Name: interfacial molecular-level structures of polymers and biomacromolecules revealed via sum frequency generation vibrational spectroscopy
Uploaded: 2019-08-13T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Interfacial Molecular-level Structures of Polymers and Biomacromolecules Revealed via Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy at JoVE.com

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.

1. SFG التجريبية
<ol><li>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.</li>
	<li>تحويل الأساسية 1064 نانومتر شعاع في شعاع 532 نانومتر وشعاع 355 نانومتر باستخدام وحدات التوافقية الثانية والثا...

<ol>
	<li>Shen, Y. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Second+Harmonic+Generation+at+Interfaces.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+properties+probed+by+second-harmonic+and+sum-frequency+generation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studying+Polymer+Surfaces+and+Interfaces+with+Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy+Studies+on+Molecular+Conformation+and+Orientation+of+Biological+Molecules+at+Interfaces.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+Interfaces+Probed+by+Second-Harmonic+and+Sum-Frequency+Spectroscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molcular+Bonding+and+Interactions+at+Aqueous+Surfaces+as+Probed+by+Vibrational+Sum+Frequency+Spectroscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+spectral+and+orientational+analysis+in+surface+sum+frequency+generation+vibrational+spectroscopy(SFG-VS).">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sum+frequency+generation+spectroscopy+of+the+aqueous+interface:+Ionic+and+soluble+molecular+solutions.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+Surface+Hydration+of+Poly(2-hydroxyethyl+methacrylate)+in+Solution+in+situ.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+Irreversibly+Absorbed+Layer+Promotes+Dewetting+of+Polystyrene+Film+on+Sapphire.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Study+of+the+Interference+Effect+in+Poly(n-butyl+methacrylate)+Thin+Films+Sandwiched+between+Silica+and+Water.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directly+Probing+Molecular+Ordering+at+the+Buried+Polymer/Metal+Interface+2:+Using+P-Polarized+Input+Beams.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Ordering+of+Phenyl+Groups+at+the+Buried+Polystyrene/Metal+Interface.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+to+Probe+Glass+Transition+Temperatures+of+Polymer+Thin+Films.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interchain+Overlap+Affects+Formation+of+Silk+Fibroin+Secondary+Structure+on+Hydrophobic+Polystyrene+Surface+Detected+via+Achiral/Chiral+Sum+Frequency+Generation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-dependent+hydrolysis+of+supported+planar+lipids+was+triggered+by+honey+bee+venom+phospholipase+A2+with+the+right+orientation+at+the+interface.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy+Studies+on+Protein+Adsorption.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+Amide+I+Signals+of+Interfacial+Proteins+in+Situ+Using+SFG.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+Spontaneous+Membrane+Insertion+of+a+Tall-Anchored+Membrane+Protein+by+Sum+Frequency+Generation+Spectroscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+Ions+Affect+Water+Molecular+Structures+Surrounding+an+Oligonucleotide+Duplex+as+Revealed+by+Sum+Frequency+Generation+Vibrational+Spectroscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sum-frequency+generation+spectroscopy+of+DNA+monolayers.">Sum-frequency generation spectroscopy of DNA monolayers.</a> Biosensors &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+Cation-induced+Deformation+of+DNA+Self-Assembled+Monolayers+on+Silicon:+Vibrational+Sum+Frequency+Generation+Spectroscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sum-frequency-generation+spectroscopy+of+DNA+films+in+air+and+aqueous+environments.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+on+Stage:+Showcasing+Oligonucleotides+at+Surfaces+and+Interfaces+with+Second+Harmonic+and+Vibrational+Sum+Frequency+Generation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+thermal+reorganization+of+DNA+immobilized+at+the+silica/buffer+interface:+a+vibrational+sum+frequency+generation+investigation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+Effects+in+Sum+Frequency+Spectra+from+Monolayers+on+Composite+Dielectric/Metal+Substrates.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+effects+in+the+sum+frequency+generation+spectra+of+thin+organic+films.+I.+Theoretical+modeling+and+simulation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+Effects+in+Sum+Frequency+Vibrational+Spectra+of+Thin+Polymer+Films:+An+Experimental+and+Modeling+Investigation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacial+Fresnel+Coefficients+and+Molecular+Structures+of+Model+Cell+Membranes:+From+a+Lipid+Monolayer+to+a+Lipid+Bilayer.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacial+Water+at+Polyurethane-Sapphire+Interface.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Structure+of+Polystyrene+at+Air/Polymer+and+Solid/Polymer+Interfaces.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Macromolecules+at+Interfaces+Probed+by+Chiral+Vibrational+Sum+Frequency+Generation+Spectroscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sum-Frequency+Vibrational+Spectroscopy+on+Chiral+Liquids:+A+Novel+Technique+to+Probe+Molecular+Chirality.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materials+fabrication+from+Bombyx+mori+silk+fibroin.">Materials fabrication from Bombyx mori silk fibroin.</a> Nature Protocols. 6, 1612-1631 (2011).</li></ol>

