JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يجري استخدامها بشكل شامل، مجموع توليد تردد (SFG) التحليل الطيفي الاهتزازي يمكن أن تساعد على الكشف عن سلسلة الترتيب المطابقة والتغيير الهيكلي الثانوي يحدث في البوليمر وواجهات جزيء الحيوي.

Abstract

كمطياف بصري غير خطي من الدرجة الثانية، تم استخدام التحليل الطيفي الاهتزازي لتوليد التردد (SFG) على نطاق واسع في التحقيق في مختلف الأسطح والواجهات. هذه التقنية البصرية غير الغازية يمكن أن توفر المعلومات المحلية على المستوى الجزيئي مع حساسية أحادية الطبقة أو دون طبقة أحادية. نحن هنا نقدم منهجية تجريبية حول كيفية الكشف بشكل انتقائي عن واجهة مدفونة لكل من الجزيئات الكبيرة والجزيئات الحيوية. مع أخذ هذا في الاعتبار، تتم مناقشة الهياكل الثانوية بين الوجهين من الليفية الحريرية وهياكل المياه حول نموذج قصير السلسلة oligonucleotide دوبلكس. الأول يظهر تداخل سلسلة سلسلة أو تأثير الحبس المكاني والثانية يظهر وظيفة الحماية ضد أيونات Ca2 + الناتجة عن البنية الفوقية للعمود الفقري الزقزقة من الماء.

Introduction

تطوير مجموع توليد تردد (SFG) مطيافية الاهتزاز يمكن أن يعود تاريخها إلى العمل الذي قام به شين وآخرون قبل ثلاثين عاما1،2. إن تفرد الانتقائية البينية وحساسية الطبقة دون أحادية اللون يجعل التحليل الطيفي الاهتزازي SFG يحظى بتقدير عدد كبير من الباحثين في مجالات الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا وعلوم المواد، الخ3و4 ،5. حاليا، يتم التحقيق في مجموعة واسعة من القضايا العلمية المتعلقة الأسطح والواجهات باستخدام SFG، وخاصة بالنسبة للواجهات المعقدة فيما يتعلق البوليمرات والجزيئات الحيوية، مثل هياكل السلسلة والاسترخاء الهيكلي في دفن واجهات البوليمر، والهياكل الثانوية البروتين، وهياكلالمياه بين الوجهين 9،10،11،12،13،14، 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24،25،26.

لأسطح البوليمر والواجهات، يتم إعداد عينات رقيقة من الافلام عموما عن طريق الطلاء تدور للحصول على الأسطح أو الواجهات المطلوبة. المشكلة تنشأ بسبب تداخل الإشارة من الواجهات اثنين من الأفلام كما أعدت، مما يؤدي إلى إزعاج لتحليل الأطياف SFG جمع27،28،29. في معظم الحالات، إشارة الاهتزاز فقط من واجهة واحدة، إما فيلم / الركيزة أو فيلم / وسيلة أخرى، هو مرغوب فيه. في الواقع، فإن حل هذه المشكلة من السهل جدا، وهي، لتحقيق أقصى قدر تجريبيا من حقول الضوء في واجهة مرغوب فيه وتقليل حقول الضوء في واجهة أخرى. وبالتالي، فإن معاملات فريسنل أو معاملات الحقل المحلي تحتاج إلى أن تحسب من خلال نموذجالافلام الرقيقة وللتحقق من صحتها فيما يتعلق بالنتائج التجريبية 3،9،10،11، 12،13،14،15،30.

ومع أخذ الخلفية المذكورة أعلاه في الاعتبار، يمكن التحقيق في بعض الواجهات البوليمرية والبيولوجية من أجل فهم العلوم الأساسية من المستوى الجزيئي. في ما يلي، مع أخذ ثلاث قضايا بين الوجهين على سبيل المثال: التحقيق بولي (2-هيدروكسي إيثيلميثاكريلات) (PHEMA) السطح وواجهة مدفونة مع الركيزة 9، وتشكيل الهياكل الثانوية الليفية الحرير (SF) على سطح البوليسترين (PS) و هياكل المياه المحيطة نموذج قصيرة السلسلة oligonucleotide دوبلكس16،21، وسوف نعرض كيف أن مطياف SFG الاهتزازي يساعد على الكشف عن هياكل المستوى الجزيئي بين الوجه فيما يتعلق بالعلوم الأساسية.

