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

Denna studie stöddes av staten Key Development program för grundläggande forskning i Kina (2017YFA0700500) och National Natural Science Foundation i Kina (21574020). De grundläggande forskningsfonderna för de centrala universiteten, ett projekt finansierat av den prioriterade akademiska program utvecklingen i Jiangsu högre utbildningsanstalter (PAPD) och det nationella demonstrations centret för experimentell medicinsk teknik Education (Southeast University) var också mycket uppskattat.

1. SFG experimentell
<ol><li>Använd en kommersiell pikosekund SFG system (tabell över material), som ger en grundläggande 1064 nm balk med en pulsbredd på ~ 20 PS och en frekvens av 50 Hz, baserat på en nd: YAG-laser.</li>
	<li>Omvandla den grundläggande 1064 nm-strålen till en 532 nm-stråle och en 355 nm-stråle genom att använda andra och tredje harmoniska moduler. Direkt vägleda 532 nm strålen som en ingång ljusstråle och generera andra indata mitten av infraröd (IR) s...

<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>

För att undersöka den strukturella informationen från en molekylär nivå har SFG sina inneboende fördelar (dvs., enskiktslager eller sub-enskiktslager känslighet och gränsskikts selektivitet), som kan tillämpas för att studera olika gränssnitt, såsom solid/solid, solid/ vätska, fast/gas, vätska/gas, flytande/flytande gränssnitt. Även om utrustningen underhåll och den optiska anpassningen är fortfarande tidskrävande, är payoff betydande i att den detaljerade molekylnivå information på ytor och gränss...

Utveckling av sum Frequency generation (SFG) vibrations spektroskopi kan dateras tillbaka till det arbete som gjorts av Shen et al. trettio år sedan1,2. Det unika med gränsskikts selektivitet och sub-monolayer känslighet gör SFG vibrations spektroskopi uppskattas av ett stort antal forskare inom områdena fysik, kemi, biologi och materialvetenskap, etc3,4 ,5. För närvarande utreds ett brett spektrum av vetenskapliga frågor med anknytning till ytor och gränssnitt med hjälp av SFG, särskilt för komplexa gränssnitt med avseende på polymerer och biomacromolecules, såsom kedje strukturer och strukturell avslappning vid begravda polymer gränssnitt, proteinet sekundära strukturer, och den gränsskikts vatten strukturer9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
För polymerytor och gränssnitt, är tunnfilms prov i allmänhet utarbetats av spinn-beläggning för att få önskad ytor eller gränssnitt. Problemet uppstår tack vare signalstörningen från tvåna har kontakt av som-förberett filmar, som blytak till besvär för analysering av de samlade SFG-spektra27,28,29. I de flesta fall är Vibrationssignalen endast från ett enda gränssnitt, antingen film/substrat eller film/det andra mediet, önskvärt. Egentligen är lösningen på detta problem ganska lätt, nämligen att experimentellt maximera ljus fälten på det önskvärda gränssnittet och minimera ljus fälten på det andra gränssnittet. Därför måste de Fresnel-koefficienterna eller de lokala fältkoefficienterna beräknas via den tunna film modellen och valideras med avseende på de experimentella resultaten3,9,10,11, 12,13,14,15,30.
Med ovanstående bakgrund i åtanke, kan vissa polymer och biologiska gränssnitt undersökas för att förstå grundläggande vetenskap från molekylär nivå. I följande, med tre gränsskikts frågor som exempel: sondering poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (phema) yta och begravda gränssnitt med substrat9, bildandet av Silk så fibroin (SF) sekundära strukturer på polystyren (PS) yta och vatten strukturer omgivande modell kort kedja oligonukleotide duplex16,21, kommer vi att visa hur SFG vibrations spektroskopi hjälper till att avslöja gränsskikts molekylär nivå strukturer i samband med den underliggande vetenskapen.

<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 Second-order ickelinjär Optisk spektroskopi, har sum Frequency generation (SFG) vibrations spektroskopi i stor utsträckning använts för att undersöka olika ytor och gränssnitt. Denna icke-invasiva optiska teknik kan ge lokal molekylär nivå information med enskiktslager eller submonolayer känslighet. Vi ger här en experimentell metodik för att selektivt detektera det begravda gränssnittet för både makromolekyler och biomacromolecules. Med detta i åtanke, gränsskikts sekundära strukturer av silke så fibroin och vatten strukturer runt modellen kort kedjans oligonukleotide duplex diskuteras. Den förstnämnda visar en kedje-kedja överlappning eller rumslig instängdhet effekt och den senare visar en skyddsfunktion mot ca2 + joner som härrör från kirala ryggraden överbyggnad av vatten.

I Fresnel koefficienten del av protokoll avsnitt, har vi visat att, teoretiskt, är det möjligt att selektivt upptäcka endast ett enda gränssnitt på en gång. Här, experimentellt, bekräftade vi att denna metod är i grunden korrekt, som visas i figur 5 och figur 6.
Figur 5 visar den begravda gränsskikts phema struktur efter vatteninträngning med en ~ 150 Nm phema hydrogel film och <strong class="x...

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

Att vara omfattande utnyttjas, kan sum Frequency generation (SFG) vibrations spektroskopi bidra till att avslöja kedje kon Formations ordning och sekundära strukturella förändringar sker vid polymer och biomacromolecule gränssnitt.

Interfacial molekylär nivå strukturer av polymerer och Biomacromolecules avslöjade via sum Frequency generation vibrational spektroskopi

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

Sum frekvensgenerering vibrational spektra är monterade för att undersöka gränssnitt med interfacial selektivitet. Men Fresnel koefficient metod kan bidra till att lösa störningseffekten när ett annat gränssnitt finns. Den största fördelen med SFG är den interfacial selektivitet och submonolayer känslighet.Denna noninvasive optisk teknik är lämplig för att investera olika gränssnitt såsom fast-vätska, fast-fast, flytande-vätska, fast-gas, och flytande-gas gränssnitt. Vi föreslår att nybörjare får mycket övning som driver SFG-systemet med hjälp av experter inom optik och SFG. Det finns inte genvägar.SFG har inte allmänt erkänts som kraftfull teknik, så vi skulle vilja locka mer publik intresse och uppmuntra fler forskare att tillämpa denna teknik. Till att börja med, förbereda cirka fem millilter av antingen en två eller 4%i vikt lösning av poly-2-hydroxyetylmetakrylat eller PHEMA i vattenfri etanol. Håll lösningen i labbet tre dagar före användning.Därefter, blöt fyra IR-kvalitet kalciumfluorid rätt vinklad prisma i analytisk grad vattenfri toluen i minst 12 timmar. Sänk sedan prismorna i 30 millilters etanol och torka av ytorna med avfettning bomull i ca 10 minuter. Skölj prismat med ultra rent vatten i två minuter och torka dem med kvävegas.Därefter placerar prismorna i en syre plasma renare och evakuera kammaren. Behandla prismorna med syrgasplasma i fyra minuter och förvara dem i kammaren tills de används. Filmpreparation ska ske inom en timme efter plasmabehandling.I denna studie, att selektivt upptäcka barriärgränssnittet är det av stor vikt att välja lämplig filmtjocklek enligt det beräknade resultatet av Fresnal koefficient modell. När du är redo att förbereda PHEMA-filmerna, fixa en ren prisma i en prisma hållare på en spin coater och tillämpa en droppe av lösningen av PHEMA i etanol till prisma. Kör spin coater på 1, 500 RPM i en minut för att förbereda PHEMA-filmen.Coat ytterligare plasmabehandlade prismor med PHEMA på samma sätt. Anneal filmerna i en vakuumugn inställd på 80 grader Celsius i minst 10 timmar. För att utföra experimentet placera PHEMA belagda ansikte prismat i avjoniserat vatten.Vänta 10 till 20 minuter och utvärdera sedan den interfaciala PHEMA-strukturen vid vatten- och prismagränssnitten med viss frekvensgenereringsspektroskopi. Under drift av FGS-systemet inte låta ljusstrålen direkt komma in i dina ögon. Att börja förbereda silke fibroinlösningen värme tre liter 0,02 molar vattenhaltigt natriumkarbonat till kokning.Koka 7,5 gram Bombyx mori silkeskokonger i denna lösning under omrörning i 30 minuter. Överför fibrösa materian till en ren behållare och rör om den i två till tre liter avjoniserat vatten i åtta till 10 minuter tre gånger för att tvätta bort de oönskade sericinmolekylerna. Torka fibrösa substansen i en vakuumugn vid 60 grader Celsius i minst 15 timmar.Därefter upplöser man ett gram torr, degummed silk fibroin i fyra millilter av 9,3 molar vattenhaltig litiumbromid. Rör om lösningen i 60 grader Celsius i två timmar. Placera sedan silke fibroin lösningen i en 3, 500 Dalton dialyspåse.Dialyze lösningen mot en liter avjoniserat vatten i tre dagar, ändra vattnet tre gånger per dag. När dialysen är klar, lagra silke fibroin lösning vid fyra grader Celsius. Därefter använder de tidigare beskrivna metoderna för att rengöra en kalciumfluorid prisma och päls den med en tunn polystyren film från en 3,5%vikt polystyren lösning.Placera polystyrenbelagd prisma i kontakt med silkefibroinlösningen och undersök gränssnittet polystyren silkefibroin med SFG-spektroskopi. För att börja förbereda oligonukleotid duplex, lösa 10 nanomoles av lämplig enkelsträngad oligonukleotid i 0,5 millilters av ultrapure vatten. Gör samma sak för den kostnadsfria oligonukleotiden.Kombinera lösningarna för att få en 10 nanomol per milliliter duplex oligonukleotidlösning. Kombinera sedan två milligram DPPC, två milligram av deuterated DPPC, och en milliliter av kloroform för att erhålla lipidlösningen. Därefter behandlar ren och plasma en kalciumfluorid prisma som tidigare beskrivits.Fäst denna prisma på provhållet av en Langmuir-Blodgett-tråg. Fyll tråg med avjoniserat vatten och sänk ena ansiktet av prismat in i tråget på en millimeter per minut. Injicera flera mikroliter av lipidlösningen på vattenytan och vänta tills yttrycket stabiliseras vid ca 12 millinewtons per meter.Börja sedan komprimera lipidmonlayern med fem millimeter per minut. När yttrycket når 34 millinewtons per meter lyft prismat från tråget på en millimeter per minut. Nästa förbereda 500 mikroliter av en blandning av duplex oligonukleotid lösning och lipidlösningen i en en till 100 molar förhållande.Byt sedan ut Langmuir-Blodgett-tråget mot en cylindrisk polytetrafluoretylenbehållare fylld med avjoniserat vatten. Injicera oligonukleotid lipidblandningen på vattnet tills yttrycket når 34 millinewtons per meter. Sätt lipid monolayer belagda ansikte prismat i kontakt med lipid oligonukleotid blandningen att bilda det slutliga provet.Utvärdera de kirala och achirala vattenvibrationssignalerna med FSG-spektroskopi. I detta första exempel visade gränssnittet mellan PHEMA hydrogels och kalciumfluoridprisma tydliga skarpa toppar i SFG-spektrumet. Detta tillskrevs det släta gränssnittet mellan kalciumfluorid och hydrogelen.Gränssnittet mellan hydrogel och omgivande vatten hade bredare, mindre intensiva funktioner eftersom vattenmolekyler kunde sprida sig till huvuddelen av hydrogel. Här när silke fibroin koncentrationen var över den kritiska överlappande koncentrationen fanns do upptäckta kirala sekundära strukturer vid lösningen polystyren gränssnittet om inte metanol tillsattes som inducerande agent. Under den kritiska överlappande koncentrationen upptäcktes kirala SFG-signaler även utan att lägga metanol som anger att beställda sekundära strukturer bildas utan hjälp vid lösningen polystyren gränssnittet.I duplex oligonukleotid förankrade lipid bilayer provet varierande kalcium jon koncentrationen hade ingen signifikant effekt på kiralt vatten signal som i första hand motsvarar hydrering senare av den kirala ryggraden i mindre spåret. Däremot kalciumkoncentrationen starkt verkställt achiral vattensignaler som i första hand motsvarar vattenskiktet som omger duplex kedjan och bilayer. Över allt detta föreslog att den kirala ryggraden i vattenskiktet kunde skydda oligonukleotid från kalciumjoner.Att beräkna Fresnelkoefficienten och välja en lämplig filmtjocklek kan lösa störningsproblem. Om multi-reflektion och refraktion anses rätt elektriska fältfördelning vid gränssnitten kan justeras. Det finns alternativa metoder som kan användas för att förbereda tunna filmer med önskade tjocklekar som steg-beläggning och den kemiska ångdeposition.Upptäcka ytan och interfacial strukturer relaterade till vidhäftning, vitling, friktion, och andra egenskaper kan hjälpa forskare att förstå de underliggande mekanismerna och utveckla nya funktionella material. Denna metod kan också tillämpas på andra system där varierande gränssnitt behöver undersökas. Det medium du önskar att ljusstrålarna fortplantar måste dock vara genomskinligt.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Fabricating a UV-Vis and Raman Spectroscopy Immunoassay Platform

