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

Это исследование было поддержано Государственной программой развития основных исследований Китая (2017YFA0700500) и Национальным фондом естественных наук Китая (21574020). Фундаментальные исследовательские фонды для центральных университетов, проект, финансируемый приоритетным академическим программой развития высших учебных заведений Цзянсу (PAPD) и Национальным демонстрационным центром экспериментальной биомедицинской инженерии Образование (юго-восточный университет) также были высоко оценены.

1. SFG экспериментальный
<ol><li>Используйте коммерческую систему picosecond SFG(Таблица материалов), которая обеспечивает фундаментальный пучок 1064 нм с шириной импульса 20 с и частотой 50 Гц, на основе лазера Nd:YAG.</li>
	<li>Преобразуйте фундаментальный пучок 1064 нм в пучок 532 нм и 355 нм ?...

<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>

Для изучения структурной информации с молекулярного уровня, SFG имеет свои преимущества (т.е. монослойную или субмонослойную чувствительность и межфалую селективность), которые могут быть применены для изучения различных интерфейсов, таких как твердые/твердые, твердые/ жидкостные, твер...

Развитие генерации суммачастот (SFG) вибрационная спектроскопия может быть датировано работой, проделанной Shen et al. тридцать лет назад1,2. Уникальность межфалальной селективности и субмонослой чувствительности делает SFG колебателиальной спектроскопией, оцененной большим числом исследователей в области физики, химии, биологии и материаловедения, и т.д.3,4 ,5. В настоящее время с помощью SFG исследуется широкий круг научных вопросов, связанных с поверхностями и интерфейсами, особенно для сложных интерфейсов в отношении полимеров и биомакромолекул, таких как цепные структуры и структурное расслабление похоронен полимерных интерфейсов, белковых вторичных структур, и межлицевых водных структур9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
Для полимерных поверхностей и интерфейсов образцы тонкопленочных, как правило, готовятся путем спин-покрытия для получения нужных поверхностей или интерфейсов. Проблема возникает из-за сигнальных помех от двух интерфейсов как подготовленных пленок, что приводит к неудобствам для анализа собранных спектров SFG27,28,29. В большинстве случаев желательно использовать вибрационный сигнал только с одного интерфейса, пленки/субстрата или пленки/другой среды. На самом деле, решение этой проблемы довольно просто, а именно, экспериментально максимизировать световые поля на желательном интерфейсе и свести к минимуму световые поля на другом интерфейсе. Таким образом, коэффициенты Френеля или локальные коэффициенты поля должны быть рассчитаны с помощью тонкой модели пленки и должны быть проверены в отношении экспериментальных результатов3,9,10,11, 12,13,14,15,30.
С учетом вышеуказанного фона можно было бы исследовать некоторые полимерные и биологические интерфейсы, чтобы понять фундаментальную науку с молекулярного уровня. В следующем, принимая три межлицевых вопросов в качестве примеров: зондирование поли (2-гидроксиэтил метакрилат) (PHEMA) поверхности и похоронили интерфейс с субстратом9, образование шелкового фиброина (SF) вторичных структур на поверхности полистирола (PS) и водные структуры, окружающие модель короткоцепочечного олигонуклеотидного дуплекса16,21, мы покажем, как SFG вибрационная спектроскопия помогает выявить междефицитные молекулярного уровня структур в связи с основной наукой.

<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

В качестве нелинейной оптической спектроскопии второго порядка вибрационная спектроскопия генерации сумм (SFG) широко используется при исследовании различных поверхностей и интерфейсов. Этот неинвазивный оптический метод может обеспечить информацию местного молекулярного уровня с монослойной или субмонослойной чувствительностью. Здесь мы предоставляем экспериментальную методологию о том, как выборочно обнаружить похоронен интерфейс для макромолекулы и биомакромолекулы. Имея это в виду, межфамные вторичные структуры шелкового фиброина и водных структур вокруг модели короткоцепочечного олигонуклеотида дуплекс обсуждаются. Первый показывает цепной цепи перекрытия или пространственного заключения эффект, а второй показывает функцию защиты от Ионов Ca2 "в результате хиральной надстройки позвоночника воды.

В части коэффициента Френеля В секции Протокола мы показали, что теоретически можно выборочно обнаружить только один интерфейс одновременно. Здесь, экспериментально, мы подтвердили, что эта методология в основном правильно, как показано на рисунке 5 и рисунк...

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

Будучи всесторонне используется, сумма частоты генерации (SFG) вибрационная спектроскопия может помочь выявить цепной конформационного порядка и вторичных структурных изменений, происходящих на полимерных и биомакромолекулы интерфейсов.