Protocol

1. SFG التجريبية

  1. استخدام نظام بييكونثانية SFG التجارية (جدولالمواد)،والذي يوفر شعاع 1064 نانومتر الأساسية مع عرض نبض من ~ 20 PS وتردد 50 هرتز، استنادا إلى ليزر Nd:YAG.
  2. تحويل الأساسية 1064 نانومتر شعاع في شعاع 532 نانومتر وشعاع 355 نانومتر باستخدام وحدات التوافقية الثانية والثالثة. توجيه شعاع 532 نانومتر مباشرة كشعاع ضوء الإدخال وتوليد المدخلات الأخرى منتصف الأشعة تحت الحمراء (IR) شعاع تغطي نطاق التردد من 1000 إلى 4000 سم-1 من خلال توليد البارامترية البصرية (OPG) / التضخيم البصري البارامتري (OPA)/ عملية توليد تردد الفرق (DFG).
  3. تعيين زوايا الحادث من اثنين من الحزم الإدخال لتكون 53 درجة (الأشعة تحت الحمراء) و 64 درجة (مرئية)، على التوالي، مقابل سطح عادي.
  4. للكشف عن هياكل البوليمر بين الوجه (إما واجهة الفيلم / الركيزة أو الفيلم / واجهة متوسطة أخرى)، واستخدام ssp (ق الاستقطاب شعاع تردد مجموع، ق الاستقطاب شعاع مرئي وP-الاستقطاب شعاع الأشعة تحت الحمراء) وتركيبات الاستقطاب PPP.
  5. للكشف عن الهياكل الثانوية البروتين بين الوجهين والهياكل المائية المحيطة الحمض النووي، إلى جانب Ssp وPPP، تم استخدام spp chiral وPSP تركيبات الاستقطاب.
  6. لضمان عدم تلف العينات، السيطرة على الأشعة تحت الحمراء وطاقات النبض المرئية لتكون ~ 70 و ~ 30 mJ، على التوالي. تم عرض مخطط لعملية SFG مع الرسم التخطيطي لمستوى الطاقة في الشكل 1. ويبين الشكل 2 نظام SFG في غرفتنا النظيفة.

