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

מחקר זה היה נתמך על ידי תוכנית פיתוח מפתח המדינה עבור מחקר בסיסי של סין (2017YFA0700500) והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (21574020). קרנות המחקר הבסיסי של האוניברסיטאות המרכזיות, פרויקט ממומן על ידי התוכנית האקדמית עדיפות פיתוח של ג'יאנגסו מוסדות להשכלה גבוהה (PAPD) והמרכז ההדגמה הלאומית להנדסה ביו-רפואית ניסויית השכלה (האוניברסיטה הדרום-מזרחית) הייתה גם מוערכת מאוד.

1. הניסוי של SFG
<ol><li>השתמש במערכת SFG המסחרית השנייה (טבלת חומרים), אשר מספקת קרן בסיסית 1064 ננומטר עם רוחב הדופק של ~ 20 ps ותדר של 50 Hz, מבוסס על ND: YAG לייזר.</li>
	<li>המר את קרן היסוד 1064 ננומטר לתוך קרן מ532 בעלת קרן כנגד ובין 355 מודולים הרמוניים שנייה ושלישית. ישירות להנחות את הקרן 532 ננ...

<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>

כדי לחקור את המידע המבני מרמה מולקולרית, SFG יש את היתרונות הטבועים שלה (כלומר, מונאולייר או תת מונאולייר רגישות ובסלקטיביות הפנים), אשר ניתן להחיל על לימוד ממשקים שונים, כגון מוצק/מוצק, מוצק/ נוזלי, מוצק/גז, נוזלי/גז, נוזלי/נוזל ממשקים. למרות שתחזוקת הציוד והיישור האופטי עדיין גוזלת זמן, התשלו...

התפתחות של הדור תדר sum (sfg) ספקטרוסקופית ספקטרוסקופיה ניתן לחזור לעבודה שנעשתה על ידי שן ואח '. לפני שלושים שנה1,2 ייחודו של הסלקטיביות הבין-לפנים והרגישות התת-מונאולייר הופכת את הספקטרוסקופיית התנודה הגדולה ביותר של חוקרים בתחומי הפיסיקה, הכימיה, הביולוגיה והחומרים המדעיים, וכו '3,4 ,5. כיום, מגוון רחב של סוגיות מדעיות הקשורות למשטחים ולממשקים נחקרים באמצעות sfg, במיוחד עבור ממשקים מורכבים ביחס לפולימרים ולbiomacromolecules, כגון מבני שרשרת והרפיה מבנית ב ממשקי פולימר קבורים, המבנים המשניים של החלבון, ומבני המים הבינפנים9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
עבור משטחים פולימריים וממשקים, דגימות סרט דק מוכנות בדרך כלל על ידי ציפוי ספין כדי להשיג את המשטחים או הממשקים הרצויים. הבעיה מתעוררת בשל הפרעה האות משני הממשקים של הסרטים כפי שהוכנו, אשר מוביל אי נוחות לניתוח sfg ספקטרום שנאסף27,28,29. ברוב המקרים, האות הרטט רק מממשק יחיד אחד, או סרט/מצע או סרט/המדיום השני, הוא רצוי. למעשה, הפתרון לבעיה זו הוא די קל, כלומר, כדי ניסויים למקסם את שדות האור בממשק הרצוי ולמזער את שדות האור בממשק השני. מכאן, מקדמי פרנל או מקדמי השדה המקומי צריך להיות מחושב באמצעות מודל הסרט דק ולהיות מאומת ביחס התוצאות הנסיוניות3,9,10,11, . 12,13,14,15,30
עם הרקע המוצג לעיל, ניתן לחקור כמה ממשקים פולימריים וביולוגיים כדי להבין את המדע הבסיסי מהרמה המולקולרית. בעקבות זאת, לקיחת שלושה בעיות הפנים כדוגמאות: בודק פולי (2-הידרוקסיל מתיונין) (פמה) משטח וממשק קבור עם סובסטרט9, היווצרות של מבנה המשי (SF) מבנים משניים על הפוליסטירן (PS) משטח ו מבני המים המקיפים את המודל שרשרת קצר מודל דופלקס16,21, אנו מראים כיצד הספקטרוסקופיית התנודה של sfg מסייע לחשוף את המבנים המולקולריים ברמה המולקולרית הקשורים למדע הבסיסי.

