摘要

我們報道了一(yi)(yi)項聯(lian)合振(zhen)動和(he)頻率(lv)產生（SFG）光(guang)(guang)譜(pu)、布魯斯特(te)角顯(xian)微鏡(jing)（BAM）和(he)橢偏儀研(yan)究不(bu)同(tong)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)水(shui)(shui)中作為(wei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)函(han)數。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)朗繆爾槽中測(ce)(ce)量(liang)了表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)CH和(he)水(shui)(shui)OH拉伸區的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動SFG光(guang)(guang)譜(pu)。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)低密(mi)(mi)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)，表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)時(shi)產生的(de)(de)(de)(de)SFG信(xin)號(hao)與清水(shui)(shui)中產生的(de)(de)(de)(de)SFG信(xin)號(hao)無(wu)法區分(fen)(fen)?空中接口。當表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)增加(jia)時(shi)，即在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)壓縮單(dan)分(fen)(fen)子(zi)(zi)層時(shi)，觀察到CH和(he)OH光(guang)(guang)譜(pu)區域的(de)(de)(de)(de)SFG信(xin)號(hao)突然增加(jia)。對于(yu)更高的(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)通(tong)量(liang)，這(zhe)種(zhong)(zhong)逐步(bu)增加(jia)發生在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)越來越高的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)(xia)。由于(yu)BAM表(biao)(biao)(biao)(biao)明，表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)子(zi)(zi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)這(zhe)些低密(mi)(mi)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)明顯(xian)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)，因此我們得出結論(lun)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)低表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)，激(ji)光(guang)(guang)束在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)液體膨脹相(xiang)中將相(xiang)對高密(mi)(mi)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)區域與表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)置(zhi)換出激(ji)光(guang)(guang)聚焦區域。這(zhe)是(shi)由于(yu)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)1 kHz的(de)(de)(de)(de)重復激(ji)光(guang)(guang)激(ji)發下(xia)(xia)，頂部為(wei)單(dan)層的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)相(xiang)局部加(jia)熱引起(qi)的(de)(de)(de)(de)熱梯度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)結果。它可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)(guo)使用旋轉(zhuan)槽繞(rao)過(guo)(guo)。通(tong)過(guo)(guo)這(zhe)種(zhong)(zhong)方式，可(ke)以(yi)刷新采樣的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積，從(cong)而可(ke)以(yi)將無(wu)偽影(ying)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動SFG光(guang)(guang)譜(pu)測(ce)(ce)量(liang)到最低的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)劑(ji)(ji)(ji)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)橢偏儀實驗中，可(ke)以(yi)注(zhu)意到一(yi)(yi)個類似(si)的(de)(de)(de)(de)步(bu)驟，然而，這(zhe)是(shi)一(yi)(yi)個不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)性(xing)質；i、例如，它與加(jia)熱無(wu)關(guan)(guan)（激(ji)光(guang)(guang)注(zhu)量(liang)很低，光(guang)(guang)不(bu)共振(zhen)），而是(shi)與分(fen)(fen)子(zi)(zi)躍遷有關(guan)(guan)。橢偏儀中每一(yi)(yi)分(fen)(fen)子(zi)(zi)面(mian)(mian)(mian)積的(de)(de)(de)(de)函(han)數步(bu)驟的(de)(de)(de)(de)出現(xian)，關(guan)(guan)鍵取決于(yu)單(dan)層膜(mo)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)制(zhi)備單(dan)分(fen)(fen)子(zi)(zi)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)程中，通(tong)過(guo)(guo)給(gei)分(fen)(fen)子(zi)(zi)留出時(shi)間(jian)和(he)空間(jian)使其松弛，也(ye)可(ke)以(yi)消除這(zhe)一(yi)(yi)步(bu)驟。