2. معاملات فريسنل

  1. استخدم المنشور بالزاوية اليمنى كركائز لجميع التجارب التي تمت مناقشتها هنا. هناك اثنين من الواجهات لفيلم البوليمر على الركيزة الصلبة، أي سطح البوليمر في الهواء والبوليمر / واجهة الركيزة. كلاهما يمكن أن تولد إشارات SFG منذ يتم كسر التماثل انعكاس في كلا الواجهات. ولذلك، فإن طيف SFG الذي تم جمعه هو طيف متدخل. ومع ذلك، فإن معاملات الحقل المحلي أو معاملات Fresnel في الواجهات اثنين يمكن أن تكون قابلة للتعديل عن طريق تغيير زوايا الحادث أو سمك الفيلم واحد في وقت واحد أو في وقت واحد31،32. وهذا يوفر الفرصة لنا للتحقيق في إشارة الاهتزاز SFG من واجهة واحدة فقط. هنا، تم أخذ فيلم PHEMA على المنشور CaF2 كمثال9.
  2. كما هو موضح في الشكل3، استخدم هندسة المنشور الزاوية اليمنى للكشف عن إشارات SFG المتولدة من فيلم PHEMA السفلي. يتم التعبير عن كثافة الناتج SFG في وضع ينعكس كما
    figure-protocol-2419(1)
    حيث figure-protocol-2517 يشير إلى شد الحساسية غير الخطية الفعالة من الدرجة الثانية.
    figure-protocol-2667يتكون من ثلاثة أجزاء، وهي واجهة المنشور /البوليمر، والواجهة المتوسطة البوليمر/القاع (متوسط أسفل يشمل الغاز، السائل أو الصلبة.) والخلفية غير الرنانة، كما هو مبين في المعادلة التالية.
    figure-protocol-2939(2)
    هنا يمكن أن يكون متوسط أسفل الهواء والماء أو أي شيء آخر. يمثل F معامل فريسنل المقابل المسؤول عن تصحيح الحقل المحلي.
  3. تطبيق نموذج رقيقة الفيلم لحساب معاملات فريسنل في هذه الحالة. هنا فقط قصيرة حساب قدّمت إجراءات.
    1. لواجهة المنشور / البوليمر، واستخدام
      figure-protocol-3310(3)
      figure-protocol-3404(4)
      figure-protocol-3476(5)
      ويرد أدناه معنى كل معلمة مبينة.
      1. ωi يدل على تردد شعاع.
      2. tp و ts تدل على معاملات الإرسال الإجمالية ويمكن التعبير عنها على أنها
        figure-protocol-3760(6)
        figure-protocol-3854(7)
      3. tp12 و ts12 يشيرإلى معاملات الإرسال الخطي للشعاع الضوئي في واجهة المنشور/البوليمر.
      4. rp23 و rs23 يشيران إلى معاملات انعكاس خطية لشعاع الضوء في الواجهة البوليمرية/المتوسطة.
      5. α يمثل الفرق المرحلة بين شعاع عاكس وشعاع عاكس الثانوية بعد أن ينتشر عبر البوليمر رقيقة الفيلم ومن ثم يعكس مرة أخرى، والتي يمكن التعبير عنها كما
        figure-protocol-4381(8)
      6. يمثل الطول الموجي للشعاع الضوئي وd هو سمك فيلم البوليمر.
      7. Φ1 وΦ 2 تمثل زوايا الحادث في واجهة المنشور / البوليمر والبوليمر / واجهة متوسطة على التوالي.
      8. ن1 و ن2 تمثل مؤشرات الانكسار من المنشور والبوليمر الفيلم على التوالي.
      9. n12 يمثل المؤشرات الانكسارية للطبقات البوليمرية بين الوجهين للمنشور/ البوليمر.
    2. للبوليمر / واجهة متوسطة، واستخدام
      figure-protocol-5017(9)
      figure-protocol-5091(10)
      figure-protocol-5166(11)
      1. يمثل Δ الفرق المرحلة من الحقول الكهربائية الخفيفة في اثنين من الواجهات.
      2. نظرًا لأن عرض النبض لعوارض الإدخال لدينا هو ~20 رطل، يمكن إهمال الخطأ من تأخير الوقت المرتبط بتأثير التشتت.
      3. التعبير عن هذا الفرق المرحلة للإخراج SFG، يمكن كتابة المدخلات المرئية والحزم الأشعة تحت الحمراء المدخلات بشكل منفصل كما
        figure-protocol-5583(12)
        figure-protocol-5658(13)
        figure-protocol-5733(14)
         
  4. من المناقشة أعلاه، لنظام المنشور البوليمر فيلم المتوسطة (1-2-3)، والتعبير عن مجموع معاملات فريسنل للالمنشور / البوليمر والبوليمر / واجهات متوسطة كما المعادلات التالية، لSSP وPPP مجموعات الاستقطاب . وبطبيعة الحال، تعتبر كل من الواجهات السمتية متساوي ة.
    1. بالنسبة لواجهة المنشور/البوليمر، يتم عرض تعبيرات معاملات الفريسنل الإجمالية لكل من تركيبات الاستقطاب Ssp وPPP على النحو التالي.
      1. بالنسبة لـ ssp، فإن المعادلة هي
        figure-protocol-6328(15)
      2. وبالنسبة لـ PPP، فإن المعادلة
        figure-protocol-6454(16)
        figure-protocol-6552(17)
        figure-protocol-6650(18)
        figure-protocol-6748(19)
         