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?...

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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC)&#160;</td>
			<td>Avanti Polar Lipids, Inc.</td>
			<td>850355P-1g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous ethanol</td>
			<td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td>100092680</td>
			<td>&#8805;99.7%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaF2 prism</td>
			<td>Chengdu YaSi Optoelectronics Co., Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride anhydrous</td>
			<td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td>10005817</td>
			<td>&#8805;96.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>deuterated DPPC (d-DPPC)</td>
			<td>Avanti Polar Lipids, Inc.</td>
			<td>860345P-100mg</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electromagnetic oven</td>
			<td>Zhejiang Supor Co., Ltd</td>
			<td>C21-SDHCB37</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Langmuir-Blodgett (LB) trough</td>
			<td>KSV NIMA Co., Ltd.</td>
			<td>KN 2003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium bromide anhydrous</td>
			<td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td>20056926</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Milli-Q synthesis system</td>
			<td>Millipore</td>
			<td></td>
			<td>Ultrapure water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma cleaner</td>
			<td>Chengdu Mingheng Science&#38;Technology Co., Ltd</td>
			<td>PDC-MG</td>
			<td>Oxygen plasma cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich Co., LLC.</td>
			<td>192066 MSDS</td>
			<td>Mw = 300 000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene</td>
			<td>Sigma-Aldrich Co., LLC.</td>
			<td>330345 MSDS</td>
			<td>Mw = 48 kDa and Mn = 47 kDa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silk cocoons</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>From Bombyx mori</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single complementary strand of oligonucleotide</td>
			<td>Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd.</td>
			<td>H03596</td>
			<td>5&#39;-CGAAGGCTTCCAGCT-3&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single strand of oligonucleotide</td>
			<td>Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd.</td>
			<td>H04936</td>
			<td>&#160;3&#162;-end modified by cholesterol-triethylene glycol(Chol-TEG) (5&#162;-GCTTCCGAAGGTCGA-3&#162;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium carbonate anhydrous</td>
			<td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td>10019260</td>
			<td>&#8805;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>For the prepartion of ploymer films&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Step profiler</td>
			<td>Veeco</td>
			<td>DEKTAK 150</td>
			<td>For the measurement of film thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy system</td>
			<td>EKSPLA</td>
			<td></td>
			<td>A commercial picosecond SFG system</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

interfacial molecular-level structures of polymers and biomacromolecules revealed via sum frequency generation vibrational spectroscopy

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.

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?...

Watch this Scientific Journal Video about Interfacial Molecular-level Structures of Polymers and Biomacromolecules Revealed via Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy at JoVE.com

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

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.

الهياكل على المستوى الجزيئي بين الوجهين من البوليمرات والجزيئات الحيوية التي تم الكشف عنها عن طريق التحليل الطيفي الاهتزازي لجيل التردد الكلي