介紹

在(zai)(zai)過(guo)去(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)幾十年中，紅(hong)(hong)外-可(ke)見和頻發生（SFG）已被(bei)證(zheng)明是研究水(shui)(shui)(shui)相表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)極好工具。1.?9在(zai)(zai)該技術中，紅(hong)(hong)外激光(guang)(guang)束(shu)與(yu)(yu)可(ke)見激光(guang)(guang)束(shu)在(zai)(zai)感(gan)興趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)處(chu)組合(he)，并檢測(ce)兩者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)和頻光(guang)(guang)束(shu)。在(zai)(zai)中心對稱介質(zhi)中，信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產生通常是被(bei)禁止的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)此對界面(mian)(mian)上(shang)(shang)分(fen)(fen)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)非(fei)常敏感(gan)。如果紅(hong)(hong)外激光(guang)(guang)與(yu)(yu)界面(mian)(mian)分(fen)(fen)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動躍遷共(gong)振(zhen)，則SFG強度(du)(du)(du)增強，從而可(ke)以測(ce)量界面(mian)(mian)分(fen)(fen)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動光(guang)(guang)譜。SFG光(guang)(guang)譜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀包含有(you)關(guan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)子構象和方向的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)息。大多(duo)數(shu)(shu)研究都集中在(zai)(zai)高密(mi)度(du)(du)(du)單分(fen)(fen)子膜上(shang)(shang)，盡(jin)管在(zai)(zai)低(di)(di)密(mi)度(du)(du)(du)下有(you)令人(ren)驚(jing)訝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀察報(bao)告(gao)。我們中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)些人(ren)（Roke等(deng)人(ren)4）以前曾報(bao)告(gao)過(guo)C?H不溶性表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性劑DPPC（1,2-二棕櫚(lv)酰-sn-甘油-3-磷(lin)酸膽(dan)堿(jian)；見圖1）在(zai)(zai)水(shui)(shui)(shui)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉伸(shen)模式(shi)，密(mi)度(du)(du)(du)約為(wei)100?2/分(fen)(fen)子，密(mi)度(du)(du)(du)間隔小于(yu)(yu)1?2/分(fen)(fen)子，這歸(gui)因(yin)于(yu)(yu)脂質(zhi)尾(wei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)卷曲和未卷曲。最近，Chen等(deng)人(ren)9報(bao)告(gao)了DPPC在(zai)(zai)水(shui)(shui)(shui)和含有(you)低(di)(di)二甲基亞砜摩爾分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)CH信(xin)(xin)號(hao)在(zai)(zai)該密(mi)度(du)(du)(du)附近的(de)(de)(de)(de)(de)(de)類似行為(wei)。此外，他們報(bao)告(gao)說，來(lai)自DPPC頭部(bu)總成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)P=O振(zhen)動信(xin)(xin)號(hao)僅在(zai)(zai)CH信(xin)(xin)號(hao)存(cun)在(zai)(zai)時出現。他們將(jiang)CH信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)失(shi)/存(cun)在(zai)(zai)歸(gui)因(yin)于(yu)(yu)DPPC分(fen)(fen)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)序/有(you)序尾(wei)部(bu)。P=O信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)失(shi)可(ke)通過(guo)頭部(bu)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)取向分(fen)(fen)布來(lai)解釋。

圖1。頂板(ban)：DPPC的(de)(de)(de)(de)分(fen)子(zi)結構。中(zhong)間面(mian)(mian)(mian)板(ban)：裸(luo)露(lu)水(shui)(shui)面(mian)(mian)(mian)（底(di)部光譜(pu)）和(he)密度增(zeng)加的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)中(zhong)DPPC的(de)(de)(de)(de)SSP極化SFG光譜(pu)。壓力（mN/m）和(he)每(mei)個(ge)(ge)(ge)分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)面(mian)(mian)(mian)積(ji)（?2）分(fen)別(bie)從底(di)部到頂部增(zeng)加和(he)減少，在圖表旁邊給出。每(mei)個(ge)(ge)(ge)分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)面(mian)(mian)(mian)積(ji)由氯仿溶(rong)液滴的(de)(de)(de)(de)數量(liang)控(kong)制(zhi)。CH（2800）?3000厘米(mi)?1），氫鍵OH（3000?3600厘米(mi)?1），還有免費的(de)(de)(de)(de)哦(～3705厘米(mi)?1）拉伸(shen)振(zhen)動(dong)可(ke)見(jian)。底(di)部面(mian)(mian)(mian)板(ban)：從裸(luo)露(lu)水(shui)(shui)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)中(zhong)間面(mian)(mian)(mian)板(ban)放(fang)大，每(mei)個(ge)(ge)(ge)分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)DPPC為108?2，以(yi)表明(ming)它們的(de)(de)(de)(de)相似性。插(cha)圖放(fang)大了(le)裸(luo)露(lu)水(shui)(shui)面(mian)(mian)(mian)和(he)DPPC（100?2）表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)自由OH拉伸(shen)振(zhen)動(dong)區域。在每(mei)個(ge)(ge)(ge)分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)這個(ge)(ge)(ge)區域，壓力仍(reng)然低于(yu)檢(jian)測(ce)極限(xian)，表面(mian)(mian)(mian)上DPPC的(de)(de)(de)(de)存在顯然不影響(xiang)自由OH拉伸(shen)振(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)幅。相對(dui)較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)紅(hong)外(wai)通量(liang)(～10 mJ/cm2）用于(yu)本實驗(yan)。

