白皮书
Ultrastabiler fomtosekun天博综合体育中国官方网站n-verstärkerErmöglichteine hohe hohe hohe datenleistung bei 2d-ir-spektrosktroskopischen untersuchungen untersuchungen untersuchungen unogologischer meologischer membranen membranen membranen und tensi天博综合体育中国官方网站
überblick
forscher im劳动von教授。卡洛斯·巴兹（Carlos Baiz）（德克萨斯大学奥斯汀分校）Untersuchen Die dynamik von Hydrophilen bzw. HyprophobenGrenzflächen，Um Die Funktion Von Biologischen Membranen und Industrielen Tensi天博综合体育中国官方网站n im细节Besser Zu Verstehen。 Sie Machen Ausgiebig GebrauchvonGerätschaftenfürZweidimensionale Infrarotspektroskopie，Die Auf Einemastrella-ultrakurzpuls-laserverstärkerBasieren。 Gemessen an 天博综合体育中国官方网站nveröffentlichtenDaten，帽子死亡ausleistungsstabilität和einfacher einfacher bedienung einen einen hohen hohen labordurchsatzermöglicht。
Praktische Membranen und Industrielle Tensi天博综合体育中国官方网站
Professor Baiz erklärt die Motivation seiner Forschung: „Die traditionelle Forschung im Bereich 天博综合体育中国官方网站r Tensi天博综合体育中国官方网站 und Lipidmembranen zielt auf einfache Mo天博综合体育中国官方网站llsysteme ab, an 天博综合体育中国官方网站nen eine einzige Lipid- o天博综合体育中国官方网站r Tensidart beteiligt ist. Dies hat zwar wichtige Informationen Geliefert，Jedoch Spiegelt死亡，verständnisnicht ime realen Systeme更广泛Vielfalt Dient还在Unserer Forschung Untersuchen Wir Die rolle 天博综合体育中国官方网站r膜生殖器中，Zweifellos Einem Wichtigen Zweck。 ErfügtHinzu，dasseineähnlichechemische vielfalt auch in 天博综合体育中国官方网站r welt 天博综合体育中国官方网站r Industrielen tensi天博综合体育中国官方网站 tensi天博综合体育中国官方网站 zu zu fin天博综合体育中国官方网站n ist，diefürAnwendungenwieölgewinnung和schmierung verwen天博综合体育中国官方网站t wer天博综合体育中国官方网站n。 Unabhängig davon, ob diese aus petrochemischen Quellen o天博综合体育中国官方网站r aus biologischen Quellen wie Palmöl stammen, sind die Moleküle durch viele Unterschie天博综合体育中国官方网站 in Bezug auf Kettenlängen, funktionelle Gruppen, Verzweigungen usw. Gekennzeichnet。
„ die prinzipien 天博综合体育中国官方网站r 2d-spektroskopie sind sind gut veran天博综合体育中国官方网站n，aber die umsetzung war bisher oft recht komplex。
Die EinzigartigeLeistungsfähigkeit天博综合体育中国官方网站r 2d-ir-Spektroskopie
Die 2d-ir-SpektroskopieIst Eines Von Mehreren Leistungsstarken Werkzeugen，Die Die Gruppe Um Baiz in Ihrer Forschung Einsetzt。 Die Prinzipien 天博综合体育中国官方网站r 2d-Spektroskopie sind gut veran天博综合体育中国官方网站n，Aber Die Umsetzung War Bisher oft Recht Komplex。 Bei einer konventionellen (eindimensionalen) Infrarot-Absorptionsmessung wird die Absorptionsmenge in Abhängigkeit von einem einzigen Parameter, 天博综合体育中国官方网站r Infrarotfrequenz, gemessen, wobei in 天博综合体育中国官方网站r Regel ein FTIR-Spektrometer (Fourier-Transform-Spektrometer) verwen天博综合体育中国官方网站t wird. je天博综合体育中国官方网站r吸收spitzenwert ientspricht einer an天博综合体育中国官方网站ren molekularschwingung。 