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

Denne undersøgelse blev støttet af staten Key Development program for grundforskning i Kina (2017YFA0700500) og National Natural Science Foundation i Kina (21574020). De grundlæggende forskningsmidler til de centrale universiteter, et projekt finansieret af den prioriterede akademiske program udvikling af Jiangsu videregående uddannelsesinstitutioner (PAPD) og det nationale demonstrations Center for eksperimentel biomedicinsk ingeniør Uddannelse (sydøstlige Universitet) blev også meget værdsat.

1. SFG-eksperimentel
<ol><li>Brug et kommercielt pikosekund SFG system (tabel over materialer), som giver en grundlæggende 1064 nm stråle med en pulsbredde på ~ 20 PS og en frekvens på 50 Hz, baseret på en nd: YAG laser.</li>
	<li>Konverter den grundlæggende 1064 nm stråle til en 532 nm stråle og en 355 nm stråle ved hjælp af anden og tredje harmoniske moduler. Direkte guide 532 nm stråle som en indgang lysstråle og generere den anden indgang Mid-infrarød (IR) stråle, der...

<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>

For at undersøge de strukturelle oplysninger fra et molekyleniveau har SFG sine iboende fordele (dvs. enkeltlags eller sub-enkeltlags følsomhed og grænseflade selektivitet), som kan anvendes til at studere forskellige grænseflader, såsom solid/solid, solid/ flydende, fast/gas, væske/gas, flydende/flydende grænseflader. Selv om vedligeholdelsen af udstyret og den optiske justering stadig er tidskrævende, er udbyttet signifikant, da de detaljerede molekylære oplysninger på overfladerne og grænsefladerne kan opn?...

Udvikling af sum Frequency generation (SFG) vibrationelle spektroskopi kan dateres tilbage til det arbejde, der udføres af Shen et al. tredive år siden1,2. Det unikke ved grænseflade selektivitet og sub-monolayer følsomhed gør SFG vibrationelle spektroskopi værdsat af et stort antal forskere inden for fysik, kemi, biologi, og materialevidenskab, etc3,4 ,5. I øjeblikket undersøges en bred vifte af videnskabelige spørgsmål vedrørende overflader og grænseflader ved hjælp af SFG, navnlig for komplekse grænseflader med hensyn til polymerer og biomakromolekyler, såsom kæde strukturer og strukturel afslapning ved begravet polymer interfaces, protein sekundære strukturer, og de grænseflade vand strukturer9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
For polymer overflader og grænseflader fremstilles tynde film prøver generelt ved spin-coating for at opnå de ønskede overflader eller grænseflader. Problemet opstår på grund af signalet interferens fra de to grænseflader af de as-forberedte film, hvilket fører til ulejlighed for at analysere de indsamlede SFG Spectra27,28,29. I de fleste tilfælde, det vibrationelle signal kun fra en enkelt grænseflade, enten film/substrat eller film/det andet medium, er ønskelig. Faktisk, løsningen på dette problem er ganske let, nemlig at eksperimentelt maksimere lyset felter på ønskelig grænseflade og minimere de lyse felter på den anden grænseflade. Derfor skal Fresnel-koefficienterne eller de lokale felt koefficienter beregnes via den tynde film model og valideres med hensyn til forsøgsresultaterne3,9,10,11, 12,13,14,15,30.
Med ovenstående baggrund i tankerne, nogle polymer og biologiske grænseflader kunne undersøges for at forstå grundlæggende videnskab fra det molekylære niveau. I det følgende, at tage tre grænseflade spørgsmål som eksempler: sondering poly (2-hydroxyethyl methacrylat) (phema) overflade og begravet grænseflade med substrat9, dannelse af silke fibroin (SF) sekundære strukturer på polystyren (PS) overflade og vand strukturer omkring modelkort kædede oligonukleotid duplex16,21, vil vi vise, hvordan SFG vibrationelle spektroskopi hjælper med at afsløre de grænseflade molekyl niveau strukturer i forbindelse med den underliggende videnskab.

<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

Som en anden-Order ikke-lineære optisk spektroskopi, sum Frequency generation (SFG) vibrationelle spektroskopi har bredt været anvendt til at undersøge forskellige overflader og grænseflader. Denne ikke-invasive optiske teknik kan give den lokale molekyl niveau information med enkeltlags eller submonolayer følsomhed. Vi her giver eksperimentel metodologi for, hvordan man selektivt detekterer den begravede grænseflade for både makromolekyler og biomakromolekyler. Med dette i tankerne diskuteres grænseflade sekundære strukturer af silke fibroin og vand strukturer omkring modelkort kædede oligonukleotid duplex. Førstnævnte viser en kæde-kæde overlapning eller rumlig indespærring effekt og sidstnævnte viser en beskyttelse funktion mod ca2 + ioner som følge af chiral rygsøjlen overbygning af vand.