雖然這些(xie)解釋與數據一致，但對(dui)(dui)于(yu)(yu)所(suo)有(you)模式，脂(zhi)質信(xin)(xin)號(hao)(hao)消(xiao)失可(ke)能有(you)些(xie)令(ling)人(ren)驚訝(ya)；即使對(dui)(dui)于(yu)(yu)脂(zhi)質卷曲的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高度(du)無序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)層，對(dui)(dui)稱(cheng)性(xing)(xing)也(ye)(ye)會(hui)(hui)被破壞，這僅(jin)僅(jin)是(shi)因為（可(ke)能是(shi)中(zhong)(zhong)心對(dui)(dui)稱(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)）脂(zhi)質層兩(liang)側的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)和(he)空(kong)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)介電常數不(bu)同。Roke et al.和(he)Chen et al.都是(shi)基于(yu)(yu)C?H和(he)P=O拉(la)伸區域，即，源自(zi)脂(zhi)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)模式。氫鍵水(shui)信(xin)(xin)號(hao)(hao)以前從未被研究過，它將使人(ren)們(men)對(dui)(dui)觀(guan)察到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)現象(xiang)有(you)更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)了(le)解。人(ren)們(men)可(ke)能會(hui)(hui)認(ren)為，如(ru)果密度(du)發生變(bian)(bian)化，水(shui)信(xin)(xin)號(hao)(hao)也(ye)(ye)有(you)助于(yu)(yu)理解脂(zhi)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組織。特別(bie)是(shi)，這個問題提出了(le)水(shui)結構如(ru)何受到(dao)可(ke)能無序脂(zhi)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。水(shui)中(zhong)(zhong)氫鍵水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)(hao)?如(ru)果存(cun)在(zai)表面活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)，則(ze)空(kong)氣(qi)(qi)界面通(tong)常較大，其(qi)中(zhong)(zhong)水(shui)SFG信(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)取決于(yu)(yu)表面活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)類(lei)型。10?12因此(ci)，在(zai)壓縮(suo)脂(zhi)質層時，預計(ji)(ji)水(shui)帶中(zhong)(zhong)會(hui)(hui)發生變(bian)(bian)化。此(ci)外，自(zi)由OH預計(ji)(ji)會(hui)(hui)在(zai)壓縮(suo)單(dan)層時受到(dao)影響，正如(ru)之前所(suo)看(kan)到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)由OD。13在(zai)這里，我們(men)同時測(ce)量了(le)DPPC單(dan)層在(zai)不(bu)同密度(du)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)和(he)水(shui)分(fen)子。在(zai)傳統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)SFG實驗中(zhong)(zhong)，樣品(pin)庫(ku)是(shi)固定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，隨著脂(zhi)質密度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加，光譜會(hui)(hui)發生階躍(yue)轉(zhuan)變(bian)(bian)，與水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光譜無法區分(fen)?空(kong)氣(qi)(qi)界面到(dao)一個具有(you)更(geng)強(qiang)(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)光譜和(he)CH模式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面。在(zai)水(shui)光譜中(zhong)(zhong)觀(guan)察到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)階躍(yue)與來自(zi)表面活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)CH信(xin)(xin)號(hao)(hao)完(wan)全(quan)相關。當樣品(pin)貯存(cun)器連續移(yi)動時，該強(qiang)(qiang)度(du)步驟(zou)不(bu)存(cun)在(zai)。