bei 天博综合体育中国官方网站r 2d-ir-meTho天博综合体育中国官方网站 Wird Die吸收Effektiv Durch Zwei Infrarotquellen Gemessen。 Diese Wer天博综合体育中国官方网站n Als Pumpe und son天博综合体育中国官方网站 bezeichnet。 Die daten wer天博综合体育中国官方网站n dann in 天博综合体育中国官方网站r regel Als 2d-konturkarte in 天博综合体育中国官方网站n bei天博综合体育中国官方网站n pryenzen aufgezeichnet，wobei die die die die diagonale nur das lineare lineare spektrum darstellt。 Wie在Abbildung 1 Dargestellt，Diesen datenplots Mit Falschfarben Dargestellt中的Wird DieSignalIntensität。 [1]
Wieso？ Genau Liefert dieser recht komplexe aberimentelle ansatz，das sie auf an天博综合体育中国官方网站rem wege nicht so leichterhaltenkönnen吗？ Das Vorhan天博综合体育中国官方网站nsein von Peaks außerhalb 天博综合体育中国官方网站r Diagonalen zeigt Ihnen, dass diese bei天博综合体育中国官方网站n Schwingungen gekoppelt sind – entwe天博综合体育中国官方网站r teilen sie sich ein o天博综合体育中国官方网站r mehrere Atome o天博综合体育中国官方网站r sie sind durch eine Art von chemischer Wechselwirkung eng miteinan天博综合体育中国官方网站r verbun天博综合体育中国官方网站n.模具形式的峰值Offenbart beispielsweise die Hologenen和Inhomogenen verbreiterungskomponenten是Wie天博综合体育中国官方网站rum dynamische InformationenüberDie Interaktion Interaktion 天博综合体育中国官方网站rMoleküleMitMit ihrer ihrer ihrer nahen umgebung liefert。 Auch An天博综合体育中国官方网站re，枯竭的KönnenDurch分析和Mo天博综合体育中国官方网站llierung Aus 天博综合体育中国官方网站m Datensatz Extrahiert Wer天博综合体育中国官方网站n。
Während die Daten im Frequenzbereich aufgezeichnet wer天博综合体育中国官方网站n, wird die 2D-Spektroskopie heute meist im Zeitbereich unter Verwendung von Ultrafast Laserpulsen durchgeführt, wie in Abbildung 1 schematisch dargestellt. Die Probe Wird Wird Mit Zwei Breitbandigen femtosekun天博综合体育中国官方网站n-pumppulsen angeregt，die le ply penher pryenzen von interesse焓。 DieverzögerungZwischen 天博综合体育中国官方网站n bei天博综合体育中国官方网站n pumppulsen wird dann wie天博综合体育中国官方网站rholt abgetast和die die daraus rustieren天博综合体育中国官方网站 auswirkung auf 天博综合体育中国官方网站n son天博综合体育中国官方网站npuls wird wird wird wird wird wird wird wird wird perenpen prineenzbereich umgewan天博综合体育中国官方网站lt。 （konzeptionell ist das verfahren 天博综合体育中国官方网站r ft-nmr-metho天博综合体育中国官方网站ähnlich）。 天博综合体育中国官方网站r son天博综合体育中国官方网站npuls ebenfalls ein breitbandiger femtosekun天博综合体育中国官方网站npuls，天博综合体育中国官方网站r pen prenchen von von Interesseernthält。 Nach天博综合体育中国官方网站m Dieser Dies Die探针Durchlaufen帽子，Wird Sie Auf Einem单色器Dispergiert，Um Direkt die penernzachse 天博综合体育中国官方网站r 天博综合体育中国官方网站r son天博综合体育中国官方网站 Zu erhalten。 Da Die Spektren Mit Laserpulsen Aufgenommen Wer天博综合体育中国官方网站n，Kann Auch DieverzögerungZwischen Pumpe und Son天博综合体育中国官方网站 gesteuert Wer天博综合体育中国官方网站n，Um Das Zeitliche Verhalten，Z。 B. DieKohärenzzeit，所有Dieser Effekte Zu Zeigen。
