<p>In the research presented in this licentiate thesis the surface specific technique Vibrational Sum Frequency Spectroscopy, VSFS, combined with the Langmuir trough has been utilized to investigate Langmuir monolayers and Langmuir-Blodgett (LB) deposited mono- and bilayers of phospholipids. Their molecular structure, stability, and hydration were probed to gain additional understanding of important properties aiming at facilitating the use of such layers as model systems for biological membranes.</p><p>VSFS was applied to <em>in situ</em> studies of the degradation of Langmuir monolayers of 1,2-diacyl-phosphocholines with identical C-18 chains having various degrees of unsaturation. The time-dependent change of the monolayer area at constant surface pressure as well as the sum frequency intensity of the vinyl-CH stretch at the C=C double bonds were measured to monitor the degradation. It was shown that a rapid degradation of the monolayers of unsaturated phospholipids occurred when exposed to the laboratory air compared to the fully saturated lipid, and that the degradation could be inhibited by purging the ambient air with nitrogen. The degradation was attributed to oxidation mediated by reactive species in the air.</p><p>The molecular structure and order of Langmuir monolayers of 1,2-distearoyl-phosphocholine (18:0 PC) and their hydrating water were investigated at different surface pressures using VSFS. The spectroscopic data indicated a well ordered monolayer at all surface pressures with a more intense signal at higher pressures attributed to the subsequent increase of the number density and more ordered lipid molecules due to the tighter packing. Water molecules hydrating the headgroups or being in contact with the hydrophobic parts were observed and distinguished by their vibrational frequencies, and found to have different average orientations.</p><p>Additionally, monolayers of 18:0 PC, its fully deuterated analogue, and 1,2-distearoyl-phosphoserine (18:0 PS) were Langmuir-Blodgett (LB) deposited on CaF₂ substrates and VSFS was used to investigate the structure and order of the films as well as the hydrating water. The CH-region, water region, and lower wavenumber region containing phosphate, ester, carboxylic acid, and amine signals were probed to obtain a complete picture of the molecule. The data indicates that all deposited monolayers formed a well ordered and stable film and the average orientation of the aliphatic chains was determined using the antisymmetric methyl stretch.</p> / <p>I forskningen som presenteras i denna licentiatavhandling har den ytspecifika vibrationssumfrekvensspektroskopin, VSFS, använts tillsammans med Langmuirtråget för att studera Langmuir-monolager och Langmuir-Blod-gett (LB) deponerade monolager och bilager av fosfolipider. För att utvidga förståelsen av egenskaper som är viktiga för att underlätta användandet av dem som modellsystem för biologiska membran undersöktes såväl deras molekylära struktur som stabilitet och hydratisering.</p><p>VSFS användes för att genomföra <em>in situ</em>-studier av nedbrytningen av Langmuir-monolager av 1,2-diacyl-fosfokoliner med identiska 18 kolatomer långa sidokedjor med varierande antal omättade kol-kol-bindningar. För att övervaka nedbrytningen mättes såväl den tidsberoende förändringen av monolagernas area vid konstant yttryck som sumfrekevensintensiteten från dubbelbindningarnas CH-vibration. När monolagerna bestående av omättade fosfolipider utsattes för laboratorieluften bröts de ner hastigt jämfört med det helt mättade monolagret. Denna nedbrytning som sannolikt orsakades av reaktiva ämnen i luften kunde inhiberas fullständigt genom att ersätta den omgivande luften med kvävgas.</p><p>Den molekylära strukturen och ordningen hos Langmuir-monolager av 1,2-distearoyl-fosfokolin (18:0 PC) och deras hydratiseringsvatten undersöktes vid olika yttryck med VSFS. Den spektroskopiska datan visar att monolagerna är välordnade vid alla yttryck samt att sumfrekvenssignalens styrka ökar med ökande yttryck på grund av såväl det större antalet molekyler per ytenhet som den högre ordningen då molekylerna packas tätare. Vattenmolekyler som hydratiserar huvudgrupperna eller är i kontakt med hydrofoba delar och har olika medelorientering observerades och kunde identifieras genom sina vibrationsfrekvenser.</p><p>Vidare deponerades monolager av 18:0 PC, dess fullt deuterade analog och 1,2-distearoyl-fofsfoserin (18:0 PS) på substrat av CaF₂ och VSFS användes för att undersöka filmernas struktur och ordning såväl som hydratiseringsvattnet. CH- och vattenregionerna samt lågvågtalsområdet som innehåller fosfat-, ester-, karboxylsyra- och aminsignaler undersöktes för att få en fullständig bild av den molekylära strukturen. Data visar att alla deponerade monolager bildade en välordnad och stabil film och kolvätekedjornas medelorientering bestämdes med hjälp av signalen från den antisymmetriska metylvibrationen.</p> / QC 20100924