      3. t10 و t01 يشيران إلى معاملات الإرسال الخطية في الهواء/المنشور والمنشور/الهواء على التوالي.
    2. بالنسبة للواجهة البوليمرية/المتوسطة، يتم وصف تعبيرات معاملات الفريسنل الإجمالية لكل من تركيبات الاستقطاب Ssp وPPP على النحو التالي.
      1. بالنسبة لـ ssp، فإن المعادلة هي
        figure-protocol-7225(20)
      2. بالنسبة لـ PPP، تكون المعادلات
        figure-protocol-7374(21)
        figure-protocol-7472(22)
        figure-protocol-7570(23)
        figure-protocol-7668(24)
           
         
  5. بعد حساب معاملات فريسنل باستخدام النموذج الساندويتشي، رسمها كدالة لسمك الفيلم، كما هو موضح في الشكل 4.
    ملاحظة: في هذه الحالة، هناك نطاق سمك لجمع إشارة SFG من CaF2 المنشور / PHEMA واجهة مع مساهمة مهملة من واجهة أخرى، وهو حوالي 150 نانومتر. وبالمثل، يمكن اختيار سمك مناسب للكشف عن واجهة PHEMA/أسفل المتوسطة مع مساهمة مهملة من CaF2 المنشور / PHEMA واجهة.

3. Cهيرال SFG مزيج الاستقطاب

  1. للواجهة achiral العادية، عادة، استخدم C-v التماثل من حيث متوسط الفرقة33،34. مع عملية التماثل انعكاس، يمكن استنتاج غير صفري من الدرجة الثانية غير الخطية حساسية الشد المكونات، والتي هي جxxz،جxzx،جzxx،جyyz،جyzy،جزي و جzzz (و يمكن تقليل المصطلحات الموجودة بشكل أكبر إذا تم افتراض وجود واجهة متساوية، مما يعني أن x وy متشابهان). ومع ذلك، بالنسبة للواجهة chiral، فإن الوضع سيكون مختلفا. واجهة تشيرال تمتلك التماثل C، يسمح فقط عملية التماثل دوران. في هذه الحالة، إلى جانب المصطلحات الشيرال العادية، فإن أكثر من الدرجة الثانية غير الخطية حساسية تكون غير صفرية، والتي يمكن أن تسمى المصطلحات chiral، وهي جzyx،جzxy و cyzx تحت النظر في غير الإلكترونية صدي. لذلك، باستخدام PSP، PPS وتركيبات الاستقطاب SPP، يمكن جمع الأطياف SFG chiral33،34.