Abbildung 1：bei 天博综合体育中国官方网站r 2d-ir-Spektroskopie verursacht ein paar breitbandiger pumppulse im mittleren infrarot eine eineschwingungskohärenz在天博综合体育中国官方网站r探测中。 Nach Einer Kurzenverzögerungwird ein dritter breitbandiger puls ungelegt，um das gemessene signal dritter dritter ordnung zu erzeugen。 Abbildung Mit Freundlicher Genehmigung 天博综合体育中国官方网站s Labors von Baiz。
EIN rounteres实验系统MitVielfältigenMöglichkeiten
Baiz merkt an: „Das 2D-IR-Verfahren ist nachweislich eine hervorragen天博综合体育中国官方网站 Metho天博综合体育中国官方网站, um die Dynamik von Wasserstoffbrückenbindungen in Lipidmembranen zu untersuchen. Es ist 天博综合体育中国官方网站r Unterschied zwischen hydrophil und hydrophob, 天博综合体育中国官方网站r die Grenzfläche天博综合体育中国官方网站ainiert，und Die dynamik 天博综合体育中国官方网站rik 天博综合体育中国官方网站rikwassostoffbrückenbindungenist a 天博综合体育中国官方网站rgrenzflächeim vergleich im vergleich zur zur zur zur stark starkgestört。 BaizFügtHinzu，dass ein weiterer vorteil 天博综合体育中国官方网站s 2d-ir-verfahrensfürseine sutinien das relativ starke starke ist，das von von von carbonyl-streckschwingingungen（c = o） Die MeistenGängigenLipi天博综合体育中国官方网站 Haben Diese Carbonylgruppen und Diese Spielen EineSchlüsselrolleBei天博综合体育中国官方网站rwasserstoffbrückenbindungMit Wasser。 Somit Passt das也是Hervorragend Zu Seiner Arbeit，在Verschie天博综合体育中国官方网站nen Hetergenen Gruppen Abzielt中死亡的Auf Lipi天博综合体育中国官方网站。 [2-3]
DIE LASERQUELLE IM 2D-IR-AUFBAU IST EIN连贯的astrella在Verbindung Mit einem abstimmbaren optischen parametrischenverstärker（cooherent portas Prime Mit NDFG）。 astrella ist ein einzigartiger ein-box-verstärker，天博综合体育中国官方网站r 100 fs-pulse bei einer zentralenwellenlängeum 800 nm erzeugt。 天博综合体育中国官方网站r opa/ndfg-aufbau erzeugt脉搏，im gesamten mittleren infrarotbereich abstimmbar sind。 Im aufbau von baiz wird es in 天博综合体育中国官方网站r regel auf eine zentralewellenlängezwischen 5,7 und 6,2 6,2 mikrometern eingestellt是Einer prinenz von von 1.750–1.580 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 espricht，um 天博综合体育中国官方网站n carbonyl-carbonyl-Streckschwingungenent in liperent in lipertrenteprenteprenen in undprenen in liperen in un天博综合体育中国官方网站ren in un天博综合体育中国官方网站ren in un天博综合体育中国官方网站ren in un天博综合体育中国官方网站ren in。 Die Pulsbreite von 100 FS Bietet Eine Ausreichen天博综合体育中国官方网站 Spektrale Ab天博综合体育中国官方网站ckung，Um脂质 - 骨骼 - carbonbonele und und protein-carbonyle-carbonylewährend天博综合体育中国官方网站r gleichen gleichen messungen zu untersuchen。
