Name: interfacial molecular-level structures of polymers and biomacromolecules revealed via sum frequency generation vibrational spectroscopy
Uploaded: 2019-08-13T13:30:00
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Cette étude a été soutenue par le Programme de développement clé d'État pour la recherche fondamentale de la Chine (2017YFA0700500) et la National Natural Science Foundation of China (21574020). Les Fonds de recherche fondamentale pour les universités centrales, un projet financé par le Programme universitaire prioritaire de développement des établissements d'enseignement supérieur du Jiangsu (PAPD) et le Centre national de démonstration pour le génie biomédical expérimental L'éducation (Université du Sud-Est) a également été grandement appréciée.

1. SFG expérimental
<ol><li>Utilisez un système commercial picosecond SFG (Table of Materials), qui fournit un faisceau fondamental de 1064 nm avec une largeur d'impulsion de 20 ps et une fréquence de 50 Hz, basé sur un laser Nd:YAG.</li>
	<li>Convertir le faisceau fondamental de 1064 nm en un faisceau de 532 nm et un faisceau de 355 nm en utilisant les deuxième et troisième modules harmoniques. Guidez directement le faisceau de 532 nm en tant que faisceau lumineux d'entrée et p...

<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>

Pour étudier l'information structurelle à partir d'un niveau moléculaire, SFG a ses avantages inhérents (c.-à-d. la sensibilité monocouche ou sous-monocouche et la sélectivité interfaciale), qui peuvent être appliqués pour étudier diverses interfaces, telles que le solide/solide, solide/ liquides, solides/gaz, liquides/gaz, liquides/liquides. Bien que l'entretien de l'équipement et l'alignement optique soient encore longs, le gain est important en ce que les informations détaillées au niveau moléculaire su...

Le développement de la spectroscopie vibratoire de la génération de fréquences de somme (SFG) peut être daté du travail effectué par Shen et al., il y a trente ans,1,2. L'unicité de la sélectivité interfaciale et de la sensibilité sous-monocouche rend la spectroscopie vibratoire SFG appréciée par un grand nombre de chercheurs dans les domaines de la physique, de la chimie, de la biologie et de la science des matériaux, etc. ,5. Actuellement, un large éventail de questions scientifiques liées aux surfaces et aux interfaces sont à l'étude à l'aide de SFG, en particulier pour des interfaces complexes en ce qui concerne les polymères et les biomacromolécules, telles que les structures de la chaîne et la relaxation structurelle à la interfaces en foumère enfouies, les structures secondaires de protéines, et les structures d'eau interfaciales9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
Pour les surfaces et les interfaces en polymère, les échantillons de couches minces sont généralement préparés par revêtement de spin pour obtenir les surfaces ou les interfaces désirées. Le problème se pose en raison de l'interférence du signal des deux interfaces des films préparés, ce qui conduit à des inconvénients pour l'analyse des spectres SFG collectés27,28,29. Dans la plupart des cas, le signal vibratoire à partir d'une seule interface, soit film/substrat ou film/l'autre support, est souhaitable. En fait, la solution à ce problème est assez facile, à savoir, de maximiser expérimentalement les champs de lumière à l'interface souhaitable et de minimiser les champs de lumière à l'autre interface. Par conséquent, les coefficients Fresnel ou les coefficients de terrain locaux doivent être calculés via le modèle de film mince et être validés par rapport aux résultats expérimentaux3,9,10,11, 12,13,14,15,30.
Avec le fond ci-dessus à l'esprit, quelques interfaces polymères et biologiques pourraient être étudiées afin de comprendre la science fondamentale du niveau moléculaire. Dans ce qui suit, en prenant trois questions interfaciales comme exemples: sonder poly(2-hydroxyhyl methacrylate) (PHEMA) surface et l'interface enterrée avec le substrat9, la formation de la fibrone de soie (SF) structures secondaires sur la surface de polystyrène (PS) et structures d'eau entourant le modèle à chaîne courte oligonucléotide duplex16,21, nous allons montrer comment la spectroscopie vibratoire SFG aide à révéler les structures interfaciales au niveau moléculaire en relation avec la science sous-jacente.

<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

En tant que spectroscopie optique non linéaire de deuxième ordre, la spectroscopie vibratoire de la génération de fréquences de somme (SFG) a été largement utilisée pour étudier diverses surfaces et interfaces. Cette technique optique non invasive peut fournir aux informations moléculaires locales une sensibilité monocouche ou submonocouche. Nous fournissons ici une méthodologie expérimentale sur la façon de détecter sélectivement l'interface enfouie pour les macromolécules et les biomacromolécules. Dans cet esprit, les structures secondaires interfaciales de la fibroine de soie et des structures d'eau autour du duplex d'oligonucléotide à chaîne courte modèle sont discutées. Le premier montre un chevauchement en chaîne ou un effet de confinement spatial et le second montre une fonction de protection contre les ions Ca2 'résultant de la superstructure de la colonne vertébrale chirale de l'eau.