4. إعداد عينة

  1. إعداد فيلم PHEMA
    1. حل مسحوق PHEMA (انظر جدولالمواد) في الإيثانول اللامائية لإعداد الحل مع 2 الوزن٪ و 4 الوزن٪ على التوالي.
    2. قبل ترسب أفلام PHEMA، نقع CaF2 المنشور الزاوية اليمنى في المذيبات التولوين أولا ثم غسلها مع الإيثانول والماء النقي جدا (18.2 MΩ·cm).
    3. بعد ذلك، قم بتعريض الركائز (CaF2 المنشور بالزاوية اليمنى) لبلازما الأكسجين لإزالة الملوثات العضوية المحتملة بواسطة منظف البلازما (انظر جدولالمواد).
      1. تشغيل أولا على منظف البلازما ووضع الركائز في ذلك.
      2. ثم تشغيل مضخة فراغ لفراغ المكنسة. إدخال الأكسجين في ذلك.
      3. وأخيرا تعيين 4 دقائق للتنظيف. بعد ذلك، الحفاظ على ركائز نظيفة لإعداد الفيلم PHEMA متتابعة.
      4. ثم إعداد الأفلام PHEMA على المنشور CaF2 من قبل معطف تدور (انظر جدول المواد). ضبط سمك الفيلم من قبل تركيز الحل وسرعة الدوران.
        1. تعطيل المنشور CaF2 على قرص مص من تدور المغطي.
        2. إسقاط قطرة واحدة من محلول PHEMA أعدت من قبل على ركائز نظيفة في 1500 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة (سمك الفيلم 2 wt٪ ل 100 نانومتر و 4 wt٪ ل 200 نانومتر).
      5. أنيال جميع الأفلام PHEMA أعدت في فرن فراغ في 80 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
  2. إعداد الليفية الحريرية (SF)
    ملاحظة: اعتُمد البروتوكول الذي اقترحه كابلان وآخرون35.
    1. ضع 7.5 غرام من شرنقة الحرير من B. موري في كربونات الصوديوم الغليان (Na2CO3,0.02 M) محلول مائي (3 لتر) لمدة 30 دقيقة.
    2. اغسل SF الليفي الذي تم الحصول عليه بالماء منزوع الأيونات ثلاث مرات تحت التحريك من أجل إزالة جزيئات السيريسين وترك جزيئات SF فقط في العينة الليفية.
    3. جفّف عينة SF الليفية في فرن فراغ عند 60 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
    4. بعد ذلك، حل عينة SF الليفية degummed في بروميد الليثيوم (LiBr، 9.3 M) حل مائي (1 غرام من SF تم حلها في ~ 4 مل من محلول LiBr.) وحضانة في 60 درجة مئوية لمدة 2 ساعة تحت التحريك.
    5. دياليب الحل SF ضد الماء منزوع الأيونات (3500 أكياس غسيل الكلى دا) لمدة 3 أيام لإزالة LiBr المذاب. تغيير المياه منزوعة الأيونات الجديدة ثلاث مرات كل يوم. وأخيرا تخزين الحل SF معالجتها في 4 درجة مئوية لتجارب SFG في وقت لاحق.
  3. إعداد سلسلة قصيرة oligonucleotide دوبلكس
    1. طلب عينة oligonucleotide التي تقطعت بها السبل واحدة مع 3'-نهاية المعدلة من الكوليسترول ثلاثي الإيثيلين غليكول (تشول-TEG) (5 '-GCTTCCGAAGGTCGA-3') من شركة تجارية (انظر جدولالمواد) وكذلك واحدة تكميلية. لكل حبلا واحد، حل 10 نمول من مسحوق عينة في 0.5 مل من الماء النقي جدا. ثم مزجها معا لتشكيل حل oligonucleotide دوبلكس (10 نمول / مل).
    2. مزيج 2 ملغ من 1,2-ديبالميتويل-سن-غليسيرو-3-فوسفوليوكولين (DPPC) و 2 ملغ من DPPC deuterated (د-DPPC) وحلها في 1 مل من الكلوروفورم لإعداد محلول الدهون.
    3. إعداد طبقة أحادية من DPPC وd-DPPC بواسطة حوض لانغموير -Blodgett (LB)
      1. قم بإرفاق المنشور CaF2 بالزاوية اليمنى إلى حامل عينة محلي الصنع مع وجه منشور واحد مغموس عمودياً في البيئة المائية لحوض LB.
      2. بعد ذلك، حقن محلول الدهون المختلطة التي أعدت قبل على سطح الماء حتى وصل الضغط السطحي قيمة معينة أقل من 34 mN·m−1.
      3. بعد إيقاف مستويات الضغط السطحي، استخدم حاجزين تفلون لضغط الطبقة الأحادية للدهون بنسبة 5 مم/دقيقة حتى يتم التوصل إلى ضغط سطحي قدره 34 منوم·م−1.
      4. رفع المنشور مع أحادية الدهون من الماء بمعدل 1 ملم / دقيقة عموديا.
    4. إعداد أحادية الدهون الأخرى
      1. لتسهيل تجميع oligonucleotide دوبلكس وجزيئات الدهون عن طريق التفاعل الكاره للماء (الكولسترول وسلسلة الألكيل الدهون)، وخلط حل oligonucleotide دوبلكس مع محلول الدهون في نسبة الأضراس من 1:100 (oligonucleotide إلى الدهون).
      2. حقن الدهون المختلطة ومحلول oligonucleotide دوبلكس على سطح الماء في حاوية تفلون محلية الصنع حتى تم التوصل إلى ضغط سطح 34 mN·m−1.
    5. وأخيرا، وضع أحادية الدهون في الجزء السفلي من المنشور في اتصال مع أحادية الدهون مع oligonucleotides دوبلكس إدراجها على سطح الماء لتشكيل العينة النهائية لقياس SFG.
  4. [لورنتز] معادلة
    1. استخدم معادلة Lorentz لتناسب أطياف SFG لاستخراج المعلومات الاهتزازية لوضع اهتزازي معين.
      figure-protocol-13535(25)
      حيث figure-protocol-13636 يمثل كثافة وضع الاهتزاز qth، figure-protocol-13742 يمثل تردد figure-protocol-13820 رنانة، يدل على عرض نصف figure-protocol-13911 في نصف الحد الأقصى (HWHM) ويمثل تردد المسح الضوئي من شعاع الأشعة تحت الحمراء الحادث.