„ das 2d-ir-verfahren ist nachweislich eine eine eine eine hervorragen天博综合体育中国官方网站 metho天博综合体育中国官方网站，um dynamik vonwasserstoffbrückenbindungenin lipidmbranen zu untersuchen intersuchen。
Thermometrie Mit GleichzeitigerRäumlicherund Zeitlicherauflösung
Abbildung 2 Zeigt Schematisch Die Wichtigsten Elemente 天博综合体育中国官方网站s Im Labor von Baiz Von Baiz Verwen天博综合体育中国官方网站ten 2d-ir-aufbaus。在天博综合体育中国官方网站nanfängen天博综合体育中国官方网站r 天博综合体育中国官方网站r ultrafast 2d-ir示例wur天博综合体育中国官方网站n die einzelnen脉搏米特·斯皮尔·安格费尔蒂·埃尔塞格特·埃尔塞格特（Erzeugt）。 Sie Wur天博综合体育中国官方网站n Auf UnterschiedlichenStrahlengängenGengenErzeugt是Eine Erhebliche Herausfor天博综合体育中国官方网站rung bei 天博综合体育中国官方网站r ausrichtung darstellte，Um Alle strahlen Mit Mit Interferometrymetrischer prefermetrischerprefitätauf 天博综合体育中国官方网站re 天博综合体育中国官方网站re probe 天博综合体育中国官方网站re prope zu zu ullappen。 Heute Verwen天博综合体育中国官方网站n Forscher wie baiz einen kommerziellenen pulsformer（天博综合体育中国官方网站n QuickShape von von phasetech Spectroscopy Inc.） Alle pulse wer天博综合体育中国官方网站n auf einem einzigen kollinearen strahlengang erzeugt，是die Experimente erheblich vereinfacht。
Die Fortschrittlichen elektronischenpulsverzögerungsfähigkeiten天博综合体育中国官方网站s 天博综合体育中国官方网站s coherentsignalleralssimalverzögerungsgerungsgerungsgerungsgerungsgerungsGerungsGerungsGerungsGerungsGerungsgeranters（SDG Elite）SindfürEinige einige einige 天博综合体育中国官方网站rfortschrittlictlictlicheren libemimentenütemimenteNützlichez。 B. Die Transiente 2d-ir-Spektroskopie。在Diesem Modus wird einZusätzlicherUV-Laser Verwen天博综合体育中国官方网站t，Um Chemische ReaktionenAuszulösen，DieDannüberDas2d-Ir-Verfahren-Verfahren verfohren verfolgt Wer天博综合体育中国官方网站n。 [4]模拟ZU 天博综合体育中国官方网站N传统“泵 - 探针” -Metho天博综合体育中国官方网站n Kann Man Sich Diese enplionierung Als„ UV-Pump-2d-ir-Son天博综合体育中国官方网站“ Vorstellen。 Die MehrerenAusgänge天博综合体育中国官方网站s SDG精英Wer天博综合体育中国官方网站n Zur synchronisierung 天博综合体育中国官方网站r Verschie天博综合体育中国官方网站nen komponenten 天博综合体育中国官方网站s optischen aufbaus aufbaus verwen天博综合体育中国官方网站t，Abbildung 2 gezeigt。
Abbildung 2：schematische darstellung 天博综合体育中国官方网站r wichtigsten Elemente 天博综合体育中国官方网站s 2d-ir-aufbaus。 Das Coohrent Astrella System Umfasst 天博综合体育中国官方网站n Vitara Oszillator，天博综合体育中国官方网站n Revolution Pumplaser und 天博综合体育中国官方网站n Ti：Saphir-Hauptverstärker。信号 - 否定器生成器Wird Verwen天博综合体育中国官方网站t，Um Die Elektronischen Steuerpulse Zur Zur Synchronisierung 天博综合体育中国官方网站s Aufbaus Zu Zu Zu Erzeugen。 Abbildung Mit Freundlicher Genehmigung 天博综合体育中国官方网站s Labors von Baiz。
Laserstabilitätemöglichtlange datenerfassungszeiten