I den Fresnel koefficient del af protokollen sektion, har vi vist, at teoretisk set er det muligt selektivt at detektere kun én enkelt grænseflade på én gang. Her, eksperimentelt, vi bekræftede, at denne metode er dybest set korrekt, som vist i figur 5 og figur 6.
Figur 5 viser den begravede grænseflade phema struktur efter vand indtrængen med en ~ 150 nm phema hydrogel film og <strong class="xfig"...

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

At være omfattende udnyttet, sum frekvens generation (SFG) vibrationelle spektroskopi kan bidrage til at afsløre kæde konformationsmæssige orden og sekundær strukturel ændring sker på polymer og biomakromolecule grænseflader.

Interfacial molekyl niveau strukturer af polymerer og Biomakromolecules afsløret via sum frekvens generation Vibrational spektroskopi

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

Sumfrekvensgeneration vibrationelle spektre er monteret til at undersøge grænseflader med interfacial selektivitet. Fresnel-koefficientmetoden kan dog hjælpe med at løse interferenseffekten, når der findes en anden grænseflade. Den største fordel ved SFG er den interfacial selektivitet og submonolayer følsomhed.Denne noninvasive optiske teknik er velegnet til at investere forskellige grænseflader såsom fast-væske, fast-fast, flydende-flydende, solid-gas, og flydende-gas grænseflader. Vi foreslår, at begyndere får en masse praksis, der driver SFG-systemet med hjælp fra eksperter i optik og SFG. Der er ikke genveje.SFG er ikke generelt anerkendt som stærk teknik, så vi vil gerne tiltrække mere publikumsinteresse og opfordre flere forskere til at anvende denne teknik. Til at begynde, forberede omkring fem millilters af enten en to eller 4% efter vægt opløsning af poly-2-hydroxyethyl methacrylat eller PHEMA i vandfri ethanol. Opbevar opløsningen i laboratoriet tre dage før brug.Dernæst lægges fire IR-kvalitet calciumfluorid ret vinklet prisme i analytisk kvalitet vandfri toluen i mindst 12 timer. Derefter nedsænkes prismerne i 30 millilters ethanol og tør overfladerne affedtning bomuld i ca 10 minutter. Skyl prisme med ultra rent vand i to minutter og tør dem med nitrogen gas.Dernæst placere prismer i en ilt plasma renere og evakuere kammeret. Behandl prismerne med iltplasma i fire minutter, og opbevar dem i kammeret, indtil de anvendes. Filmpræparatet skal ske inden for en time efter plasmabehandling.I denne undersøgelse, for selektivt at opdage barrieren interface er det af stor betydning at vælge den passende film tykkelse i henhold til det beregnede resultat af Fresnal koefficient model. Når du er klar til at forberede PHEMA-filmene, skal du fastsætte et rent prisme i en prismeholder på en spincoater og anvende en dråbe af opløsningen af PHEMA i ethanol til prisme. Kør spin coater på 1, 500 RPM i et minut for at forberede PHEMA filmen.Coat yderligere plasmabehandlede prismer med PHEMA på samme måde. Anneal filmene i en vakuumovn sat til 80 grader Celsius i mindst 10 timer. For at udføre eksperimentet placere PHEMA belagt ansigt prisme i deioniseret vand.Vent 10 til 20 minutter og derefter evaluere interfacial PHEMA struktur ved vand og prisme grænseflader med nogle frekvens generation spektroskopi. Når FGS-systemet betjenes, må lysstrålen ikke komme direkte ind i dine øjne. For at begynde at forberede silke fibroin løsning varme tre liter 0,02 molar vandig natriumcarbonat til kogning.Kog 7,5 gram Bombyx mori silke kokoner i denne opløsning under omrøring i 30 minutter. Overfør fibrøse stof til en ren beholder og rør det i to til tre liter deioniseret vand i otte til 10 minutter tre gange for at vaske de uønskede sericin molekyler. Tør fiberstof i en vakuumovn ved 60 grader Celsius i mindst 15 timer.Dernæst opløses et gram tør, degummed silkefibroin i fire millilters af 9,3 molar vandig lithiumbromid. Rør opløsningen ved 60 grader Celsius i to timer. Derefter placeres silkefibroinopløsningen i en 3,500 Dalton dialysepose.Dialyze løsningen mod en liter deioniseret vand i tre dage, ændre vandet tre gange om dagen. Når dialyse er færdig, opbevares silkefibroinopløsningen ved fire grader Celsius. Dernæst skal du bruge de tidligere beskrevne metoder til at rense en calciumfluorid prisme og pels det med en tynd polystyren film fra en 3,5% efter vægt polystyren opløsning.Anbring polystyrenbelagt prisme i kontakt med silkefibroinopløsningen, og undersøg polystyrensb fibroingrænsefladen med SFG-spektroskopi. For at begynde at forberede oligonucleotid duplex, opløses 10 nanomoles af passende enkeltstrengede oligonukleotid i 0,5 millilters af ultrapure vand. Gør det samme for den gratis oligonukleotid.Kombiner løsningerne for at opnå en 10 nanomoles per milliliter duplex oligonucleotid opløsning. Derefter kombinere to milligram DPPC, to milligram deuterated DPPC, og en milliliter