النتائج

وفي الجزء المتعلق بمعامل فريسنل من قسم المراسم، أظهرنا أنه من الممكن نظرياً الكشف بصورة انتقائية عن واجهة واحدة فقط في وقت واحد. هنا، تجريبيا، أكدنا أن هذه المنهجية صحيحة أساسا، كما هو مبين في الشكل 5 والشكل 6.

يظهر الشكل 5 هيك?...

Discussion

وللتحقيق في المعلومات الهيكلية من المستوى الجزيئي، تتمتع الحكومة الاتحادية الانتقالية بمزاياها المتأصلة (أي حساسية الطبقة الأحادية أو دون أحادية الطبقة والانتقائية بين الوجهين)، والتي يمكن تطبيقها لدراسة مختلف الواجهات، مثل الواجهات الصلبة/الصلبة والصلبة/ السائل، الصلبة / الغاز، السا?...

Disclosures

ليس لدينا ما نكشف عنه

Acknowledgements

وقد تم دعم هذه الدراسة من قبل برنامج الدولة للتنمية الرئيسية للبحوث الأساسية في الصين (2017YFA0700500) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (21574020). صناديق البحوث الأساسية للجامعات المركزية، وهو مشروع ممول من تطوير البرنامج الأكاديمي ذي الأولوية لمؤسسات جيانغسو للتعليم العالي (PAPD) والمركز الوطني للعروض الإيضاحية للهندسة الطبية الحيوية التجريبية كما حظي التعليم (جامعة جنوب شرق) بتقدير كبير.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) Avanti Polar Lipids, Inc.850355P-1g
Anhydrous ethanolSinopharm Chemical Reagent Co., Ltd100092680≥99.7%
CaF2 prismChengdu YaSi Optoelectronics Co., Ltd.
Calcium chloride anhydrousSinopharm Chemical Reagent Co., Ltd10005817≥96.0%
deuterated DPPC (d-DPPC)Avanti Polar Lipids, Inc.860345P-100mg
Electromagnetic ovenZhejiang Supor Co., LtdC21-SDHCB37
Langmuir-Blodgett (LB) troughKSV NIMA Co., Ltd.KN 2003
Lithium bromide anhydrousSinopharm Chemical Reagent Co., Ltd20056926
Milli-Q synthesis systemMilliporeUltrapure water
Plasma cleanerChengdu Mingheng Science&Technology Co., LtdPDC-MGOxygen plasma cleaning
Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA)Sigma-Aldrich Co., LLC.192066 MSDSMw = 300 000
PolystyreneSigma-Aldrich Co., LLC.330345 MSDSMw = 48 kDa and Mn = 47 kDa
Silk cocoonsFrom Bombyx mori
Single complementary strand of oligonucleotideNanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd.H035965'-CGAAGGCTTCCAGCT-3'
Single strand of oligonucleotideNanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd.H04936 3¢-end modified by cholesterol-triethylene glycol(Chol-TEG) (5¢-GCTTCCGAAGGTCGA-3¢)
Sodium carbonate anhydrousSinopharm Chemical Reagent Co., Ltd10019260≥99.8%
Spin-coaterInstitute of Microelectronics of the Chinese Academy of SciencesKW-4AFor the prepartion of ploymer films 
Step profilerVeecoDEKTAK 150For the measurement of film thickness
Sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy systemEKSPLAA commercial picosecond SFG system

References

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

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

150 SFG

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved