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 studien ble støttet av statens nøkkel utviklings program for grunnleggende forskning i Kina (2017YFA0700500) og National Natural Science Foundation i Kina (21574020). Den grunnleggende Research Funds for Central universiteter, et prosjekt finansiert av priority Academic program utvikling av Jiangsu Higher Education institusjoner (PAPD) og National demonstrasjon Center for Experimental Biomedical engineering Utdanning (Southeast University) ble også verdsatt.

1. SFG eksperimentell
<ol><li>Bruk en kommersiell picosecond SFG system (tabell av materialer), som gir en fundamental 1064 NM stråle med en pulsbredde på ~ 20 PS og en frekvens på 50 Hz, basert på en nd: YAG laser.</li>
	<li>Konverter den fundamentale 1064 NM strålen til en 532 nm stråle og en 355 NM stråle ved hjelp av andre og tredje harmoniske moduler. Direkte guide 532 nm strålen som en input lysstråle og generere andre innspill mid-infrarød (IR) strålen dekker frekvens...

<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 å undersøke den strukturelle informasjon fra et molekylnivå, har SFG sine iboende fordeler (dvs. monolag eller sub-monolag følsomhet og grenseflate selektivitet), som kan brukes til å studere ulike grensesnitt, for eksempel fast/fast, solid/ væske, fast/gass, væske/gass, væske/væske-grensesnitt. Selv om utstyret vedlikehold og den optiske justeringen er fortsatt tidkrevende, er utbetalingen betydelig i at detaljert molekylær-nivå informasjon på overflater og grensesnitt kan fås.
<p class="jove_conten...

Utvikling av sum frekvens generering (SFG) vibrasjonsmedisin spektroskopi kan dateres tilbake til arbeidet gjort av Shen et al. tretti år siden1,2. Det unike med grenseflate selektivitet og sub-monolag følsomhet gjør SFG vibrasjonen spektroskopi verdsatt av et stort antall forskere innen fysikk, kjemi, biologi og materialer vitenskap, etc3,4 ,5. For tiden er et bredt spekter av vitenskapelige spørsmål knyttet til overflater og grensesnitt blir undersøkt ved hjelp SFG, spesielt for komplekse grensesnitt med hensyn til polymerer og biomacromolecules, slik som kjeden strukturer og strukturelle avslapping på begravet polymer grensesnitt, proteinet sekundære strukturer, og grenseflate vann strukturer9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
For polymer overflater og grensesnitt, er tynn-film prøver generelt utarbeidet av Spin-belegg for å oppnå de ønskede overflater eller grensesnitt. Problemet oppstår på grunn av signalforstyrrelser fra de to grensesnittene i som-forberedt filmer, noe som fører til ulempe for å analysere de innsamlede SFG Spectra27,28,29. I de fleste tilfeller, vibrasjonsmedisin signalet bare fra ett enkelt grensesnitt, enten film/substrat eller film/det andre mediet, er ønskelig. Egentlig er løsningen på dette problemet ganske enkelt, nemlig å eksperimentelt maksimere lys feltene på ønskelig grensesnitt og minimere lys feltene på det andre grensesnittet. Derfor må Fresnel koeffisienter eller lokale felt koeffisienter beregnes via den tynne film modellen og bli validert med hensyn til de eksperimentelle resultatene3,9,10,11, 12,13,14,15,30.
Med ovennevnte bakgrunn i tankene, kan noen polymer og biologiske grensesnitt bli undersøkt for å forstå grunnleggende vitenskap fra molekylær nivå. I det følgende, tar tre grenseflate problemer som eksempler: undersøkelser Poly (2-hydroxyethyl akrylat) (PHEMA) overflate og begravet grensesnitt med substrat9, dannelse av silke FIBROIN (SF) sekundære strukturer på POLYSTYREN (PS) overflate og vann konstruksjoner rundt modellen kort-kjeden oligonukleotid duplex16,21, vil vi vise hvordan SFG vibrasjonen spektroskopi bidrar til å avdekke grenseflate molekylær-nivå strukturer i forbindelse med den underliggende vitenskapen.

<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 andre-ordre ikke-lineær optisk spektroskopi, sum hyppigheten generasjon (SFG) vibrasjonen spektroskopi har vidt blitt anvendt inne etterforske forskjellige overflater og grenseflate. Denne ikke-invasiv optisk teknikk kan gi lokal molekylær-nivå informasjon med monolag eller submonolayer følsomhet. Vi her er å tilby eksperimentell metodikk på hvordan du selektivt oppdage begravet grensesnitt for både makromolekyler og biomacromolecules. Med dette i bakhodet, grenseflate sekundære strukturer av silke fibroin og vann strukturer rundt modellen kort-kjeden oligonukleotid tosidig er diskutert. Den førstnevnte viser en kjede-kjeden overlapping eller romlig fødsel effekt og sistnevnte viser en beskyttelse funksjon mot ca2 + ioner som følge av chiral ryggraden over bygningen av vann.

I Fresnel koeffisient del av protokoll seksjon, har vi vist at teoretisk sett er det mulig å selektivt oppdage bare ett enkelt grensesnitt på en gang. Her, eksperimentelt, bekreftet vi at denne metodikken er i utgangspunktet riktig, som vist i figur 5 og figur 6.
Figur 5 viser BEGRAVET grenseflate PHEMA struktur etter vann inntrenging med en ~ 150 NM PHEMA hydrogel film og figur 6</...

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

Å være omfattende utnyttet, sum frekvens generering (SFG) vibrasjonsmedisin spektroskopi kan bidra til å avdekke kjeden conformational orden og sekundære strukturelle endringer skjer på polymer og biomacromolecule grensesnitt.

Grenseflate molekylær-nivå strukturer av polymerer og Biomacromolecules avdekket via sum frekvens generasjon vibrasjonen spektroskopi

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

Sumfrekvensgenerering vibrasjonsspektra er montert for å undersøke grensesnitt med interfacial selektivitet. Fresnel-koeffisientmetoden kan imidlertid bidra til å løse interferenseffekten når et annet grensesnitt finnes. Den største fordelen med SFG er interfacial selektivitet og submonolayer følsomhet.Denne ikke-invasive optiske teknikken er egnet for å investere ulike grensesnitt som fast-væske, fast fast stoff, væske-væske, fast gass og flytende gass grensesnitt. Vi foreslår at nybegynnere får mye praksis som opererer SFG-systemet ved hjelp av eksperter på optikk og SFG. Det er ikke snarveier.SFG har ikke blitt allment anerkjent som kraftig teknikk, så vi ønsker å tiltrekke seg mer publikumsinteresse og oppmuntre flere forskere til å bruke denne teknikken. Til å begynne, forberede omtrent fem millilters av enten en to eller 4% av vektløsning av poly-2-hydroksyetylmetakrylat eller PHEMA i vannfri etanol. Oppbevar oppløsningen i laboratoriet tre dager før bruk.Deretter suge fire IR klasse kalsium fluor rett vinklet prisme i analytisk karakter vannfri toluen i minst 12 timer. Dypp deretter prismene i 30 millilters etanol og tørk overflatene med avfettende bomull i ca 10 minutter. Skyll prismet med ultra rent vann i to minutter og tørk dem med nitrogengass.Deretter plasserer du prismene i en oksygenplasmarenser og evakuerer kammeret. Behandle prismene med oksygenplasma i fire minutter og hold dem i kammeret til de brukes. Filmpreparat bør skje innen en time etter plasmabehandling.I denne studien, for å selektivt oppdage barrieregrensesnittet, er det av stor betydning å velge riktig filmtykkelse i henhold til det beregnede resultatet av Fresnal-koeffisientmodellen. Når du er klar til å forberede PHEMA-filmene, fikser du et rent prisme i en prismeholder på et spincoater og påfør en dråpe av løsningen av PHEMA i etanol til prismet. Kjør spin coater på 1, 500 RPM i ett minutt for å forberede PHEMA-filmen.Coat ekstra plasma behandlet prismer med PHEMA på samme måte. Anneal filmene i en vakuumovn satt til 80 grader Celsius i minst 10 timer. For å utføre eksperimentet plasserer PHEMA belagt ansikt av prismet i deionisert vann.Vent 10 til 20 minutter og deretter vurdere interfacial PHEMA struktur på vann og prisme grensesnitt med noen frekvens generasjon spektroskopi. Mens du bruker FGS-systemet, ikke la lysstrålen komme direkte inn i øynene dine. For å begynne å forberede silkefibroinoppløsningen varmes tre liter 0,02 molar vandig natriumkarbonat til koking.Kok 7,5 gram Bombyx mori silke kokonger i denne løsningen under omrøring i 30 minutter. Overfør den fibrøse materien til en ren beholder og rør den i to til tre liter deionisert vann i åtte til 10 minutter tre ganger for å vaske av uønskede sericinmolekyler. Tørk det fibrøse nivået i en vakuumovn ved 60 grader Celsius i minst 15 timer.Deretter oppløse ett gram tørr, degummed silke fibroin i fire millilters av 9,3 molar vandig litiumbromid. Rør løsningen ved 60 grader Celsius i to timer. Legg deretter silkefibroinløsningen i en 3500 Dalton dialysepose.Dialyze løsningen mot en liter deionisert vann i tre dager, endre vannet tre ganger per dag. Når dialyse er fullført, lagre silkefibroinløsningen ved fire grader Celsius. Deretter bruker du de tidligere beskrevne metodene for å rengjøre et kalsiumfluoridprisme og belegge det med en tynn polystyrenfilm fra en 3,5% av vektpolystyrenløsning.Plasser det polystyrenbelagte prismet i kontakt med silkefibroinløsningen og undersøk polystyrensilkefibroingrensesnittet med SFG-spektroskopi. For å begynne å forberede oligonukleotid dupleks, oppløs 10 nanomol av riktig enkelttet oligonukleotid i 0,5 millilters ultrapure vann. Gjør det samme for gratis oligonucleotide.Kombiner løsningene for å oppnå en 10 nanomol per milliliter duplex oligonukleotidløsning. Deretter kombinerer du to milligram DPPC, to milligram deuterated DPPC og en milliliter kloroform for å oppnå lipidløsningen. Deretter behandler ren og plasma et kalsiumfluoridprisme som tidligere beskrevet.Fest dette prismet til prøven hold av en Langmuir-Blodgett trau. Fyll trauet med deionisert vann og senk det ene ansiktet av prismet inn i trauet på en millimeter per minutt. Injiser flere mikroliter av lipidoppløsningen på overflaten av vannet og vent på at overflatetrykket stabiliserer seg på ca. 12 millinewtons per meter.Begynn deretter å komprimere lipid-monolayeren med fem millimeter per minutt. Når overflatetrykket når 34 millinewtons per meter løfte prismet fra trau på en millimeter per minutt. Deretter forbereder du 500 mikroliter av en blanding av dupleks oligonukleotidløsningen og lipidløsningen i et ett til 100 molarforhold.Deretter erstatte Langmuir-Blodgett trau med en sylindrisk polytetrafluorethylen beholder fylt med avionisert vann. Injiser oligonukleotidlipidblandingen på vannet til overflatetrykket når 34 millinewtonn per meter. Sett lipid monolayer belagt ansiktet av prismet i kontakt med lipid oligonukleotid blandingen for å danne den endelige prøven.Evaluer chiral- og achiral vannvibrasjonssignalene med FSG-spektroskopi. I dette første eksemplet viste grensesnittet mellom PHEMA hydrogeler og kalsiumfluoridprismet klare skarpe topper i SFG-spekteret. Dette ble tilskrevet det glatte grensesnittet mellom kalsiumfluorid og hydrogelen.Grensesnittet mellom hydrogelen og det omkringliggende vannet hadde bredere, mindre intense egenskaper fordi vannmolekyler kunne spre seg inn i hoveddelen av hydrogelen. Her når silkefibroinkonsentrasjonen var over den kritiske overlappende konsentrasjonen, ble det oppdaget kiral sekundære strukturer ved løsningspolystyrengrensesnittet med mindre metanol ble tilsatt som et induserende middel. Under den kritiske overlappende konsentrasjonen ble chiral SFG-signaler oppdaget selv uten å legge til metanol som indikerer at bestilte sekundære strukturer dannet uten hjelp av oppløsningen polystyren grensesnitt.I dupleksoigonukleotidforankret lipid bilayer prøve varierende kalsiumionkonsentrasjonen hadde ingen signifikant effekt på chiral vannsignalet som primært tilsvarer hydrering senere av chiral ryggraden i det mindre sporet. I motsetning påvirket kalsiumkonsentrasjonen sterkt achiral vannsignaler som primært tilsvarer vannlaget rundt duplekskjeden og bilayeren. Over alt dette antydet at den kirale ryggraden i vannlaget kunne beskytte oligonukleotid mot kalsiumioner.Beregning av Fresnel-koeffisienten og valg av passende filmtykkelse kan løse interferensproblemer. Hvis multirefleksjon og brytning anses som riktig elektrisk feltdistribusjon på grensesnittene kan justeres. Det finnes alternative metoder som kan brukes til å forberede tynne filmer med ønskede tykkelser som trinnbelegg og kjemisk dampdeponering.Å oppdage overflaten og interfaciale strukturer knyttet til vedheft, hvitting, friksjon og andre egenskaper kan hjelpe forskere med å forstå de underliggende mekanismene og utvikle nye funksjonelle materialer. Denne metoden kan også brukes på andre systemer der varierte grensesnitt må undersøkes. Mediet du ønsker at lysstrålene forplanter seg, må imidlertid være gjennomsiktig.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Fabricating a UV-Vis and Raman Spectroscopy Immunoassay Platform

Fabrikere 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

Tvinge spektroskopi enkelt Protein molekyler med en Atomic Force mikroskopet

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 hjelp av 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 av proteiner for ett molekyl Force 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

Måle interaksjoner Globular og trådformede proteiner av kjernefysiske magnetisk resonans spektroskopi (NRM) og Mikroskala 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

En fluorescens svingninger spektroskopi analysen av Protein-Protein interaksjoner i 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

Looking utover: isolering av Cyanobacterial Released karbohydrater polymerer 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 Molecular Level bruker robust biokjemiske tilnærminger av en ny 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-mediert enzymatisk syntese og immobilisering av polymerisert protein for enkeltmolekylet kraftspektroskopi

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 av amyloid strukturer i aldring C. Elegans ved hjelp av fluorescens levetid 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 ...