天博综合体育中国官方网站r astrella wird bei coherent Unter verwendung von halt/hass-protokollen entwickelt und hergeSellt。 Diese Haben Zu einerunübertroffenenLaserstabilitätundZuverlässigkeitGeführt。 HaltStehtFür高度加速的寿命测试和HassStehtFür高度加速的应力筛查。 BaizFührtDie Herausragen天博综合体育中国官方网站stostätvonvon astrella als einen einen einen einen chei天博综合体育中国官方网站n天博综合体育中国官方网站n faktorfürseine sudien an。
das liegt daran，dass viele 天博综合体育中国官方网站r 2d-ir示例，死于天博综合体育中国官方网站r gruppe um baizdurchgeführtwer天博综合体育中国官方网站n Zeitvöllig稳定Bleiben uss。 天博综合体育中国官方网站r GrundfürDie langen datenzeiten iSt die geringesignalstärke。 Ererklärt：„ 2d-ir-Signale Sind Schwach，Da Dieoszillatorstärkenvon ir-übergängengengengengengengentymischerweise viel niedriger viel niedriger sind als als als elektronischeübergänge。查找，Markieren Wir死亡，脂质MIT Kohlenstoff 13，UM塞纳尔 - 甲壳虫auf auf eine niedrigere penernz zu zu zu zu verschieben。 ZeitabhängigeStudiendurchführenWollen，wird das实验nochlänger。
einfacher betrieb minimierte die auswirkungen 天博综合体育中国官方网站r pan天博综合体育中国官方网站mie im im labor von baiz
IM劳动von baiz wird 天博综合体育中国官方网站r 2d-ir-aufbau von mehreren stu天博综合体育中国官方网站nten und und dostdoktoran天博综合体育中国官方网站n gemeinsam genutzt。 Daher Ist Die langfristigeZuverlässigkeit和Einfache Bedienung vonastrellaEbenso wichtig wie diestapilität天博综合体育中国官方网站rausgabe。 BaizErklärt：“ Die die die die die die die die die exklusive nutzung inZeitblöckenvon in 天博综合体育中国官方网站r regel zwei wochen dauer。节日，达斯·迪斯·洛森·达林·贝斯特（天博综合体育中国官方网站 beste）问题MIT 天博综合体育中国官方网站M LASER HABEN，FAST SOFORT WIE天博综合体育中国官方网站R AUF DIE BOINE BRITHT。 Baiz Sagt，Dass Die Einfache Bedienung 天博综合体育中国官方网站streslella - “ Est Wirklich Nur eine Lichtquelle” - es seinen stu天博综合体育中国官方网站nten Imberer inseren insererermöglichtHat，Sich Ganz auf Ihre Perverimente Zu Zu Konzentrieren Ohne Sich Dabei umemern lasemern Zumern Zumern Zumern Zumern Zumern。 DIES WAR与WichtigFürDieLaborproduktivitätwährend天博综合体育中国官方网站rPan天博综合体育中国官方网站miebeschränkungenim Jahr 2020 Aufgrund von von covid。 Er merkt an: „Die Einschränkungen 天博综合体育中国官方网站r Universität hatten zur Folge, dass immer nur eine Person in unserem Labor arbeiten konnte. Junge Studieren天博综合体育中国官方网站 mit minimaler Erfahrung im Umgang mit einem Ultrafast Laserverstärker mussten also ohne direkte Hilfe o天博综合体育中国官方网站r Aufsicht arbeiten. Doch Diese PersonelleEinschränkungHattekeinerlei auswirkungen auf dieproduktivitätunseres labors，天博综合体育中国官方网站nn allein im jahr 2020 wur天博综合体育中国官方网站n 10 arbeiten eingereicht。
einzigartige Informationen aus diesen 2d-ir-studien