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

يتم تركيب أطياف اهتزازية توليد الترددات الإجمالية للتحقيق في الواجهات ذات الانتقائية بين الوجهين. ومع ذلك يمكن أن تساعد أسلوب معامل Fresnel على حل تأثير التداخل عند وجود واجهة أخرى. الميزة الرئيسية لـ SFG هي الانتقائية بين الوجهين وحساسية دون مُحسّن.هذه التقنية البصرية غير الباضعة مناسبة لاستثمار واجهات مختلفة مثل الواجهات الصلبة والسائلة والصلبة والسائلة والغازات الصلبة والغازات السائلة. نقترح أن يحصل المبتدئون على الكثير من الممارسة التي تعمل بنظام SFG بمساعدة خبراء في البصريات و SFG. لا توجد اختصارات.لم يتم الاعتراف بها بشكل عام كتقنية قوية ، لذلك نود جذب المزيد من اهتمام الجمهور وتشجيع المزيد من الباحثين على تطبيق هذه التقنية. للبدء، وإعداد حوالي خمسة ملليلترات إما اثنين أو 4٪ من محلول الوزن من بولي-2-هيدروكسي إيثيل الميثاكريلات أو PHEMA في الإيثانول اللامائية. احتفظ بالمحل في المختبر قبل الاستخدام بثلاثة أيام.المقبل، نقع أربعة الأشعة تحت الحمراء الصف كلوريد الكالسيوم الزاوية اليمنى المنشور في الصف التحليلي التولوين اللامائية لمدة 12 ساعة على الأقل. ثم غمر المناشير في 30 ملليلتر من الإيثانول ومسح الأسطح مع إزالة الشحوم القطن لمدة 10 دقائق تقريبا. شطف المنشور مع الماء النقي جدا لمدة دقيقتين وتجفيفها مع غاز النيتروجين.المقبل، ووضع المنشور في نظافة البلازما الأكسجين وإخلاء الغرفة. علاج المنشور مع البلازما الأكسجين لمدة أربع دقائق والاحتفاظ بها في الغرفة حتى يتم استخدامها. يجب أن يحدث إعداد الفيلم في غضون ساعة واحدة من العلاج البلازما.في هذه الدراسة ، للكشف عن واجهة الحاجز بشكل انتقائي ، من المهم للغاية اختيار سمك الفيلم المناسب وفقًا للنتيجة المحسوبة لنموذج معامل فريسنال. عندما تكون على استعداد لإعداد الأفلام PHEMA، إصلاح المنشور نظيفة في حامل المنشور على معطف تدور وتطبيق قطرة واحدة من حل PHEMA في الإيثانول إلى المنشور. تشغيل المغطي تدور في 1, 500 دورة في الدقيقة لمدة دقيقة واحدة لإعداد فيلم PHEMA.معطف البلازما إضافية تعامل مع المنشور PHEMA بنفس الطريقة. آنال الأفلام في فرن فراغ تعيين إلى 80 درجة مئوية لمدة 10 ساعات على الأقل. لأداء التجربة مكان الوجه PHEMA المغلفة من المنشور في المياه الأيونية.انتظر 10 إلى 20 دقيقة ثم قم بتقييم بنية PHEMA بين الوجهين في واجهات الماء والموشور مع بعض التحليل الطيفي لتوليد الترددات. أثناء تشغيل نظام FGS لا تدع شعاع الضوء يأتي مباشرة في عينيك. لبدء إعداد محلول الليفي الحريري حرارة ثلاثة لترات من 0.02 كربونات الصوديوم مائي مغلي إلى الغليان.يغلي 7.5 غراما من شرنقة الحرير بومبييكس موري في هذا الحل مع اثارة لمدة 30 دقيقة. نقل المادة الليفية إلى وعاء نظيف وتحريكه في اثنين إلى ثلاثة لترات من الماء الأيون لمدة ثماني إلى 10 دقائق ثلاث مرات لغسل جزيئات سيريسين غير المرغوب فيها. جفف المادة الليفية في فرن فراغي عند 60 درجة مئوية لمدة 15 ساعة على الأقل.بعد ذلك، قم بحل غرام واحد من الليفي الحريري الجاف، المزيل في أربعة ملليلترات من بروميد الليثيوم مائي 9.3 م. يحرك الحل في 60 درجة مئوية لمدة ساعتين. ثم ضع محلول الليفي الحريري في كيس غسيل الكلى 3,500 دالتون.Dialyze الحل ضد لتر واحد من المياه ديونسيد لمدة ثلاثة أيام، وتغيير الماء ثلاث مرات في اليوم الواحد. بمجرد اكتمال غسيل الكلى، قم بتخزين محلول الليفي الحريري عند أربع درجات مئوية. بعد ذلك، استخدم الطرق الموصوفة سابقًا لتنظيف منشور فلوريد الكالسيوم ومعطفه بغشاء البوليسترين الرقيق من محلول البوليسترين 3.5٪.ضع المنشور المغلف بالبوليستيرين في اتصال مع محلول الليفي الحريري وتفحص واجهة الليفي الحريرية البوليسترين مع التحليل الطيفي SFG. للبدء في إعداد أوليجونوكليوتيد دوبليكس، قم بحل 10 نانوموليات من أوليجونوكليوتيد الوحيد المناسب الذي تقطعت به السبل في 0.5 ملليلتر من الماء فائق الpure. تفعل الشيء نفسه بالنسبة لالكيدو 10.الجمع بين الحلول للحصول على 10 نانوموليات لكل ملليلتر حل oligonucleotide. ثم الجمع بين اثنين ملليغرام من DPPC، واثنين ملليغرام من DPPC deuterated، ومليلتر واحد من الكلوروفورم للحصول على محلول الدهون. بعد ذلك، نظيف والبلازما علاج منظور فلوريد الكالسيوم كما هو موضح سابقا.إرفاق هذا المنشور إلى عقد عينة من حوض لانغموير بلودجيت. ملء الحوض الصغير مع المياه الأيونية وانخفاض وجه واحد من المنشور في الحوض الصغير في ملليمتر واحد في الدقيقة الواحدة. حقن عدة ميكرولترات من محلول الدهون على سطح الماء وانتظر الضغط السطحي لتحقيق الاستقرار في حوالي 12 ميلينونت لكل متر.ثم ابدأ في ضغط الطبقة الأحادية الدهنية في خمسة ملليمترات في الدقيقة الواحدة. عندما يصل ضغط السطح إلى 34 ميلينون لكل متر يرفع المنشور من الحوض الصغير عند ملليمتر واحد في الدقيقة. المقبل إعداد 500 ميكرولترات من خليط من حل oligonucleotide المزدوجة والمحلول الدهون في نسبة 1-100 المول.ثم استبدال حوض لانغموير بلودجيت مع حاوية البوليتيترافلور الإيثيلين أسطواني مليئة بالمياه غير المؤينة. حقن خليط الدهون oligonucleotide على الماء حتى يصل الضغط السطحي 34 millinewtons لكل متر. وضع غطاء أحادية الدهون الوجه من المنشور في اتصال مع خليط oligonucleotide الدهون لتشكيل العينة النهائية.تقييم إشارات اهتزاز المياه الشيترالية والشيشالية مع التحليل الطيفي FSG. في هذا المثال الأول، أظهرت الواجهة بين الهيدروجيل PHEMA ومنشور فلوريد الكالسيوم قمم حادة واضحة في طيف SFG. ويعزى ذلك إلى التفاعل السلس بين فلوريد الكالسيوم والهيدروجيل.وكان للواجهة بين الهيدروجيل والمياه المحيطة بها ميزات أوسع وأقل كثافة لأن جزيئات الماء يمكن أن تنتشر في الجزء الأكبر من الهيدروجيل. هنا عندما كان تركيز الليفي الحرير فوق التركيز المتداخلة الحرجة هناك تم الكشف عن هياكل ثانوية chiral في واجهة الحل البوليسترين ما لم يتم إضافة الميثانول كعامل محفز. تحت التركيز المتداخل الحرج، تم الكشف عن إشارات شرال SFG حتى دون إضافة الميثانول مما يشير إلى أن الهياكل الثانوية أمر شكلت دون مساعدة في واجهة البوليسترين الحل.في oligonucleotide الراسية الدهون ثنائية الطبقات العينة متفاوتة تركيز أيون الكالسيوم لم يكن لها تأثير كبير على إشارة المياه الشيترال الذي يتوافق في المقام الأول لترطيب في وقت لاحق من العمود الفقري chiral في الأخدود طفيفة. في المقابل، فإن تركيز الكالسيوم القوي أثر على إشارات المياه الشيرالية التي تتوافق في المقام الأول مع طبقة المياه المحيطة بسلسلة الدوبليكسان والبيلاير. على كل هذا اقترح أن العمود الفقري chiral من طبقة المياه يمكن أن تحمي oligonucleotide من أيونات الكالسيوم.يمكن أن يؤدي حساب معامل فريسنل واختيار سمك الفيلم المناسب إلى حل مشاكل التداخل. إذا كانت multi-reflection و الانكسار تعتبر مجال توزيع كهربائي الحق في واجهات يمكن تعديلها. هناك طرق بديلة يمكن استخدامها لإعداد الأفلام الرقيقة ذات السماكة المطلوبة مثل طلاء الخطوة وترسب البخار الكيميائي.يمكن أن يساعد اكتشاف الهياكل السطحية والهياكل البينية المتعلقة بالتصاق والواء والاحتكاك وغيرها من الخصائص الباحثين على فهم الآليات الأساسية وتطوير مواد وظيفية جديدة. ويمكن أيضا تطبيق هذه الطريقة على أنظمة أخرى حيث واجهات متنوعة تحتاج إلى التحقيق. ومع ذلك، يجب أن تكون الوسيطة التي ترغب في أن تكون أشعة الضوء التي تنتشر شفافة.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Fabricating a UV-Vis and Raman Spectroscopy Immunoassay Platform

