badanie było wspierane przez Państwowy Program Rozwoju Kluczowych Badań Podstawowych Chin (2017YFA0700500) oraz Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (21574020). Dużym uznaniem cieszyły się również Fundusze na Badania Podstawowe dla Uniwersytetów Centralnych, projekt finansowany przez Priorytetowy Program Akademicki Rozwoju Instytucji Szkolnictwa Wyższego Jiangsu (PAPD) oraz Narodowe Centrum Demonstracyjne Eksperymentalnej Edukacji Inżynierii Biomedycznej (Uniwersytet Południowo-Wschodni).
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1,2-dipalmitoilo-sn-glicero-3-fosfocholina (DPPC) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 850355P-1g | |
| Bezwodny etanol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 100092680 | ≥ 99,7% |
| pryzmat CaF2 | Chengdu YaSi Optoelectronics Co., Ltd. | ||
| Chlorek wapnia bezwodny | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10005817 | ≥ 96.0% |
| deuterowany DPPC (d-DPPC) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 860345P-100mg | |
| Piekarnik elektromagnetyczny | Zhejiang Supor Co., Ltd | C21-SDHCB37 | |
| Langmuir-Blodgett (LB) koryto | KSV NIMA Co., Ltd. | KN 2003 | |
| Bromek litu bezwodny | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 20056926 | |
| System syntezy Milli-Q | Millipore | Ultraczysta woda | |
| Środek do czyszczenia plazmy | Chengdu Mingheng Science& Technology Co., Ltd | PDC-MG | Czyszczenie plazmą tlenową |
| Poli(2-hydroksyetylometakrylan) (PHEMA) | Sigma-Aldrich Co., LLC. | 192066 MSDS | Mw = 300 000 |
| Polistyren | Sigma-Aldrich Co., LLC. | 330345 MSDS | Mw = 48 kDa i Mn = 47 kDa |
| Kokony | Z Bombyx mori | ||
| Pojedyncza komplementarna nić oligonukleotydu | Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd. | H03596 | 5'-CGAAGGCTTCCAGCT-3'Pojedyncza |
| nić oligonukleotydu | Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd. | H04936 | 3¢-koniec zmodyfikowany przez cholesterol-glikol trietylenowy (Chol-TEG) (5¢-GCTTCCGAAGGTCGA-3¢) |
| Węglan sodu bezwodny | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10019260 | ≥ 99.8% |
| Powlekarka spinowa | Instytut Mikroelektroniki Chińskiej Akademii Nauk | KW-4A | Do prezentacji folii ploymer |
| Profilomierz krokowy | Veeco | DEKTAK 150 | Do pomiaru grubości warstwy |
| System spektroskopii oscylacyjnej z generowaniem sumy częstotliwości (SFG) | EKSPLA | Komercyjny pikosekundowy system SFG |
Bibliografia
- Shen, Y. R. Optical Second Harmonic Generation at Interfaces. Annual Review of Physical Chemistry. 40, 327-350 (1989).
- Shen, Y. R. Surface properties probed by second-harmonic and sum-frequency generation. Nature. 337, 519-525 (1989).
- Lu, X....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