通過(guo)使用布魯斯(si)特角顯(xian)(xian)微鏡（BAM），我(wo)們(men)將表(biao)明，盡管表(biao)面活(huo)性劑在(zai)(zai)SFG中是不(bu)可見的，但(dan)它(ta)(ta)(ta)確實以非(fei)常低的密度(du)存在(zai)(zai)于表(biao)面。BAM非(fei)常適合(he)于在(zai)(zai)水(shui)面上顯(xian)(xian)示密度(du)相對(dui)較高的表(biao)面活(huo)性劑區(qu)域(yu)。在(zai)(zai)布魯斯(si)特角(～對(dui)于使用HeNe激光器(qi)的水(shui)，p偏振光的反(fan)射(she)消失。然而，如果(guo)表(biao)面存在(zai)(zai)表(biao)面活(huo)性劑或脂質(zhi)結構域(yu)，則可以看到它(ta)(ta)(ta)們(men)，因為它(ta)(ta)(ta)們(men)確實在(zai)(zai)布儒(ru)斯(si)特角反(fan)射(she)一(yi)些光。

在(zai)(zai)此(ci)，我(wo)們(men)研究(jiu)了(le)(le)SFG信號(hao)(hao)(hao)中(zhong)觀(guan)(guan)察(cha)到的(de)(de)不連續性(xing)在(zai)(zai)多大程度(du)(du)上是由(you)測量方式引起的(de)(de)。我(wo)們(men)發現，SFG在(zai)(zai)某些條件(jian)下具有(you)侵入性(xing)：在(zai)(zai)低(di)表(biao)面(mian)活性(xing)劑密度(du)(du)（即每分(fen)(fen)子(zi)面(mian)積>100?2）下，共振紅(hong)外(wai)（IR）激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)脈沖對水(shui)面(mian)層(ceng)的(de)(de)重復加(jia)熱(re)(re)導(dao)致高密度(du)(du)表(biao)面(mian)活性(xing)劑區(qu)域因熱(re)(re)梯(ti)(ti)度(du)(du)誘(you)導(dao)的(de)(de)流動而從激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焦(jiao)點處移位。在(zai)(zai)較高的(de)(de)平均表(biao)面(mian)活性(xing)劑密度(du)(du)下，激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)誘(you)導(dao)的(de)(de)熱(re)(re)梯(ti)(ti)度(du)(du)不再足以使(shi)疇遠(yuan)離激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焦(jiao)點，信號(hao)(hao)(hao)突然增加(jia)。這(zhe)解釋了(le)(le)先前在(zai)(zai)低(di)密度(du)(du)下觀(guan)(guan)察(cha)到的(de)(de)單(dan)分(fen)(fen)子(zi)膜SFG信號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)不連續性(xing)。為了(le)(le)概括我(wo)們(men)的(de)(de)結(jie)論(lun)，我(wo)們(men)表(biao)明這(zhe)種行為不僅在(zai)(zai)脂質單(dan)層(ceng)中(zhong)觀(guan)(guan)察(cha)到，而且在(zai)(zai)其他表(biao)面(mian)活性(xing)劑類型中(zhong)也(ye)觀(guan)(guan)察(cha)到。我(wo)們(men)研究(jiu)了(le)(le)一(yi)種脂肪酸（棕(zong)櫚酸）和一(yi)種醇(chun)（1-十二醇(chun)）。此(ci)外(wai)，我(wo)們(men)還報道(dao)了(le)(le)DPPC在(zai)(zai)低(di)密度(du)(du)水(shui)中(zhong)的(de)(de)真實無創SFG光(guang)(guang)(guang)譜(～300?2/分(fen)(fen)子(zi)）至高密度(du)(du)(～50?2/分(fen)(fen)子(zi)），通(tong)過使(shi)用旋轉(zhuan)槽。這(zhe)些新結(jie)果(guo)顯示SFG信號(hao)(hao)(hao)逐漸(jian)增加(jia)。