<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

בתור ספקטרוסקופיית אופטי לא לינארית, הפקת תדר הסיכום (SFG) התנודה בספקטרוסקופיה היתה בשימוש נרחב בחקירת משטחים וממשקים שונים. טכניקה אופטית לא פולשנית זו יכולה לספק את המידע המקומי ברמה מולקולרית עם רגישות מונאולייר או מונמונאולייר. אנחנו כאן מספקים מתודולוגיה ניסיונית על איך באופן סלקטיבי לזהות את הממשק הקבור הן קרו ו biomacromolecules. עם זאת בראש, מבנים משניים משני הפנים של המשי ומבני המים ברחבי מודל שרשרת קצר הדו הדו הדו הם דנו. הראשון מראה חפיפה שרשרת שרשרת או השפעה הכליאה המרחבית והשני מראה פונקציה הגנה נגד Ca2 + יונים הנובע מבנה השדרה של שדרת השיקל של מים.

בחלק מקדם פרנל של מקטע הפרוטוקול, הראינו כי, תיאורטית, זה אפשרי לזהות באופן סלקטיבי רק ממשק אחד בודד בבת אחת. כאן, בסקר, אישרו כי מתודולוגיה זו נכונה ביסודו, כפי שמוצג באיור 5 ובאיור 6.
איור 5 מראה את מבנה הפנים הפנימי שנקבר לאחר ח...

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

להיות מנוצל באופן מקיף, הדור תדר הסיכום (SFG) ספקטרוסקופיית התנודה יכול לעזור לחשוף את הסדר שרשרת ההזמנה ושינוי מבניים משני קורה בממשקים פולימרים וביוקלאכליים.

מבנים ברמת הפנים המולקולריים של פולימרים וBiomacromolecules מתגלים דרך תדר סיכום הדור ספקטרוסקופיה ויברtional

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

ספקטרום רטט ייצור תדר סכום מצוידים לחקור ממשקים עם סלקטיביות בין גזעית. עם זאת, שיטת מקדם Fresnel יכולה לסייע בפתרון אפקט ההפרעה כאשר קיים ממשק אחר. היתרון העיקרי של SFG הוא סלקטיביות בין-גזעית ורגישות תת-מונולייה.טכניקה אופטית לא פולשנית זו מתאימה להשקעת ממשקים שונים כגון ממשקים מוצקים-נוזליים, מוצקים-מוצקים, נוזליים-נוזליים, גז מוצק וגז נוזלי. אנו מציעים למתחילים לקבל הרבה תרגול הפעלת מערכת SFG בעזרת מומחים אופטיקה SFG. אין קיצורי דרך.SFG לא הוכרה בדרך כלל כטכניקה רבת עוצמה, ולכן ברצוננו למשוך יותר עניין קהל ולעודד חוקרים נוספים ליישם טכניקה זו. כדי להתחיל, להכין על חמישה מיליליטר של שני או 4% על ידי פתרון משקל של פולי 2-הידרוקסיאתיל methacrylate או PHEMA באתנול נטול מים. שמור את הפתרון במעבדה שלושה ימים לפני השימוש.לאחר מכן, להשרות ארבעה IR כיתה סידן פלואוריד ישר זווית פריזמה ב כיתה אנליטית anhydrous טולואן לפחות 12 שעות. ואז לטבול את הפריזמה ב 30 מיליליטר של אתנול ולנגב את המשטחים עם כותנה degreasing במשך כ 10 דקות. שוטפים את הפריזמה במים טהורים במיוחד במשך שתי דקות ומייבשים אותם בגז חנקן.לאחר מכן, מניחים את הפריזמות במנקה פלזמת חמצן ומפנים את התא. לטפל מנסורות עם פלזמת חמצן במשך ארבע דקות ולשמור אותם בתא עד שהם משמשים. הכנת הסרט צריכה להתרחש בתוך שעה אחת של טיפול בפלזמה.במחקר זה, כדי לזהות באופן סלקטיבי את ממשק המכשול יש חשיבות רבה לבחור את עובי הסרט המתאים על פי התוצאה המחושבת של מודל מקדם Fresnal. כאשר מוכנים להכין את סרטי PHEMA, לתקן פריזמה נקייה במחזיק פריזמה על מעיל ספין ולהחיל טיפה אחת של הפתרון של PHEMA באתנול על הפריזמה. הפעל את מעיל הספין ב 1, 500 סל"ד במשך דקה אחת כדי להכין את הסרט PHEMA.מעיל פלזמה נוספת טיפל מנסרמות עם PHEMA באותו אופן. אנטל הסרטים בתנור ואקום להגדיר 80 מעלות צלזיוס לפחות 10 שעות. כדי לבצע את הניסוי למקם את הפנים מצופה PHEMA של פריזמה במים deionized.המתן 10 עד 20 דקות ולאחר מכן להעריך את מבנה PHEMA בין גזעי במים ובממשקי פריזמה עם ספקטרוסקופיה מסוימת של ייצור תדרים. בעת הפעלת מערכת FGS לא נותנים קרן האור ישירות להיכנס לעיניים שלך. כדי להתחיל להכין את תותב פיברואין משי לחמם שלושה ליטרים של 0.02 נתרן מים טוחן פחמתי לרתיחה.מרתיחים 7.5 גרם של פקעות משי בומביקס מורי בתסומה זו תוך ערבוב במשך 30 דקות. מעבירים את החומר הסיבי למיכל נקי ומערבבים אותו בשניים עד שלושה ליטרים של מים deionized במשך שמונה עד 10 דקות שלוש פעמים כדי לשטוף את מולקולות סריקין לא רצויים. יבש את החומר סיבי בתנור ואקום ב 60 מעלות צלזיוס לפחות 15 שעות.לאחר מכן, ממיסים גרם אחד של פיברואין משי יבש, degummed בארבעה מיליליטר של 9.3 ליתיום ברומיד דיוח. מערבבים את הפתרון ב 60 מעלות צלזיוס במשך שעתיים. לאחר מכן מניחים את תספורת פיברואין משי בשקית דיאליזה 3, 500 דלתון.דיאליזה הפתרון נגד ליטר אחד של מים deionized במשך שלושה ימים, שינוי המים שלוש פעמים ביום. לאחר השלמת הדיאליזה, יש לאחסן את תספורת פיברואין המשי בארבע מעלות צלזיוס. לאחר מכן, השתמש בשיטות שתוארו לעיל כדי לנקות מנסרה פלואוריד סידן מצופה אותו עם סרט פוליסטירן דק מ 3.5% על ידי פתרון פוליסטירן משקל.מניחים את הפריזמה מצופה פוליסטירן במגע עם פתרון פיברואין משי ולבחון את ממשק fibroin משי פוליסטירן עם ספקטרוסקופיה SFG. כדי להתחיל להכין את הדופלקס oligonucleotide, להמיס 10 ננומולים של אוליגונוקלאוטיד חד תקע המתאים ב 0.5 מיליליטר של מים אולטרה חוץ. עשה את אותו הדבר עבור אוליגונוקלאוטיד חינם.שלב את הפתרונות כדי להשיג 10 ננומולים לכל פתרון מיליליטר דופלקס אוליגונוקלאוטיד. לאחר מכן לשלב שני מיליגרם של DPPC, שני מיליגרם של DPPC deuterated, ומיליליטר אחד של כלורופורם כדי להשיג את פתרון השומנים. לאחר מכן, נקי ופלזמה לטפל מנסרה פלואוריד סידן כפי שתואר קודם לכן.צרף את הפריזמה הזו לתוצר הדגימה של שוקת לנגמיר-בלודג'ט. ממלאים את השוקת במים מיונים ומורידים פנים אחד של הפריזמה לתוך השוקת במילימטר אחד לדקה. להזריק כמה microliters של פתרון השומנים על פני השטח של המים ולחכות ללחץ פני השטח להתייצב על 12 millinewtons למטר.ואז להתחיל לדחוס את monolayer השומנים בחמישה מילימטרים לדקה. כאשר לחץ פני השטח מגיע 34 מילניטון למטר להרים את הפריזמה מן השוקת במילימטר אחד לדקה. הבא להכין 500 microliters של תערובת של פתרון oligonucleotide דופלקס ואת פתרון השומנים ביחס טוחנת 1 עד 100.לאחר מכן החלף את שוקת Langmuir-Blodgett עם מיכל פוליטרא-פלואורתילן גלילי מלא במים מיוניים. להזריק את תערובת השומנים oligonucleotide על המים עד לחץ פני השטח מגיע 34 millinewtons למטר. שים את הפנים מצופה שומנים של פריזמה במגע עם תערובת אוליגונוקלאוטיד השומנים כדי ליצור את המדגם הסופי.להעריך את אותות רטט מים כיראליים ו achiral עם ספקטרוסקופיה FSG. בדוגמה ראשונה זו, הממשק בין הידרוג'ל PHEMA לבין פריזמה פלואוריד סידן הראה פסגות חדות ברורות בספקטרום SFG. זה יוחס לממשק החלק בין סידן פלואוריד לבין הידרוג'ל.הממשק בין ההידרוגל למים שמסביב היה רחב יותר, תכונות פחות אינטנסיביות כי מולקולות מים יכול להתפזר לתוך החלק הארי של הידרוג'ל. כאן, כאשר ריכוז fibroin משי היה מעל הריכוז החופף הקריטי היו התגלו מבנים משניים כיראליים בממשק פוליסטירן הפתרון אלא אם כן מתנול נוסף כסוכן גרימת. מתחת לריכוז החופף הקריטי, אותות SFG כיראליים זוהו גם מבלי להוסיף מתנול המציין כי מבנים משניים מסודרים נוצרו ללא הפרעה בממשק פוליסטירן הפתרון.בדופלקס oligonucleotide מעוגן דגימת השומנים bilayer משתנה ריכוז יון הסידן לא הייתה השפעה משמעותית על אות המים כיראלי אשר מתאים בעיקר הידרציה מאוחר יותר של עמוד השדרה כיראלי החריץ קטין. לעומת זאת, ריכוז הסידן חזק השפיע על אותות המים האצ'יראליים התואמים בעיקר לשכבת המים המקיפה את שרשרת הדופלקס ואת bilayer. על כל זה הציע כי עמוד השדרה כיראלי של שכבת המים יכול להגן על oligonucleotide מפני יוני סידן.חישוב מקדם פרנל ובחירת עובי סרט מתאים יכולים לפתור בעיות הפרעה. אם ריבוי השתקפות ושבירה נחשבים להפצת השדה החשמלי הנכון בממשקים ניתן להתאים. ישנן שיטות חלופיות שניתן להשתמש בהן להכנת סרטים דקים עם עוביים רצויים כגון ציפוי צעד ותצהיר אדים כימיים.זיהוי פני השטח ומבנים בין-גזעיים הקשורים להייתוך, לבנביט, חיכוך ומאפיינים אחרים יכול לסייע לחוקרים להבין את המנגנונים הבסיסיים ולפתח חומרים פונקציונליים חדשים. ניתן להחיל שיטה זו גם על מערכות אחרות שבהן יש לחקור ממשקים מגוונים. עם זאת, המדיום שאתה רוצה קורות האור להפיץ חייב להיות שקוף.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Fabricating a UV-Vis and Raman Spectroscopy Immunoassay Platform

בודה UV-Vis ראמאן ספקטרוסקופיה פלטפורמת Immunoassay

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

כוח ספקטרוסקופיה של מולקולות חלבון יחיד באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי

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

הכנה A11-חיוביות β-עמילואיד אוליגומר והערכה באמצעות נקודה סופג ניתוח

&#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

קיבעון קוולנטיות של חלבונים על ספקטרוסקופיה כוח מולקולה בודדת

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

מדידת אינטראקציות של חלבונים הכדוריים, Filamentous על ידי תהודה מגנטית גרעינית ספקטרוסקופיה (NMR) Microscale 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

Assay ספקטרוסקופיה התנודות זריחה של אינטראקציות חלבון-חלבון באנשי קשר תא-תא

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

מבט כלפי חוץ: בידוד של Cyanobacterial שוחרר פולימרים פחמימות וחלבונים

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

אפיון ברמה המולקולרית באמצעות גישות ביוכימיות איתנות של חלבון קינאז חדש

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-תיווך אנזימטית והשתק של חלבון פלסטריזציה לספקטרוסקופיית מולקולות יחיד

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

אפיון מבני עמילואיד בהזדקנות C. אלגיה באמצעות הדמיה של תקופת החיים הפלואורסצנטית

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