Estruturas de nível molecular interfacial de polímeros e biomacromoléculas reveladas através de espectroscopia vibracional de geração de frequência de soma
Summary
Sendo utilizado de forma abrangente, a espectroscopia vibracional de geração de frequência de soma (SFG) pode ajudar a revelar a ordem conformacional da cadeia e a mudança estrutural secundária acontecendo em interfaces de polímero e biomacromolécula.
Abstract
Como espectroscopia óptica não linear de segunda ordem, a espectroscopia vibracional de geração de frequência de soma (SFG) tem sido amplamente utilizada na investigação de várias superfícies e interfaces. Esta técnica ótica não invasora pode fornecer a informação local do molecular-nível com monoolayer ou sensibilidade do submonolayer. Nós estamos aqui fornecendo a metodologia experimental em como detectar seletivamente a relação enterrada para macromoléculas e biomacromoléculas. Com isto na mente, as estruturas secundárias interfaciais do fibroína e das estruturas de água de seda em torno do duplex modelo da curto-corrente do oligonucleotide são discutidas. O primeiro mostra uma sobreposição da cadeia de cadeia ou o efeito de confinamento espacial e o último mostra uma função de proteção contra os íons Ca2 + resultantes da superestrutura da coluna quiral da água.
Introduction
O desenvolvimento da espectroscopia vibracional de geração de frequência de soma (SFG) pode ser datado de volta ao trabalho realizado por Shen et al. há trinta anos1,2. A singularidade da seletividade interfacial e da sensibilidade da submonocamada faz com que a espectroscopia vibracional SFG seja apreciada por um grande número de pesquisadores nas áreas de física, química, biologia e ciência dos materiais, etc3,4 ,5. Atualmente, uma ampla gama de questões científicas relacionadas a superfícies e interfaces estão sendo investigadas usando o SFG, especialmente para interfaces complexas com relação a polímeros e biomacromoléculas, como as estruturas da cadeia e o relaxamento estrutural no interfaces de polímeros enterradas, as estruturas secundárias proteicas e as estruturas de água interfacial9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25,26.
Para superfícies e interfaces de polímeros, as amostras de película fina são geralmente preparadas por spin-coating para obter as superfícies ou interfaces desejadas. O problema surge devido à interferência do sinal das duas interfaces dos filmes preparados, o que leva à inconveniência para analisar os espectros coletados do SFG27,28,29. Na maioria dos casos, o sinal vibracional apenas a partir de uma única interface, quer filme/substrato ou filme/o outro meio, é desejável. Na verdade, a solução para este problema é muito fácil, ou seja, para maximizar experimentalmente os campos de luz na interface desejável e minimizar os campos de luz na outra interface. Assim, os coeficientes de Fresnel ou os coeficientes de campo local precisam ser calculados por meio do modelo de filme fino e ser validados em relação aos resultados experimentais3,9,10,11, 12,13,14,15,30.
Com o fundo acima na mente, algumas relações do polímero e as biológicas podiam ser investigadas a fim compreender a ciência fundamental do nível molecular. A seguir, tomando três questões interfaciais como exemplos: sondagem de superfície poli (2-hidroxietil metacrilato) (PHEMA) e interface enterrada com substrato9, formação de fibroína de seda (SF) estruturas secundárias sobre a superfície de POLIESTIRENO (PS) e estruturas de água em torno do modelo de curto-cadeia de oligonucleotídeo duplex16,21, vamos mostrar como a espectroscopia vibracional SFG ajuda a revelar as estruturas de nível molecular interfacial em conexão com a ciência subjacente.
Protocol
Representative Results
Discussion
Para investigar as informações estruturais a partir de um nível molecular, a SFG tem suas vantagens inerentes (ou seja, sensibilidade monocamada ou submonocamada e seletividade interfacial), que pode ser aplicada para estudar várias interfaces, como o sólido/sólido, sólido/ líquido, sólido/gás, líquido/gás, líquido/líquido interfaces. Embora a manutenção do equipamento e o alinhamento ótico sejam ainda demorados, o retorno é significativo em que a informação detalhada do nível molecular nas superfíc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi apoiado pelo programa de desenvolvimento chave do estado para a pesquisa básica de China (2017YFA0700500) e a Fundação Nacional da ciência natural de China (21574020). Os fundos de pesquisa fundamentais para as universidades centrais, um projeto financiado pelo programa de desenvolvimento acadêmico prioritário das instituições de ensino superior de Jiangsu (PAPD) e o centro nacional de demonstração de Engenharia Biomédica experimental Educação (Universidade do sudeste) também foram muito apreciados.
Materials
| 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 850355P-1g | |
| Anhydrous ethanol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 100092680 | ≥99.7% |
| CaF2 prism | Chengdu YaSi Optoelectronics Co., Ltd. | ||
| Calcium chloride anhydrous | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10005817 | ≥96.0% |
| deuterated DPPC (d-DPPC) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 860345P-100mg | |
| Electromagnetic oven | Zhejiang Supor Co., Ltd | C21-SDHCB37 | |
| Langmuir-Blodgett (LB) trough | KSV NIMA Co., Ltd. | KN 2003 | |
| Lithium bromide anhydrous | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 20056926 | |
| Milli-Q synthesis system | Millipore | Ultrapure water | |
| Plasma cleaner | Chengdu Mingheng Science&Technology Co., Ltd | PDC-MG | Oxygen plasma cleaning |
| Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) | Sigma-Aldrich Co., LLC. | 192066 MSDS | Mw = 300 000 |
| Polystyrene | Sigma-Aldrich Co., LLC. | 330345 MSDS | Mw = 48 kDa and Mn = 47 kDa |
| Silk cocoons | From Bombyx mori | ||
| Single complementary strand of oligonucleotide | Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd. | H03596 | 5'-CGAAGGCTTCCAGCT-3' |
| Single strand of oligonucleotide | Nanjing Genscript Biotechnology Co., Ltd. | H04936 | 3¢-end modified by cholesterol-triethylene glycol(Chol-TEG) (5¢-GCTTCCGAAGGTCGA-3¢) |
| Sodium carbonate anhydrous | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10019260 | ≥99.8% |
| Spin-coater | Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences | KW-4A | For the prepartion of ploymer films |
| Step profiler | Veeco | DEKTAK 150 | For the measurement of film thickness |
| Sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy system | EKSPLA | A commercial picosecond SFG system |
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