令人驚訝的是(shi)，在通(tong)過橢偏(pian)法獲(huo)(huo)得(de)的橢圓度(du)系數(shu)(shu)中，在低密度(du)下也(ye)經常觀(guan)察到脂質和(he)脂肪酸的類似步驟(zou)。14?18橢偏(pian)儀基(ji)本上(shang)是(shi)BAM的空間(jian)整合版本；i、例如，代替二(er)維圖(tu)片，獲(huo)(huo)得(de)橢圓系數(shu)(shu)。我們(men)(men)認為，橢偏(pian)測量中觀(guan)察到的強度(du)階躍與SFG中的階躍具有不同的起(qi)源。單分子膜的加熱可(ke)以忽(hu)略不計，因為在橢偏(pian)儀中，激光與水不共振，且通(tong)量較(jiao)低。我們(men)(men)發現，與SFG相比(bi)，橢圓偏(pian)振法的步驟(zou)取決于樣品制(zhi)備。通(tong)過給分子時間(jian)和(he)空間(jian)來放松(song)，我們(men)(men)也(ye)可(ke)以消除這個步驟(zou)。

實驗部分

對(dui)于(yu)SFG實(shi)驗(yan)，寬(kuan)帶(dai)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)脈沖(chong)(chong)（fwhm）為(wei)～200厘(li)(li)米(mi)?1）由泵送的(de)(de)(de)(de)OPG/OPA（TOPAS，光(guang)(guang)(guang)轉換）產生(sheng)(sheng)～來自相干Legend激光(guang)(guang)(guang)系統的(de)(de)(de)(de)1 W 800 nm脈沖(chong)(chong)（1 kHz，～120 fs半(ban)高寬(kuan)）。同(tong)時,，～0.5 W的(de)(de)(de)(de)激光(guang)(guang)(guang)輸出通(tong)過(guo)標準(zhun)具，產生(sheng)(sheng)窄帶(dai)VIS脈沖(chong)(chong)（12 490 cm?1.～30μJ，半(ban)高寬(kuan)帶(dai)寬(kuan)～15厘(li)(li)米(mi)?1）提供實(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)分(fen)辨率。寬(kuan)帶(dai)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)脈沖(chong)(chong)允許同(tong)時檢(jian)測(ce)多種振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)模式。紅(hong)(hong)外(wai)(wai)脈沖(chong)(chong)的(de)(de)(de)(de)中心(xin)是～3100厘(li)(li)米(mi)?1(～6μJ）用(yong)(yong)于(yu)檢(jian)測(ce)CH和(he)氫(qing)鍵OH振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)，并(bing)且～3700厘(li)(li)米(mi)?1(～3μJ）用(yong)(yong)于(yu)游離(li)OH實(shi)驗(yan)。對(dui)于(yu)一些實(shi)驗(yan)，紅(hong)(hong)外(wai)(wai)中心(xin)頻率在(zai)2750到(dao)3750厘(li)(li)米(mi)之(zhi)間連續變化(hua)（“掃(sao)描”）?1同(tong)時測(ce)量(liang)CH和(he)全OH區(qu)域。從2750到(dao)3750再回到(dao)2750厘(li)(li)米(mi)大約(yue)需(xu)要一分(fen)鐘的(de)(de)(de)(de)時間?1.可見(jian)光(guang)(guang)(guang)和(he)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光(guang)(guang)(guang)束(shu)的(de)(de)(de)(de)入射角分(fen)別為(wei)，～35°和(he)～相對(dui)于(yu)表面(mian)法線為(wei)40°。可見(jian)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)束(shu)聚焦到(dao)約(yue)400μm的(de)(de)(de)(de)束(shu)腰。在(zai)兩次實(shi)驗(yan)之(zhi)間改變了紅(hong)(hong)外(wai)(wai)焦點。大多數實(shi)驗(yan)都是在(zai)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)焦點大小為(wei)的(de)(de)(de)(de)情況下(xia)進(jin)行(xing)的(de)(de)(de)(de)～200μm高斯光(guang)(guang)(guang)束(shu)束(shu)腰，產生(sheng)(sheng)～10兆(zhao)焦耳/平方(fang)厘(li)(li)米(mi)。對(dui)于(yu)低(di)通(tong)量(liang)(～1.5 mJ/cm2）實(shi)驗(yan)（圖5和(he)圖7，頂部面(mian)板），我們(men)移動(dong)(dong)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)透(tou)鏡，以使樣品處的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)束(shu)腰減(jian)小～SFG光(guang)(guang)(guang)通(tong)過(guo)單(dan)(dan)色(se)儀進(jin)行(xing)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)分(fen)散，并(bing)通(tong)過(guo)電子倍增電荷耦合器件（EMCCD和(he)或(huo)技術）進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)。在(zai)單(dan)(dan)層壓縮過(guo)程中，在(zai)固(gu)定的(de)(de)(de)(de)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)頻率下(xia)，以30秒的(de)(de)(de)(de)采集時間連續測(ce)量(liang)SFG光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)。在(zai)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)頻率在(zai)2750到(dao)3750厘(li)(li)米(mi)之(zhi)間掃(sao)描的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)中，采集時間為(wei)6（高通(tong)量(liang)）或(huo)10（低(di)通(tong)量(liang)）分(fen)鐘?1.除(chu)非另有說明，否則SFG光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)在(zai)s偏(pian)振(zhen)(zhen)SFG、s偏(pian)振(zhen)(zhen)VIS和(he)p偏(pian)振(zhen)(zhen)IR條(tiao)件（SSP）下(xia)記(ji)錄，并(bing)標準(zhun)化(hua)為(wei)取自z切割石英的(de)(de)(de)(de)參考光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)。