Dans la partie coefficient Fresnel de la Section protocole, nous avons montré que, théoriquement, il est possible de détecter sélectivement une seule interface à la fois. Ici, expérimentalement, nous avons confirmé que cette méthodologie est fondamentalement correcte, comme le montrent la figure 5 et la figure 6.
La figure 5 montre la structure de la PHEMA interfaciale enterrée après l'intrusion...

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

Étant largement utilisé, la spectroscopie vibratoire de la génération de fréquences de somme (SFG) peut aider à révéler l'ordre conformationnel de chaîne et le changement structurel secondaire se produisant aux interfaces de polymère et de biomacromolecule.

Structures moléculaires interfaciales de polymères et de biomacromolécules révélées par spectroscopie vibratoire de génération de fréquence de somme

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

Des spectres vibratoires de génération de fréquences de somme sont montés pour étudier des interfaces avec la sélectivité interfaciale. Toutefois, la méthode du coefficient fresnel peut aider à résoudre l’effet d’interférence lorsqu’une autre interface existe. Le principal avantage de SFG est la sélectivité interfaciale et la sensibilité submonolayer.Cette technique optique non invasive convient à l’investissement de diverses interfaces telles que les interfaces solide-liquide, solide-solide, liquide-liquide, à gaz solide et à gaz liquide. Nous suggérons que les débutants obtiennent beaucoup de pratique fonctionnant le système SFG avec l’aide d’experts en optique et le SFG. Il n’y a pas de raccourcis.SFG n’a pas été généralement reconnu comme technique puissante, nous aimerions donc attirer plus d’intérêt du public et encourager plus de chercheurs à appliquer cette technique. Pour commencer, préparez environ cinq milliltères d’une solution de poids de deux ou 4 % de méthacrylate poly-2-hydroxyéthyle ou de PHEMA dans de l’éthanol anhydre. Gardez la solution en laboratoire trois jours avant l’utilisation.Ensuite, trempez quatre prismes à angle droit de fluorure de calcium de qualité IR dans le toluène anhydre de qualité analytique pendant au moins 12 heures. Plongez ensuite les prismes dans 30 milliltères d’éthanol et essuyez les surfaces avec du coton dégraissant pendant environ 10 minutes. Rincer le prisme à l’eau ultra pure pendant deux minutes et les sécher avec du gaz azoté.Ensuite, placez les prismes dans un nettoyant plasma à oxygène et évacuez la chambre. Traiter les prismes avec du plasma d’oxygène pendant quatre minutes et les garder dans la chambre jusqu’à ce qu’ils soient utilisés. La préparation du film devrait avoir lieu dans l’heure qui suit le traitement plasmatique.Dans cette étude, pour détecter sélectivement l’interface de barrière, il est d’une grande importance de choisir l’épaisseur appropriée du film selon le résultat calculé du modèle de coefficient de Fresnal. Lorsque vous êtes prêt à préparer les films PHEMA, fixer un prisme propre dans un support de prisme sur un revêtement spin et appliquer une goutte de la solution de PHEMA dans l’éthanol au prisme. Faites tourner le revêtement de spin à 1500 RPM pendant une minute pour préparer le film PHEMA.Enduire les prismes traités au plasma additionnels avec phema de la même manière. Anneal les films dans un four à vide mis à 80 degrés Celsius pendant au moins 10 heures. Pour effectuer l’expérience placer le visage enduit PHEMA du prisme dans l’eau déionisée.Attendez 10 à 20 minutes, puis évaluez la structure interfaciale phema aux interfaces eau et prisme avec une certaine spectroscopie de génération de fréquences. Lors de l’exploitation du système FGS ne laissez pas le faisceau lumineux directement entrer dans vos yeux. Pour commencer à préparer la solution de fibroine de soie chauffer trois litres de 0,02 molaire carbonate de sodium aqueux à ébullition.Faire bouillir 7,5 grammes de cocons de soie Bombyx mori dans cette solution tout en remuant pendant 30 minutes. Transférer la matière fibreuse dans un récipient propre et la remuer en deux à trois litres d’eau déionisée pendant huit à dix minutes trois fois pour laver les molécules de séricine indésirables. Sécher la matière fibreuse dans un four à vide à 60 degrés Celsius pendant au moins 15 heures.Ensuite, dissoudre un gramme de fibroine de soie sèche et dégummed en quatre milliltères de bromure de lithium aqueux molaire de 9,3 molaires. Remuer la solution à 60 degrés Celsius pendant deux heures. Ensuite, placez la solution de fibroine de soie dans un sac de dialyse daltonien de 3500 daltoniens.Dialyz la solution contre un litre d’eau déionisée pendant trois jours, en changeant l’eau trois fois par