افتعال أشعة فوق البنفسجية فيس ورامان الطيفي المناعية منصة

Immunoassays are used to detect proteins based on the presence of associated antibodies. Because of their extensive use in research and clinical settings, ...

Force Spectroscopy of Single Protein Molecules Using an Atomic Force Microscope

التحليل الطيفي لجزيئات البروتين وحيد باستخدام مجهر قوة ذرية قوة

The determination of the folding process of proteins from their amino acid sequence to their native 3D structure is an important problem in biology. ...

A11-positive &#946;-amyloid Oligomer Preparation and Assessment Using Dot Blotting Analysis

A11-positive ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-amyloid Oligomer Preparation and Assessment Using Dot Blotting Analysis

إعداد Oligomer بيتا-اميلويد A11-إيجابية وتقييم استخدام دوت النشاف التحليل

&#946;-amyloid (A&#946;) is a hydrophobic peptide with an intrinsic tendency to self-assemble into aggregates. Among various aggregates, A&#946; oligomer ...

Covalent Immobilization of Proteins for the Single Molecule Force Spectroscopy

تجميد التساهمية من البروتينات للتحليل الطيفي قوة جزيء واحد

In recent years, atomic force microscopy (AFM) based single molecule force spectroscopy (SMFS) extended our understanding of molecular properties and ...

Measuring Interactions of Globular and Filamentous Proteins by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) and Microscale Thermophoresis (MST)

Measuring Interactions of Globular and Filamentous Proteins by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy NMR and Microscale Thermophoresis MST

قياس تفاعلات البروتينات كروي والخيطية مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) وعبارة ثيرموفوريسيس (MST)

Filamentous proteins such as vimentin provide organization within cells by providing a structural scaffold with sites that bind proteins containing plakin ...

A Fluorescence Fluctuation Spectroscopy Assay of Protein-Protein Interactions at Cell-Cell Contacts

تحليل الطيفي تقلب Fluorescence من تفاعلات البروتين البروتين في الخلية جهات الاتصال

A variety of biological processes involves cell-cell interactions, typically mediated by proteins that interact at the interface between neighboring ...

Looking Outwards: Isolation of Cyanobacterial Released Carbohydrate Polymers and Proteins

يبحث إلى الخارج: عزل البوليمرات الكربوهيدرات السيانوبكتيرية المفرج عنها والبروتينات

Cyanobacteria can actively secrete a wide range of biomolecules into the extracellular environment, such as heteropolysaccharides and proteins. The ...

Characterization at the Molecular Level using Robust Biochemical Approaches of a New Kinase Protein

توصيف على المستوى الجزيئي باستخدام نهج كيميائية حيوية قوية لبروتين كيناز جديد

Extensive whole genome sequencing has identified many Open Reading Frames (ORFs) providing many potential proteins. These proteins may have important ...

OaAEP1-Mediated Enzymatic Synthesis and Immobilization of Polymerized Protein for Single-Molecule Force Spectroscopy

OaAEP1 بوساطة التوليف الأنزيمي وتجميد البروتين المبلمر للمطاطي للقوة أحادية الجزيء

Chemical and bio-conjugation techniques have been developed rapidly in recent years and allow the building of protein polymers. However, a controlled ...

Characterization of Amyloid Structures in Aging C. Elegans Using Fluorescence Lifetime Imaging

Characterization of Amyloid Structures in Aging C. Elegans Using Fluorescence Lifetime Imaging

توصيف هياكل أميلويد في الشيخوخة C. Elegans باستخدام التصوير مدى الحياة فلورسينس

Amyloid fibrils are associated with a number of neurodegenerative diseases such as Huntington&#39;s, Parkinson&#39;s, or Alzheimer&#39;s disease. These ...