Межфамальные молекулярные структуры полимеров и биомакромолекул, выявленные с помощью вибрационной спектроскопии генерации Sum

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

Вибрационные спектры генерации sum установлены для исследования интерфейсов с межфациальной избирательностью. Однако метод коэффициента Френеля может помочь решить эффект интерференции при использовании другого интерфейса. Основным преимуществом SFG является межконфессиональная избирательность и чувствительность субмонолайера.Этот неинвазивный оптический метод подходит для инвестирования различных интерфейсов, таких как твердо-жидкие, твердо твердые, жидко-жидкие, твердого газа и жидкого газа интерфейсов. Мы предлагаем новичкам получить много практики эксплуатации системы SFG с помощью экспертов в области оптики и SFG. Есть не ярлыки.SFG не был в целом признан в качестве мощного метода, поэтому мы хотели бы привлечь больше интереса аудитории и поощрять больше исследователей применять этот метод. Для начала приготовьте около пяти миллилитров либо двух, либо 4% по весовому раствору поли-2-гидроксиетилметилового метакрилата или ПЕМА в ангидроузовом этаноле. Храните раствор в лаборатории за три дня до его использования.Далее, замочить четыре ИК-класса фтора кальция право угловой призмы в аналитическом классе ангидрозола, по крайней мере 12 часов. Затем погрузите призмы в 30 миллилитров этанола и протрите поверхности обезжиривания хлопка в течение 10 минут. Промыть призму ультра чистой водой в течение двух минут и высушить их азотным газом.Затем поместите призмы в очиститель плазмы кислорода и эвакуируйте камеру. Лечить призмы с кислородной плазмы в течение четырех минут и держать их в камере, пока они не используются. Подготовка пленки должна происходить в течение одного часа после плазменной обработки.В этом исследовании для выборочного обнаружения барьерного интерфейса очень важно выбрать соответствующую толщину пленки в соответствии с расчетным результатом модели коэффициента Фресналя. Когда вы будете готовы подготовить пленки PHEMA, зафиксните чистую призму в держателе призмы на спиновом пальто и нанесите одну каплю раствора PHEMA в этаноле на призму. Запустите спин пальто на 1500 об /мин в течение одной минуты, чтобы подготовить фильм PHEMA.Пальто дополнительных плазменных обработанных призм с PHEMA таким же образом. Аннеал пленки в вакуумной печи установлен до 80 градусов по Цельсию, по крайней мере 10 часов. Для проведения эксперимента поместите PHEMA покрытием лица призмы в деионизированной воде.Подождите от 10 до 20 минут, а затем оцените межфашистскую структуру PHEMA в воде и интерфейсы призмы с некоторой спектроскопией генерации частоты. При работе системы FGS не позволяйте световой луч непосредственно прийти в глаза. Для начала подготовки раствора шелкового фиброина нагревают три литра 0,02 молярного карбоната натрия до кипения.Отварить 7,5 граммов шелковых коконов Bombyx мори в этом растворе, помешивая в течение 30 минут. Перенесите волокнистое вещество в чистый контейнер и перемешайте его в два-три литра деионизированной воды в течение восьми-десяти минут три раза, чтобы смыть нежелательные молекулы серицина. Высушите волокнистое вещество в вакуумной духовке при температуре 60 градусов по Цельсию в течение не менее 15 часов.Затем растворите один грамм сухого, degummed шелкового фиброина в четырех миллилтерах из 9,3 молярного акевого бромистого лития. Перемешать раствор при 60 градусах по Цельсию в течение двух часов. Затем поместите раствор шелкового фиброина в мешок диализа Далтона 3500.Диализуть раствор против одного литра деионизированной воды в течение трех дней, меняя воду три раза в день. После завершения диализа храните раствор фиброина шелка при четырех градусах Цельсия. Далее, используйте ранее описанные методы для очистки призмы фтора кальция и покрыть его тонкой полистироловой пленкой из 3,5% по весу полистирола раствора.Поместите призму с покрытием полистирола в контакт с раствором фиброина шелка и изучите интерфейс фиброина из полистирола с помощью спектроскопии SFG. Чтобы начать подготовку олигонуклеотидного дуплекса, растворите 10 наномолов соответствующего одностругового олигонуклеотида в 0,5 миллилтера ультрапурной воды. Сделай то же самое для бесплатного олигонуклеотида.Объедините растворы, чтобы получить 10 наномол на миллилитр дуплексный раствор олигонуклеотида. Затем объединить два миллиграмма DPPC, два миллиграмма дейтетерированного DPPC, и один миллилитр хлороформа для получения липидного раствора. Далее, чистые и плазмы лечения фтора кальция призму, как описано ранее.Прикрепите эту призму к образцу удержания корыта Лангмуир-Блоджетт. Заполните корыто с деионизированной водой и опустите одну сторону призмы в корыто на один миллиметр в минуту. Ввесни несколько микролитров липидного раствора на поверхность воды и подождите, пока поверхностное давление стабилизируется на уровне около 12 миллиневтонов на метр.