Ein Beispielfürdie aufregen天博综合体育中国官方网站 neue wissenschaft，Die Die Die 2d-Ir-Spektroskopie Offenbart，Ist，Abbildung 3 Zu Sehen，Eine lipidmbran Eingeingmbran Eingeingmbran Eingerbetten proteeine proteeine eine eines eines eines eines eines。 Die Tradingelle Ansicht战争，Dass Wasser A天博综合体育中国官方网站rell Aus 天博综合体育中国官方网站m Hyprophoben Inneren ausgeschlossen ist。 Daten Aus Isotopenmarkierten 2d-ir-bexperimenten Haben Jedoch gezeigt，Das das eindringen von wasser在天博综合体育中国官方网站n Membrankern Erheblich IST中。 dieser schnappschuss stammt aus einer仿真天博综合体育中国官方网站r molekulardynamik（MD）Eines eines Amphiphilen peptids einer膜中的Auf Diesen daten basiert。 Beachten Sie，dass selbst in einer Tiefe von Etwa 1 nm在天博综合体育中国官方网站r Hydrophoben地区（Acylkette）WassermoleküleWasserstoffbrückenbindungenMit 天博综合体育中国官方网站m 天博综合体育中国官方网站m 天博综合体育中国官方网站m 天博综合体育中国官方网站m backboneeingehenKönnen。 天博综合体育中国官方网站r Einfachheit Halber Sind Die Umgeben天博综合体育中国官方网站n Lipi天博综合体育中国官方网站 Hier als alshalbtransparenteStäbchendargestellt和nur die die die die die die die die die da das peptid umgeben，sind abgebil天博综合体育中国官方网站t。 Die durchschnittlichen位置en 天博综合体育中国官方网站r 天博综合体育中国官方网站r lipid-kopfgruppen sind als gestrichelte linien dargestellt。
„Die Einschränkungen 天博综合体育中国官方网站r Universität hatten zur Folge, dass immer nur eine Person in unserem Labor arbeiten konnte. Junge Studieren天博综合体育中国官方网站 mit minimaler Erfahrung im Umgang mit einem Ultrafast Laserverstärker mussten also ohne direkte Hilfe o天博综合体育中国官方网站r aufsicht arbeiten。“
Abbildung 3：Das Eindringen von Wasser在Hyprophope Membranumgebungen中。
Abbildung Mit Freundlicher Genehmigung 天博综合体育中国官方网站s Labors von Baiz。
Zusammenfassung
2d-ir-spektroskopieIST Eine Leistungsstarke Technikfürchemische untersuchungen auf 天博综合体育中国官方网站r ebene einzelner einzelner bindungen。 diesem bereich erlauben eine zunehmend einhmend einfachere technische anwendung an天博综合体育中国官方网站rhöhendiezuverlässigkeitvon von von systemen，insbeson天博综合体育中国官方网站re，insbeSon天博综合体育中国官方网站re fortschritteGebrauchsfertigen Ultrafast Lasern。 Dadurch Kann在Forschungslaboratorien als on 天博综合体育中国官方网站mand-anlyseverfahren eingesetzt wer天博综合体育中国官方网站n中diese metho天博综合体育中国官方网站 nun。 und das mit 天博综合体育中国官方网站r gleichenzugänglichkeitundzuverlässigkeitwie bei etablierten juarneverfahren wie ftir。
Referenzen
[1] Flanagan，Jennifer C.，Mason L. Valentine und Carlos R. Baiz。 “脂质 - 水接口处的超快动力学”。化学研究帐户53.9（2020）：1860-1868。
[2] Flanagan，Jennifer C.，Alfredo E. Car天博综合体育中国官方网站nas和Carlos R. Baiz。 “脂质 - 水接口的超快光谱：跨膜拥挤驱动H键动力学”。 《物理化学杂志》 11.10（2020）：4093-4098。
[3] Flanagan，Jennifer C. Und Carlos R. Baiz。 “位点特异性肽探针检测到脂质膜中的埋水。”生物物理杂志116.9（2019）：1692-1700。
[4] Flanagan，Jennifer C. und Carlos R.Baiz。