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水面上單分子層膜通過磷脂光控開關(guān)實現(xiàn)可逆光學控制——摘要、介紹

來源:上海謂載 瀏覽 1601 次 發(fā)布時間:2021-11-22

摘要


我們利用表面敏感技術(shù)振動頻率產(chǎn)生光譜結(jié)合表面壓力測量,獲得了水上自組裝偶氮苯基光開關(guān)脂質(zhì)單層的分子洞察。光脂質(zhì)可經(jīng)歷波長依賴、光觸發(fā)的順/反和反/順異構(gòu)化,允許可逆控制表面壓力和單層中脂質(zhì)的分子順序。如果光開關(guān)脂質(zhì)嵌入傳統(tǒng)磷脂層,如1,2-二棕櫚酰-sn-甘油-3-磷脂(DPPC),我們表明,偶氮苯基脂質(zhì)在其兩種狀態(tài)之間的切換會影響DPPC的表面壓力和分子順序。值得注意的是,具有較高表面壓力的狀態(tài)(順式狀態(tài))具有較低的分子有序度。這個違反直覺的結(jié)果可以通過注意到順式狀態(tài)的偶氮苯部分具有更高的偶極矩來理解,因此有利于與水的相互作用。系統(tǒng)的表面自由能通過與界面上的脂質(zhì)頭基的靜電相互作用而降低(表面壓力增加),導(dǎo)致脂質(zhì)尾與順式偶氮苯形成環(huán)。這種光開關(guān)脂質(zhì)尾部的紊亂擾亂了DPPC的有序性。


介紹


偶氮苯基表面活性劑分子的自組裝單分子膜是獨特的光開關(guān)界面,在納米技術(shù)中具有潛在的傳感器應(yīng)用。1-3使用波長約400 nm的光在順式和反式狀態(tài)之間切換表面活性劑可導(dǎo)致表面壓力、表面電位、,囊泡穩(wěn)定性,和臨界膠束濃度。2,4-7研究還表明,將偶氮苯基表面活性劑嵌入人工膜中,可以對機械敏感膜通道蛋白的活性進行外部光學控制。8因此,了解切換過程背后的分子細節(jié)對于人工門控機制的開發(fā),最終可能用于生物學和醫(yī)學應(yīng)用。9盡管其重要性,但對開關(guān)過程缺乏詳細的分子水平的理解。5


在此,我們研究了光開關(guān)脂質(zhì)DT Azo-5P(圖1)的單層,其為純的,并與脂質(zhì)1,2-二棕櫚酰-sn-甘油-3-磷酸膽堿(DPPC)混合。如圖1中的UV/vis光譜所示,光活性脂質(zhì)可分別用370和450 nm的光從其反式狀態(tài)切換到順式狀態(tài)并返回。我們將表面壓力測量與無標簽、寬帶振動和頻率產(chǎn)生(VSFG)光譜相結(jié)合。10這些技術(shù)使我們能夠研究空氣-水界面上的脂質(zhì)分子單層。可以獲得有關(guān)脂質(zhì)與水分子相互作用的信息以及脂質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。在非線性光學技術(shù)VSFG中,紅外(IR)光束和可見光(VIS)光束在界面處組合,產(chǎn)生具有兩個入射光束和頻率的信號。如果紅外線與分子振動共振,信號就會強烈增強。已經(jīng)證明,這種通過分子振動的技術(shù)提供了有關(guān)脂質(zhì)分子構(gòu)象和取向的信息。11-18在中心對稱介質(zhì)中禁止和頻產(chǎn)生,因為這是一種二階非線性光學過程。19因此,該技術(shù)對中心對稱材料(如水表面)的最外表面分子層敏感。相反,缺少信號表明界面上的材料或分子群是中心對稱的。對于金表面偶氮苯功能化自組裝單分子膜,SFG在測定光異構(gòu)化的截面和機理方面非常有用。得出的結(jié)論是,光異構(gòu)化是由直接電子激發(fā)驅(qū)動的,類似于液相中的偶氮苯


我們將證明,通過切換光脂,可以可逆地控制表面壓力和脂類的分子順序。在同時含有光脂和脂質(zhì)DPPC的混合單層中,我們可以通過光學切換偶氮苯基脂質(zhì)來控制DPPC的順序。這為外部控制脂質(zhì)相互作用提供了一種新方法。


水面上單分子層膜通過磷脂光控開關(guān)實現(xiàn)可逆光學控制——摘要、介紹

水面上單分子層膜通過磷脂光控開關(guān)實現(xiàn)可逆光學控制——實驗

水面上單分子層膜通過磷脂光控開關(guān)實現(xiàn)可逆光學控制——結(jié)果與討論

水面上單分子層膜通過磷脂光控開關(guān)實現(xiàn)可逆光學控制——結(jié)論、致謝!

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