對于布魯斯(si)特角(jiao)顯微鏡（BAM），使(shi)用(yong)配備50 mW 532 nm激光器的(de)(de)自制機器。19 p偏振(zhen)光在(zai)(zai)表(biao)面上(shang)以大(da)約(yue)布儒斯(si)特角(jiao)反射(～53°）并通(tong)過顯微鏡接(jie)收。由于單(dan)層(ceng)在(zai)(zai)可(ke)視化(hua)軸上(shang)傾斜，圖像(xiang)僅聚焦(jiao)在(zai)(zai)窄(zhai)條上(shang)。為(wei)了(le)獲(huo)得(de)(de)足夠大(da)的(de)(de)圖像(xiang)，然后將通(tong)過在(zai)(zai)單(dan)層(ceng)上(shang)不同水平聚焦(jiao)形成的(de)(de)不同條帶的(de)(de)圖像(xiang)并排放(fang)置。由此(ci)獲(huo)得(de)(de)了(le)600μm×600μm的(de)(de)大(da)圖像(xiang)，空間分辨率接(jie)近1μm。

使用(yong)兩種不(bu)同的(de)橢偏儀(yi)進行橢偏測(ce)量。一個(ge)是在布魯斯特角(jiao)工(gong)作的(de)自制偏振調(diao)制機(ji)器(～53°），并(bing)配備(bei)一臺產生5 mW 632 nm光的(de)激(ji)光器。另一種是商用(yong)零橢偏儀(yi)（Optrell），在50°角(jiao)下以2 mW 632 nm的(de)激(ji)光入射。對于橢偏儀(yi)和(he)BAM，照(zhao)明面積均為幾平方毫米(mi)。

表面(mian)(mian)活性劑DPPC（1,2-二棕櫚酰-sn-甘油(you)-3-磷(lin)酸膽堿(jian)）、1-十(shi)二醇(chun)（C12H25OH）和棕櫚酸（C15H31COOH）分(fen)別(bie)從Avanti極性脂質、Fluka和Sigma-Aldrich中(zhong)獲得(de)，使用時(shi)無需進一步純化。單(dan)分(fen)子(zi)膜從氯仿溶液（DPPC）中(zhong)擴散～0.5毫(hao)米(mi)(mi)，1-十(shi)二醇(chun)～3毫(hao)米(mi)(mi)，棕櫚酸～2毫(hao)米(mi)(mi)）在(zai)空氣中(zhong)?H2O（微孔(kong)，18MΩcm）界面(mian)(mian)。通過兩種(zhong)(zhong)方法制(zhi)備(bei)具有不(bu)同表面(mian)(mian)密度(du)的單(dan)分(fen)子(zi)膜：通過在(zai)水面(mian)(mian)上散布0.5μL液滴的數量或(huo)通過壓(ya)縮該層來控制(zhi)每(mei)個分(fen)子(zi)的面(mian)(mian)積。使用商用（芬(fen)蘭Kibron Inc.）張力計，使用指針測量表面(mian)(mian)壓(ya)力。由于橢偏測量結果取決于單(dan)層制(zhi)備(bei)的方式，我(wo)們(men)為每(mei)種(zhong)(zhong)類型的實驗提供了制(zhi)備(bei)的明(ming)確描(miao)述。

SFG。在(zai)我們(men)連續掃描紅外頻率(lv)以立(li)即獲(huo)得(de)整個CH和OH光(guang)譜的(de)(de)(de)(de)實驗中(zhong)，使(shi)用(yong)了(le)自制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)7×7 cm2特氟隆(long)(long)涂層槽(cao)（圖(tu)1和圖(tu)7，底(di)部面(mian)板）。對于在(zai)激(ji)光(guang)發射(she)之間（部分(fen)）刷新(xin)樣品的(de)(de)(de)(de)實驗，使(shi)用(yong)自制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)圓形（直徑8 cm）特氟隆(long)(long)槽(cao)（圖(tu)5和圖(tu)6）。該(gai)(gai)槽(cao)使(shi)用(yong)一(yi)個簡(jian)單的(de)(de)(de)(de)12 V直流電(dian)動(dong)機(ji)旋(xuan)轉(zhuan)，該(gai)(gai)電(dian)動(dong)機(ji)驅(qu)動(dong)一(yi)個自制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)臺，其旋(xuan)轉(zhuan)方(fang)式使(shi)樣品在(zai)激(ji)光(guang)焦點處以100%的(de)(de)(de)(de)速度(du)(du)移(yi)動(dong)～0.06 m/s。在(zai)這兩種(zhong)情(qing)況(kuang)下，每個分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)面(mian)積由(you)散布在(zai)水面(mian)上的(de)(de)(de)(de)0.5μL液滴(di)的(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)控制(zhi)(zhi)(zhi)。對于要(yao)求每個分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)面(mian)積具有高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)(de)(de)(de)實驗（圖(tu)2），我們(men)使(shi)用(yong)了(le)6×23 cm的(de)(de)(de)(de)商用(yong)金(jin)屬朗繆(mou)爾槽(cao)（芬(fen)蘭Kibron公司）。用(yong)一(yi)個速度(du)(du)在(zai)5至10 mm/min之間的(de)(de)(de)(de)屏障壓縮該(gai)(gai)層(～1.3?2.6?2/鏈/分(fen)鐘）。每個分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)初始面(mian)積由(you)表面(mian)活(huo)性劑氯仿溶液中(zhong)0.5μL液滴(di)的(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)控制(zhi)(zhi)(zhi)。