In the research presented in this licentiate thesis the surface specific technique Vibrational Sum Frequency Spectroscopy, VSFS, combined with the Langmuir trough has been utilized to investigate Langmuir monolayers and Langmuir-Blodgett (LB) deposited mono- and bilayers of phospholipids. Their molecular structure, stability, and hydration were probed to gain additional understanding of important properties aiming at facilitating the use of such layers as model systems for biological membranes. VSFS was applied to in situ studies of the degradation of Langmuir monolayers of 1,2-diacyl-phosphocholines with identical C-18 chains having various degrees of unsaturation. The time-dependent change of the monolayer area at constant surface pressure as well as the sum frequency intensity of the vinyl-CH stretch at the C=C double bonds were measured to monitor the degradation. It was shown that a rapid degradation of the monolayers of unsaturated phospholipids occurred when exposed to the laboratory air compared to the fully saturated lipid, and that the degradation could be inhibited by purging the ambient air with nitrogen. The degradation was attributed to oxidation mediated by reactive species in the air. The molecular structure and order of Langmuir monolayers of 1,2-distearoyl-phosphocholine (18:0 PC) and their hydrating water were investigated at different surface pressures using VSFS. The spectroscopic data indicated a well ordered monolayer at all surface pressures with a more intense signal at higher pressures attributed to the subsequent increase of the number density and more ordered lipid molecules due to the tighter packing. Water molecules hydrating the headgroups or being in contact with the hydrophobic parts were observed and distinguished by their vibrational frequencies, and found to have different average orientations. Additionally, monolayers of 18:0 PC, its fully deuterated analogue, and 1,2-distearoyl-phosphoserine (18:0 PS) were Langmuir-Blodgett (LB) deposited on CaF2 substrates and VSFS was used to investigate the structure and order of the films as well as the hydrating water. The CH-region, water region, and lower wavenumber region containing phosphate, ester, carboxylic acid, and amine signals were probed to obtain a complete picture of the molecule. The data indicates that all deposited monolayers formed a well ordered and stable film and the average orientation of the aliphatic chains was determined using the antisymmetric methyl stretch. / I forskningen som presenteras i denna licentiatavhandling har den ytspecifika vibrationssumfrekvensspektroskopin, VSFS, använts tillsammans med Langmuirtråget för att studera Langmuir-monolager och Langmuir-Blod-gett (LB) deponerade monolager och bilager av fosfolipider. För att utvidga förståelsen av egenskaper som är viktiga för att underlätta användandet av dem som modellsystem för biologiska membran undersöktes såväl deras molekylära struktur som stabilitet och hydratisering. VSFS användes för att genomföra in situ-studier av nedbrytningen av Langmuir-monolager av 1,2-diacyl-fosfokoliner med identiska 18 kolatomer långa sidokedjor med varierande antal omättade kol-kol-bindningar. För att övervaka nedbrytningen mättes såväl den tidsberoende förändringen av monolagernas area vid konstant yttryck som sumfrekevensintensiteten från dubbelbindningarnas CH-vibration. När monolagerna bestående av omättade fosfolipider utsattes för laboratorieluften bröts de ner hastigt jämfört med det helt mättade monolagret. Denna nedbrytning som sannolikt orsakades av reaktiva ämnen i luften kunde inhiberas fullständigt genom att ersätta den omgivande luften med kvävgas. Den molekylära strukturen och ordningen hos Langmuir-monolager av 1,2-distearoyl-fosfokolin (18:0 PC) och deras hydratiseringsvatten undersöktes vid olika yttryck med VSFS. Den spektroskopiska datan visar att monolagerna är välordnade vid alla yttryck samt att sumfrekvenssignalens styrka ökar med ökande yttryck på grund av såväl det större antalet molekyler per ytenhet som den högre ordningen då molekylerna packas tätare. Vattenmolekyler som hydratiserar huvudgrupperna eller är i kontakt med hydrofoba delar och har olika medelorientering observerades och kunde identifieras genom sina vibrationsfrekvenser. Vidare deponerades monolager av 18:0 PC, dess fullt deuterade analog och 1,2-distearoyl-fofsfoserin (18:0 PS) på substrat av CaF2 och VSFS användes för att undersöka filmernas struktur och ordning såväl som hydratiseringsvattnet. CH- och vattenregionerna samt lågvågtalsområdet som innehåller fosfat-, ester-, karboxylsyra- och aminsignaler undersöktes för att få en fullständig bild av den molekylära strukturen. Data visar att alla deponerade monolager bildade en välordnad och stabil film och kolvätekedjornas medelorientering bestämdes med hjälp av signalen från den antisymmetriska metylvibrationen. / QC 20100924