chloroform at opnå lipid opløsning. Dernæst ren og plasma behandle en calcium fluor prisme som tidligere beskrevet.Fastgør denne prisme til prøverummet på et Langmuir-Blodgett trug. Fyld truget med deioniseret vand og sænk den ene side af prismen ind i truget med en millimeter i minuttet. Injicer flere mikroliter af lipidopløsningen på vandoverfladen, og vent på, at overfladetrykket stabiliseres ved ca. 12 millinewtons pr. meter.Start derefter komprimere lipidmonslaget på fem millimeter i minuttet. Når overfladetrykket når 34 millinewtons per meter løfte prisme fra lavpunktet på en millimeter i minuttet. Derefter tilberedes 500 mikroliter af en blanding af duplex oligonukleotidopløsningen og lipidopløsningen i et 1-100 molarforhold.Derefter erstattes Langmuir-Blodgett trugett med en cylindrisk polytetrafluorethylenbeholder fyldt med deioniseret vand. Injicer oligonucleotid lipid blandingen på vandet, indtil overfladetrykket når 34 millinewtons per meter. Sæt lipid monolag belagt ansigt af prisme i kontakt med lipid oligonucleotid blandingen til at danne den endelige prøve.Vurder chiral- og achiralvand vibrationssignaler med FSG spektroskopi. I dette første eksempel viste grænsefladen mellem PHEMA hydrogels og calciumfluorid prisme klare skarpe toppe i SFG spektrum. Dette blev tilskrevet den glatte grænseflade mellem calciumfluorid og hydrogel.Grænsefladen mellem hydrogel og det omgivende vand havde bredere, mindre intense funktioner, fordi vandmolekyler kunne sprede sig til hovedparten af hydrogel. Her, når silkefibroinkoncentrationen var over den kritiske overlappende koncentration, blev der påvist chiral sekundære strukturer ved opløsningen polystyren interface, medmindre methanol blev tilføjet som et inducerende middel. Under den kritiske overlappende koncentration blev chiral SFG-signaler opdaget selv uden at tilføje methanol, hvilket indikerer, at bestilte sekundære strukturer dannes uden hjælp ved opløsningen polystyren interface.I duplex oligonucleotid forankret lipid tolags prøve varierende calcium ion koncentration havde ingen signifikant effekt på chiral vand signal, som primært svarer til hydrering senere af chiral rygsøjlen i den mindre rille. I modsætning hertil calcium koncentration stærk foretaget achiral vand signaler, som primært svarer til vandlaget omkring duplex kæden og tolags. Over alt dette antydede, at chiral rygsøjlen af vandlaget kunne beskytte oligonukleotid fra calciumioner.Beregning af Fresnel-koefficienten og valg af en passende filmtykkelse kan løse interferensproblemer. Hvis multi-refleksion og brydning betragtes som den rigtige elektriske feltfordeling på grænsefladerne kan justeres. Der er alternative metoder, der kan bruges til at forberede tynde film med ønskede tykkelser såsom trin-belægning og den kemiske damp aflejring.Detektering af overflade- og interfacialstrukturer relateret til vedhæftning, hvilling, friktion og andre egenskaber kan hjælpe forskere med at forstå de underliggende mekanismer og udvikle nye funktionelle materialer. Denne metode kan også anvendes på andre systemer, hvor forskellige grænseflader skal undersøges. Men det medium, du ønsker lysstrålerne udbrede skal være gennemsigtig.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Fabricating a UV-Vis and Raman Spectroscopy Immunoassay Platform

Fremstilling af en UV-Vis og Raman spektroskopi Immunoassay Platform

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

Kraft spektroskopi af enkelt proteinmolekyler ved hjælp af en Atomic Force mikroskop

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

A11-positive β-amyloid Oligomer forberedelse og vurdering ved hjælp af Dot Blotting analyse

&#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

Kovalente immobilisering af proteiner for enkelt molekyle kraft spektroskopi

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

Måling af interaktioner af kugleformede og fintrådede proteiner af Kernemagnetisk resonans-spektroskopi (NMR) og individuel Thermophoresis (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

Et fluorescens udsving spektroskopi Assay af Protein-Protein interaktioner på celle-celle kontakter

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

Ser udad: isolering af Cyanobakteriale frigivne kulhydratpolymerer og proteiner

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

Karakterisering på molekyleniveau ved hjælp af robuste biokemiske tilgange af et nyt kinase protein

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-Medieret enzymatisk syntese og immobilisering af polymeriseret protein til enkeltmolekylet spektroskopi

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

Karakterisering af Amyloid strukturer i Aging C. Elegans Brug Fluorescens Lifetime Imaging

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