jour. Une fois la dialyse terminée, conserver la solution de fibroine de soie à quatre degrés Celsius. Ensuite, utilisez les méthodes précédemment décrites pour nettoyer un prisme de fluorure de calcium et l’enrober d’un mince film en polystyrène à partir d’une solution de polystyrène de 3,5 % par poids.Placez le prisme enduit de polystyrène en contact avec la solution fibroine de soie et examinez l’interface fibroine en soie polystyrène avec la spectroscopie SFG. Pour commencer à préparer le duplex oligonucléotide, dissoudre 10 nanomoles de l’oligonucléotide unique approprié dans 0,5 milliltères d’eau ultrapure. Faites de même pour l’oligonucléotide gratuit.Combinez les solutions pour obtenir une solution oligonucléotide duplex de 10 nanomoles par millilitre. Combinez ensuite deux milligrammes de DPPC, deux milligrammes de DPPC duterated, et un millilitre de chloroforme pour obtenir la solution lipidique. Ensuite, propre et plasma traiter un prisme de fluorure de calcium comme décrit précédemment.Attachez ce prisme à la prise d’échantillon d’une auge Langmuir-Blodgett. Remplissez l’auge d’eau déionisée et abaissez une face du prisme dans l’auge à un millimètre par minute. Injectez plusieurs microlitres de la solution lipidique à la surface de l’eau et attendez que la pression de surface se stabilise à environ 12 millinewtons par mètre.Ensuite, commencez à compresser le monocouche lipidique à cinq millimètres par minute. Lorsque la pression de surface atteint 34 millinewtons par mètre soulever le prisme de l’auge à un millimètre par minute. Préparez ensuite 500 microlitres d’un mélange de la solution oligonucléotide duplex et de la solution lipidique dans un rapport d’un à 100 molaires.Remplacez ensuite l’auge Langmuir-Blodgett par un contenant cylindrique en polytétrafluoréthylène rempli d’eau déionisée. Injecter le mélange de lipides oligonucléotides sur l’eau jusqu’à ce que la pression de surface atteigne 34 millinewtons par mètre. Mettez le visage enduit de monocouche lipidique du prisme en contact avec le mélange d’oligonucléotide lipidique pour former l’échantillon final.Évaluer les signaux vibratoires de l’eau chirale et achirale avec la spectroscopie FSG. Dans ce premier exemple, l’interface entre les hydrogels PHEMA et le prisme de fluorure de calcium a montré des pics nettes clairs dans le spectre SFG. Ceci a été attribué à l’interface lisse entre le fluorure de calcium et l’hydrogel.L’interface entre l’hydrogel et l’eau environnante avait des caractéristiques plus larges et moins intenses parce que les molécules d’eau pouvaient se diffuser dans la majeure partie de l’hydrogel. Ici, quand la concentration de fibroine de soie était au-dessus de la concentration de chevauchement critique il y avait ne détecté des structures secondaires chirales à l’interface de polystyrène solution à moins que le méthanol a été ajouté comme un agent induisant. Au-dessous de la concentration de chevauchement critique, des signaux chiraux de SFG ont été détectés même sans ajouter le méthanol indiquant que les structures secondaires commandées se sont formées sans aide à l’interface de polystyrène de solution.Dans l’échantillon de caleuse lipidique ancré d’oligonucléotide duplex variant la concentration d’ion de calcium n’a eu aucun effet significatif sur le signal d’eau chirale qui correspond principalement à l’hydratation plus tard de la colonne vertébrale chirale dans la rainure mineure. En revanche, la forte concentration de calcium a eu un effet sur les signaux d’eau achiral qui correspondent principalement à la couche d’eau entourant la chaîne duplex et la cale. Sur tout cela a suggéré que la colonne vertébrale chirale de la couche d’eau pourrait protéger l’oligonucléotide contre les ions calcium.Le calcul du coefficient de Fresnel et le choix d’une épaisseur de film appropriée peuvent résoudre les problèmes d’interférence. Si la multiréflexion et la réfraction sont considérées comme la bonne distribution de champ électrique aux interfaces peuvent être ajustées. Il existe d’autres méthodes qui peuvent être utilisées pour préparer des films minces avec les épaisseurs désirées telles que le step-coating et le dépôt chimique de vapeur.La détection des structures de surface et interfaciales liées à l’adhérence, au merlan, au frottement et à d’autres propriétés peut aider les chercheurs à comprendre les mécanismes sous-jacents et à développer de nouveaux matériaux fonctionnels. Cette méthode peut également être appliquée à d’autres systèmes où des interfaces variées doivent être étudiées. Toutefois, le support que vous souhaitez que les faisceaux lumineux propagent doit être transparent.

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