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水面上单分子层膜通过磷脂光控开关实现可逆光学控制——摘要、介绍

来源:上海谓载 浏览 11 次 发布时间:2021-11-22

摘要


我们利用表面敏感技术振动频率产生光谱结合表面压力测量,获得了水上自组装偶氮苯基光开关脂质单层的分子洞察。光脂质可经历波长依赖、光触发的顺/反和反/顺异构化,允许可逆控制表面压力和单层中脂质的分子顺序。如果光开关脂质嵌入传统磷脂层,如1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷脂(DPPC),我们表明,偶氮苯基脂质在其两种状态之间的切换会影响DPPC的表面压力和分子顺序。值得注意的是,具有较高表面压力的状态(顺式状态)具有较低的分子有序度。这个违反直觉的结果可以通过注意到顺式状态的偶氮苯部分具有更高的偶极矩来理解,因此有利于与水的相互作用。系统的表面自由能通过与界面上的脂质头基的静电相互作用而降低(表面压力增加),导致脂质尾与顺式偶氮苯形成环。这种光开关脂质尾部的紊乱扰乱了DPPC的有序性。


介绍


偶氮苯基表面活性剂分子的自组装单分子膜是独特的光开关界面,在纳米技术中具有潜在的传感器应用。1-3使用波长约400 nm的光在顺式和反式状态之间切换表面活性剂可导致表面压力、表面电位、,囊泡稳定性,和临界胶束浓度。2,4-7研究还表明,将偶氮苯基表面活性剂嵌入人工膜中,可以对机械敏感膜通道蛋白的活性进行外部光学控制。8因此,了解切换过程背后的分子细节对于人工门控机制的开发,最终可能用于生物学和医学应用。9尽管其重要性,但对开关过程缺乏详细的分子水平的理解。5


在此,我们研究了光开关脂质DT Azo-5P(图1)的单层,其为纯的,并与脂质1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DPPC)混合。如图1中的UV/vis光谱所示,光活性脂质可分别用370和450 nm的光从其反式状态切换到顺式状态并返回。我们将表面压力测量与无标签、宽带振动和频率产生(VSFG)光谱相结合。10这些技术使我们能够研究空气-水界面上的脂质分子单层。可以获得有关脂质与水分子相互作用的信息以及脂质的分子结构。在非线性光学技术VSFG中,红外(IR)光束和可见光(VIS)光束在界面处组合,产生具有两个入射光束和频率的信号。如果红外线与分子振动共振,信号就会强烈增强。已经证明,这种通过分子振动的技术提供了有关脂质分子构象和取向的信息。11-18在中心对称介质中禁止和频产生,因为这是一种二阶非线性光学过程。19因此,该技术对中心对称材料(如水表面)的最外表面分子层敏感。相反,缺少信号表明界面上的材料或分子群是中心对称的。对于金表面偶氮苯功能化自组装单分子膜,SFG在测定光异构化的截面和机理方面非常有用。得出的结论是,光异构化是由直接电子激发驱动的,类似于液相中的偶氮苯


我们将证明,通过切换光脂,可以可逆地控制表面压力和脂类的分子顺序。在同时含有光脂和脂质DPPC的混合单层中,我们可以通过光学切换偶氮苯基脂质来控制DPPC的顺序。这为外部控制脂质相互作用提供了一种新方法。


水面上单分子层膜通过磷脂光控开关实现可逆光学控制——摘要、介绍

水面上单分子层膜通过磷脂光控开关实现可逆光学控制——实验

水面上单分子层膜通过磷脂光控开关实现可逆光学控制——结果与讨论

水面上单分子层膜通过磷脂光控开关实现可逆光学控制——结论、致谢!