Membrane interaction of polymyxin B and synthetic analogues studied in biomimetic systems: implications for antibacterial action

Membrane-active antimicrobial peptides, such as polymyxin B (PxB), are currently in the spotlight as potential candidates toovercome bacterial resistance. We have designed synthetic analogs ofPxB in order to determine the structural requirements for membraneaction. Since the mechanism of action of PxB involves interaction withboth the outer membrane and the cytoplasmic membrane of Gramnegative bacteria, we have used an approach based on mimicking theouter layers of these membranes using monolayers, Langmuir-Blodgettfilms and unilamelar vesicles, and applying a battery of biophysicalmethods in order to dissect the different events of membraneinteraction. Collectively, results indicate that the PxB analogues act inthe bacterial membrane by the same mechanism than PxB, and that cationic amphipathicity determines peptide activity.

When Langmuir is too simple: H2 dissociation on Pd(111) at high coverage

Recent experiments of H2 adsorption on Pd(111) [T. Mitsui et al., Nature (London) 422, 705 (2003)] have questioned the classical Langmuir picture of second order adsorption kinetics at high surface coverage requiring pairs of empty sites for the dissociative chemisorption. Experiments find that at least three empty sites are needed. Through density functional theory, we find that H2 dissociation is favored on ensembles of sites that involve a Pd atom with no direct interaction with adsorbed hydrogen. Such active sites are formed by aggregation of at least 3 H-free sites revealing the complex structure of the "active sites."

Irving langmuir: o milagre da ciência

Irving Langmuir received the Nobel Prize in Chemistry in 1932 "...for his outstanding discoveries and investigations within the field of surface chemistry", according to the Swedish Academy. However, few people know that his work comprises other very important contributions, and not only for chemistry, such as the discovery of plasma, the atomic hydrogen, the pure thermoionic phenomenon, the development of the cloud seeding technique for weather modification, among many others. This paper summarizes Langmuir's most important discoveries and theories, with an especial mention for his practical inventions and his work on the atomic theory.

Electrical parameters and water permeability properties of monolayers formed by T84 cells cultured on permeable supports

T84 is an established cell line expressing an enterocyte phenotype whose permeability properties have been widely explored. Osmotic permeability (P OSM), hydraulic permeability (P HYDR) and transport-associated net water fluxes (J W-transp), as well as short-circuit current (I SC), transepithelial resistance (R T), and potential difference (deltaV T) were measured in T84 monolayers with the following results: P OSM 1.3 ± 0.1 cm.s-1 x 10-3; P HYDR 0.27 ± 0.02 cm.s-1; R T 2426 ± 109 omega.cm², and deltaV T 1.31 ± 0.38 mV. The effect of 50 µM 5,6-dichloro-1-ethyl-1,3-dihydro-2H-benzimidazol-2-one (DCEBIO), a "net Cl- secretory agent", on T84 cells was also studied. We confirm the reported important increase in I SC induced by DCEBIO which was associated here with a modest secretory deltaJ W-transp. The present results were compared with those reported using the same experimental approach applied to established cell lines originating from intestinal and renal epithelial cells (Caco-2, LLC-PK1 and RCCD-1). No clear association between P HYDR and R T could be demonstrated and high P HYDR values were observed in an electrically tight epithelium, supporting the view that a "water leaky" barrier is not necessarily an "electrically leaky" one. Furthermore, the modest secretory deltaJ W-transp was not consistent with previous results obtained with RCCD-1 cells stimulated with vasopressin (absorptive fluxes) or with T84 cells secreting water under the action of Escherichia coli heat stable enterotoxin. We conclude that, while the presence of aquaporins is necessary to dissipate an external osmotic gradient, coupling between water and ion transport cannot be explained by a simple and common underlying mechanism.

