Międzyfazowe struktury molekularne polimerów i biomakrocząsteczek ujawnione za pomocą spektroskopii oscylacyjnej generacji częstotliwości sumarycznej

Widma drgań generujące sumę częstotliwości są przystosowane do badania interfejsów z selektywnością międzyfazową. Jednak metoda współczynnika Fresnela może pomóc w rozwiązaniu efektu interferencji, gdy istnieje inny interfejs. Główną zaletą SFG jest selektywność międzyfazowa i czułość submonowarstwowa.

Ta nieinwazyjna technika optyczna nadaje się do inwestowania w różne interfejsy, takie jak interfejsy ciało stałe-ciecz, ciało stałe-ciało stałe, ciecz-ciecz, ciało stałe-gaz i ciecz-gaz. Sugerujemy, aby początkujący nabrali wprawy w obsłudze systemu SFG z pomocą ekspertów w dziedzinie optyki i SFG. Nie ma drogi na skróty.

SFG nie jest powszechnie uznawana za potężną technikę, dlatego chcielibyśmy przyciągnąć większe zainteresowanie publiczności i zachęcić więcej badaczy do stosowania tej techniki. Na początek przygotuj około pięciu mililitrów dwu- lub 4% wagowo roztworu metakrylanu poli-2-hydroksyetylu lub PHEMA w bezwodnym etanolu. Roztwór należy przechowywać w laboratorium na trzy dni przed użyciem.

Następnie namocz cztery pryzmaty z fluorku wapnia klasy IR pod kątem prostym w bezwodnym toluenie klasy analitycznej przez co najmniej 12 godzin. Następnie zanurz pryzmaty w 30 mililitrach etanolu i przetrzyj powierzchnie odtłuszczającą bawełną na około 10 minut. Opłucz pryzmat ultra czystą wodą przez dwie minuty i osusz je gazowym azotem.

Następnie umieść pryzmaty w tlenowym urządzeniu do czyszczenia plazmą i opróżnij komorę. Traktuj pryzmaty plazmą tlenową przez cztery minuty i trzymaj je w komorze, dopóki nie zostaną użyte. Przygotowanie filmu powinno nastąpić w ciągu jednej godziny od zabiegu plazmowego.

W tym badaniu, aby selektywnie wykryć granicę faz bariery, bardzo ważne jest dobranie odpowiedniej grubości folii zgodnie z obliczonym wynikiem modelu współczynnika Fresnala. Gdy będziesz gotowy do przygotowania folii PHEMA, zamocuj czysty pryzmat w uchwycie pryzmatycznym na powlekarce wirowej i nałóż jedną kroplę roztworu PHEMA w etanolu na pryzmat. Uruchomić powlekarkę wirową z prędkością 1 500 obr./min na jedną minutę, aby przygotować folię PHEMA.

W ten sam sposób pokryj dodatkowe pryzmaty poddane obróbce plazmowej PHEMA. Folie wyżarzać w piecu próżniowym ustawionym na 80 stopni Celsjusza przez co najmniej 10 godzin. Aby przeprowadzić eksperyment, umieść pokrytą PHEMA powierzchnię pryzmatu w wodzie dejonizowanej.

Odczekaj od 10 do 20 minut, a następnie oceń międzyfazową strukturę PHEMA na granicy faz wody i pryzmatu za pomocą spektroskopii generowania częstotliwości. Podczas obsługi systemu FGS nie pozwól, aby wiązka światła dostała się bezpośrednio do oczu. Aby rozpocząć przygotowywanie roztworu fibroiny jedwabiu, podgrzej trzy litry 0,02-molowego wodnego węglanu sodu do wrzenia.

Zagotuj 7,5 grama jedwabnych kokonów Bombyx mori w tym roztworze, mieszając przez 30 minut. Przenieś włóknistą materię do czystego pojemnika i mieszaj ją w dwóch do trzech litrach dejonizowanej wody przez osiem do 10 minut trzy razy, aby zmyć niechciane cząsteczki serycyny. Suszyć materię włóknistą w piecu próżniowym w temperaturze 60 stopni Celsjusza przez co najmniej 15 godzin.

Następnie rozpuść jeden gram suchej, odśluzowanej fibroiny jedwabiu w czterech mililterach 9,3-molowego wodnego bromku litu. Mieszaj roztwór w temperaturze 60 stopni Celsjusza przez dwie godziny. Następnie umieść roztwór fibroiny jedwabiu w torbie do dializy o mocy 3 500 daltonów.

Dializuj roztwór w jednym litrze wody dejonizowanej przez trzy dni, zmieniając wodę trzy razy dziennie. Po zakończeniu dializy należy przechowywać roztwór fibroiny jedwabiu w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Następnie za pomocą opisanych wcześniej metod wyczyść pryzmat fluorku wapnia i pokryj go cienką folią polistyrenową z 3,5% wagowo roztworu polistyrenu.