Затем начните сжимать липидный монослой со стороны пяти миллиметров в минуту. Когда поверхностное давление достигает 34 миллиневтонов на метр, поднимите призму из корыта на один миллиметр в минуту. Далее приготовьте 500 микролитров смеси раствора дуплексного олигонуклеотида и липидного раствора в соотношении 1 к 100 молар.Затем замените корыто Лангмуир-Блоджетт цилиндрическим полиэтиленовым контейнером, наполненным деионизированной водой. Введите липидную смесь олигонуклеотида в воду до тех пор, пока поверхностное давление не достигнет 34 миллиневтонов на метр. Положите липидный монослой покрытием лицо призмы в контакте с липидной смесью олигонуклеотида, чтобы сформировать окончательный образец.Оцените хиральные и ачиральные вибрационные сигналы воды с помощью спектроскопии FSG. В этом первом примере интерфейс между гидрогелями PHEMA и призмой фтора кальция показал явные резкие пики в спектре SFG. Это было связано с плавным интерфейсом между фтором кальция и гидрогелем.Интерфейс между гидрогелем и окружающей водой имел более широкие, менее интенсивные функции, поскольку молекулы воды могли рассеиваться в основную часть гидрогеля. Здесь, когда концентрация фиброина шелка была выше критической перекрывающейся концентрации, были обнаружены хиральные вторичные структуры на интерфейсе раствора полистирола, если метанол не был добавлен в качестве индуцирующего агента. Ниже критической перекрывающейся концентрации, хиральные сигналы SFG были обнаружены даже без добавления метанола, указывая, что заказанные вторичные структуры образуются без посторонней помощи на интерфейсе раствора полистирола.В дуплексе олигонуклеотид якорный образец липидного билейера, изменяющий концентрацию ионов кальция, не имел существенного влияния на хиральный водяной сигнал, который в первую очередь соответствует гидратации позже хирального позвоночника в незначительной канавке. В отличие от этого, концентрация кальция сильно влияет на ачирал водные сигналы, которые в первую очередь соответствуют водному слою, окружающему дуплексную цепь и билейер. При всем этом можно было сказать, что хиральный позвоночник водяного слоя может защитить олигонуклеотид от ионов кальция.Расчет коэффициента Френеля и выбор соответствующей толщины пленки может решить проблемы с помехами. Если мультирефлексия и преломление считаются правильным распределением электрического поля на интерфейсах, можно отрегулировать. Существуют альтернативные методы, которые могут быть использованы для подготовки тонких пленок с желаемой толщины, такие как шаг покрытия и химического осаждения пара.Обнаружение поверхностных и межфракционных структур, связанных с адгезией, смывом, трением и другими свойствами, может помочь исследователям понять основные механизмы и разработать новые функциональные материалы. Этот метод также может быть применен к другим системам, где необходимо изузнать различные интерфейсы. Тем не менее, среда, которую вы хотите световые лучи распространяются должны быть прозрачными.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Fabricating a UV-Vis and Raman Spectroscopy Immunoassay Platform

Фабрикации UV-VIS и спектроскопии комбинационного рассеяния света иммуноанализа платформы

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

Спектроскопия силы одного белковых молекул с помощью атомно-силового микроскопа

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-позитивных β-амилоида олигомера подготовки и оценки, с помощью Dot промокательной анализ

&#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

Ковалентной иммобилизации белков для одной молекулы силой спектроскопии

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

Измерения взаимодействий шаровых и волокнистых белков спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и микромасштабной 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

Флуоресценции колебания спектроскопии Assay белок белковых взаимодействий в ячейке контакты

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

Взгляд наружу: Изоляция цианобактериальных высвобождаемых углеводных полимеров и белков

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

Характеристика на молекулярном уровне с использованием надежных биохимических подходов нового белка киназы

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-опосредованный ферментативный синтез и иммобилизация полимеризованного белка для одномолекулярной силовой спектроскопии

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

Характеристика амилоидных структур в старении C. Elegans использованием флуоресценции пожизненной визуализации

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