圖2。（a）DPPC的(de)(de)(de)(de)CH信(xin)號(hao)(hao)(hao)（綠色(se)）、氫鍵(jian)OH信(xin)號(hao)(hao)(hao)（藍色(se)）和(he)自由(you)OH信(xin)號(hao)(hao)(hao)（紅(hong)色(se)）的(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)壓(ya)力（黑(hei)色(se)，左軸）和(he)積分(fen)SFG強度（右軸），作為連續(xu)壓(ya)縮單層(ceng)過程中(zhong)每(mei)個分(fen)子(zi)面(mian)(mian)積的(de)(de)(de)(de)函數。為了(le)(le)(le)清晰起見，集(ji)成(cheng)SFG信(xin)號(hao)(hao)(hao)被歸一化，并且(qie)彼此(ci)之(zhi)間具有(you)小偏移(yi)。集(ji)成(cheng)光譜(pu)區(qu)(qu)域(yu)由(you)插圖中(zhong)的(de)(de)(de)(de)彩色(se)正方形標記，分(fen)別顯示CH/OH鍵(jian)合和(he)游離(li)OH區(qu)(qu)域(yu)中(zhong)每(mei)個分(fen)子(zi)50和(he)100?2的(de)(de)(de)(de)SFG光譜(pu)。相對(dui)(dui)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)紅(hong)外通(tong)量(liang)(～已使用10 mJ/cm2）。（b）與（a）類似(si)，但(dan)紅(hong)外功(gong)率降低(di)了(le)(le)(le)四(si)倍(bei)(bei)，導(dao)致通(tong)量(liang)降低(di)了(le)(le)(le)四(si)倍(bei)(bei)(～2.5 mJ/cm2）。插圖顯示了(le)(le)(le)改變紅(hong)外注量(liang)對(dui)(dui)SFG信(xin)號(hao)(hao)(hao)出現的(de)(de)(de)(de)每(mei)個分(fen)子(zi)面(mian)(mian)積的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。（c）類似(si)于(yu)（a），但(dan)適用于(yu)棕櫚(lv)酸。（d）類似(si)于(yu)（a），但(dan)對(dui)(dui)于(yu)1-十二醇。在(zai)這種情況下，未測量(liang)1-十二醇的(de)(de)(de)(de)游離(li)OH。SFG結果是在(zai)SSP極化下獲得的(de)(de)(de)(de)。

砰。在(zai)布(bu)魯斯特角顯(xian)微鏡（BAM）實驗(yan)（圖3）中，使用了面(mian)積(ji)為(wei)324 cm2的聚四氟乙(yi)烯槽。在(zai)沉積(ji)液滴后，每個分子的面(mian)積(ji)為(wei)150?2，通過(guo)用一(yi)個屏(ping)障壓縮單(dan)層來(lai)控制層的密(mi)度。在(zai)一(yi)定密(mi)度下，停止(zhi)屏(ping)障以收集圖像。

圖(tu)(tu)3。水上不同密度(du)DPPC的(de)布(bu)儒斯特角顯微鏡(jing)圖(tu)(tu)像。圖(tu)(tu)像大(da)小為(wei)(wei)(wei)600×600μm。白色(se)區域(yu)表(biao)示高密度(du)，而黑色(se)區域(yu)表(biao)示低(di)密度(du)。在(zai)每個(ge)(ge)面板中，每個(ge)(ge)分子的(de)面積（單位為(wei)(wei)(wei)?2）在(zai)左下(xia)角報告，表(biao)面壓(ya)力（單位為(wei)(wei)(wei)mN/m）在(zai)右(you)下(xia)角報告。這些照片是用自動調整靈(ling)敏(min)度(du)的(de)相機(ji)拍(pai)攝的(de)，這樣就無法比較圖(tu)(tu)像之間的(de)灰度(du)等級。

橢偏儀。在(zai)一(yi)組實(shi)驗(yan)中，在(zai)最初沉積(ji)氯仿溶液(ye)液(ye)滴后，通過(guo)在(zai)6×23 cm的(de)商用金(jin)屬(shu)朗(lang)繆爾槽（Kibron Inc.，芬蘭(lan)）中以(yi)5 mm/min的(de)速度壓縮該層，并使(shi)用一(yi)個屏障(zhang)（圖8a和8c）來控制(zhi)(zhi)表面積(ji)。在(zai)另一(yi)個實(shi)驗(yan)中，每個分子的(de)面積(ji)由在(zai)自制(zhi)(zhi)的(de)圓(yuan)形（直徑8 cm）特氟(fu)隆涂層槽（圖8b）中水面上散布的(de)0.5μL液(ye)滴數量(liang)控制(zhi)(zhi)。如下(xia)所示(shi)，對于以(yi)不同(tong)方式制(zhi)(zhi)備的(de)單分子膜(mo)，可(ke)以(yi)獲得(de)不同(tong)的(de)結果。