Umieść pryzmat pokryty polistyrenem w kontakcie z roztworem fibroiny jedwabiu i zbadaj granicę faz fibroiny z jedwabiu polistyrenowego za pomocą spektroskopii SFG. Aby rozpocząć przygotowanie dupleksu oligonukleotydowego, rozpuść 10 nanomoli odpowiedniego jednoniciowego oligonukleotydu w 0,5 mililitra ultraczystej wody. Zrób to samo dla komplementarnego oligonukleotydu.

Połącz roztwory, aby uzyskać 10 nanomoli na mililitr dupleksowego roztworu oligonukleotydowego. Następnie połącz dwa miligramy DPPC, dwa miligramy deuterowanego DPPC i jeden mililitr chloroformu, aby uzyskać roztwór lipidowy. Następnie oczyść i osocz potraktuj pryzmat fluorku wapnia, jak opisano wcześniej.

Przymocuj ten pryzmat do ładowni próbki w korycie Langmuira-Blodgetta. Napełnij koryto wodą dejonizowaną i opuść jedną powierzchnię pryzmatu do koryta z prędkością jednego milimetra na minutę. Wstrzyknij kilka mikrolitrów roztworu lipidów na powierzchnię wody i poczekaj, aż ciśnienie powierzchniowe ustabilizuje się na poziomie około 12 miliniutonów na metr.

Następnie zacznij ściskać monowarstwę lipidową z prędkością pięciu milimetrów na minutę. Gdy ciśnienie powierzchniowe osiągnie 34 miliniutony na metr, podnieś pryzmat z koryta z prędkością jednego milimetra na minutę. Następnie przygotuj 500 mikrolitrów mieszaniny dupleksowego roztworu oligonukleotydu i roztworu lipidów w stosunku jeden do 100 molowych.

Następnie zastąp koryto Langmuir-Blodgett cylindrycznym pojemnikiem z politetrafluoroetylenu wypełnionym wodą dejonizowaną. Wstrzyknąć mieszaninę lipidów oligonukleotydowych do wody, aż ciśnienie powierzchniowe osiągnie 34 miliniutony na metr. Umieść pokrytą monowarstwą lipidową powierzchnię pryzmatu w kontakcie z mieszaniną oligonukleotydów lipidowych, aby utworzyć próbkę końcową.

Oceń chiralne i achiralne sygnały wibracyjne wody za pomocą spektroskopii FSG. W tym pierwszym przykładzie granica faz między hydrożelami PHEMA a pryzmatem fluorku wapnia wykazała wyraźne ostre piki w widmie SFG. Przypisano to gładkiemu interfejsowi między fluorkiem wapnia a hydrożelem.

Granica między hydrożelem a otaczającą go wodą miała szersze, mniej intensywne cechy, ponieważ cząsteczki wody mogły dyfundować do większości hydrożelu. Tutaj, gdy stężenie fibroiny jedwabiu było powyżej krytycznego stężenia nakładającego się, wykrywano chiralne struktury drugorzędowe na granicy faz roztworu polistyrenu, chyba że metanol został dodany jako środek indukujący. Poniżej krytycznego nakładającego się stężenia wykryto chiralne sygnały SFG nawet bez dodawania metanolu, co wskazuje, że uporządkowane struktury drugorzędowe tworzyły się bez pomocy na granicy faz roztworu polistyrenu.

W dwuwarstwowej próbce lipidowej zakotwiczonej w dupleksie oligonukleotydowym zmiana stężenia jonów wapnia nie miała istotnego wpływu na chiralny sygnał wodny, który przede wszystkim odpowiada późniejszemu uwodnieniu kręgosłupa chiralnego w mniejszym rowku. W przeciwieństwie do tego, stężenie wapnia silnie wpłynęło na achiralne sygnały wodne, które przede wszystkim odpowiadają warstwie wody otaczającej łańcuch dupleksowy i dwuwarstwę. Wszystko to sugerowało, że chiralny kręgosłup warstwy wody może chronić oligonukleotyd przed jonami wapnia.

Obliczenie współczynnika Fresnela i wybór odpowiedniej grubości warstwy może rozwiązać problemy z interferencją. Jeśli weźmie się pod uwagę wielokrotne odbicie i załamanie, można dostosować odpowiedni rozkład pola elektrycznego na interfejsach. Istnieją alternatywne metody, które można zastosować do przygotowania cienkich warstw o pożądanej grubości, takie jak powlekanie stopniowe i chemiczne osadzanie z fazy gazowej.

Wykrywanie struktur powierzchniowych i międzyfazowych związanych z adhezją, witlinekiem, tarciem i innymi właściwościami może pomóc naukowcom zrozumieć mechanizmy leżące u ich podstaw i opracować nowe materiały funkcjonalne. Metoda ta może być również stosowana w innych systemach, w których konieczne jest zbadanie różnych interfejsów. Jednak ośrodek, w którym mają się rozchodzić wiązki światła, musi być przezroczysty.