Tillverka en UV-Vis och Ramanspektroskopi immun Platform

Immunoassays are used to detect proteins based on the presence of associated antibodies. Because of their extensive use in research and clinical settings, ...

Force Spectroscopy of Single Protein Molecules Using an Atomic Force Microscope

Kraft spektroskopi av enda proteinmolekyler genom en Atomic Force Mikroskop

The determination of the folding process of proteins from their amino acid sequence to their native 3D structure is an important problem in biology. ...

A11-positive &#946;-amyloid Oligomer Preparation and Assessment Using Dot Blotting Analysis

A11-positive ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-amyloid Oligomer Preparation and Assessment Using Dot Blotting Analysis

A11-positiv β-amyloid oligomerer beredning och bedömning med hjälp av Dot Blotting analys

&#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

Kovalent immobilisering av proteiner för den enda molekyl kraft spektroskopin

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

Mäta interaktion av klotformig och fintrådiga proteiner av kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR) och hur provtagningsutrustningen skall 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 fluktuation spektroskopi haltbestämning av Protein-Protein interaktioner på Cell-Cell kontakter

A variety of biological processes involves cell-cell interactions, typically mediated by proteins that interact at the interface between neighboring ...

Looking Outwards: Isolation of Cyanobacterial Released Carbohydrate Polymers and Proteins

Ser utåt: isolering av Cyanobakterial släppt kolhydrat polymerer och 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 molekylär nivå med hjälp av robusta biokemiska metoder för ett nytt Kinas 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-medierad enzymatisk syntes och immobilisering av polymeriserat protein för enmolekylkraftsspektroskopi

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 amyloidstrukturer i åldrande C. Elegans med fluorescenslivslängd 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 ...