Towards the nanomechanical actuation and controlled assembly of nanomaterials using charge-transfer reactions in electroactive self-assembled monolayers

Les microcantileviers fonctionnalisés offrent une plateforme idéale pour la nano- et micro-mécanique et pour le développement de (bio-) capteurs tres sensible. Le principe d’opération consiste dans des évènements physicochimiques qui se passent du côté fonctionnalisé du microcantilevier induisant une différence de stress de surface entre les deux côtés du cantilevier qui cause une déflexion verticale du levier. Par contre, les facteurs et les phénomènes interfacials qui régissent la nature et l'intensité du stress de surface sont encore méconnus. Pour éclaircir ce phénomène, la première partie de cette thèse porte sur l'étude des réactions de microcantileviers qui sont recouverts d'or et fonctionnalisés par une monocouche auto-assemblée (MAA) électroactive. La formation d'une MAA de ferrocènylundécanethiol (FcC11SH) à la surface d'or d'un microcantilevier est le modèle utilisé pour mieux comprendre le stress de surface induit par l’électrochimie. Les résultats obtenus démontrent qu'une transformation rédox de la MAA de FcC11SH crée un stress de surface qui résulte dans une déflexion verticale du microcantilevier. Dépendamment de la flexibilité du microcantilevier, cette déflexion peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. L’oxydation de cette MAA de FcC11SH dans un environnement d'ions perchlorate génère un changement de stress de surface compressive. Les résultats indiquent que la déflexion du microcantilevier est due à une tension latérale provenant d'une réorientation et d'une expansion moléculaire lors du transfért de charge et de pairage d’anions. Pour vérifier cette hypothèse, les mêmes expériences ont été répéteés avec des microcantileviers qui ont été couverts d'une MAA mixte, où les groupements électroactifs de ferrocène sont isolés par des alkylthiols inactifs. Lorsqu’un potentiel est appliqué, un courant est détecté mais le microcantilevier ne signale aucune déflexion. Ces résultats confirment que la déflexion du microcantilevier est due à une pression latérale provenant du ferrocènium qui se réorganise et qui crée une pression sur ses pairs avoisinants plutôt que du couplage d’anions. L’amplitude de la déflexion verticale du microcantilevier dépend de la structure moléculaire de la MAA et du le type d’anion utilisés lors de la réaction électrochimique. Dans la prochaine partie de la thèse, l’électrochimie et la spectroscopie de résonance de plasmon en surface ont été combinées pour arriver à une description de l’adsorption et de l’agrégation des n-alkyl sulfates à l’interface FcC11SAu/électrolyte. À toutes les concentrations de solution, les molécules d'agent tensio-actif sont empilées perpendiculairement à la surface d'électrode sous forme de monocouche condensé entrecroisé. Cependant, la densité du film spécifiquement adsorbé s'est avérée être affectée par l'état d'organisation des agents tensio-actifs en solution. À faible concentration, où les molécules d'agent tensio-actif sont présentes en tant que monomères solvatés, les monomères peuvent facilement s'adapter à l’évolution de la concentration en surface du ferrocènium lors du balayage du potential. Cependant, lorsque les molécules sont présentes en solution en tant que micelles une densité plus faible d'agent tensio-actif a été trouvée en raison de l'incapacité de répondre effectivement à la surface de ferrocenium générée dynamiquement.

Self-assembly of PS-PVP block copolymers and their complexes at the air/water interface

Une compréhension approfondie et un meilleur contrôle de l'auto-assemblage des copolymères diblocs (séquencés) et de leurs complexes à l'interface air/eau permettent la formation contrôlée de nanostructures dont les propriétés sont connues comme alternative à la nanolithographie. Dans cette thèse, des monocouches obtenues par les techniques de Langmuir et de Langmuir-Blodgett (LB) avec le copolymère dibloc polystyrène-poly(4-vinyl pyridine) (PS-PVP), seul ou complexé avec de petites molécules par liaison hydrogène [en particulier, le 3-n-pentadécylphénol (PDP)], ont été étudiées. Une partie importante de notre recherche a été consacrée à l'étude d'une monocouche assemblée atypique baptisée réseau de nanostries. Des monocouches LB composées de nanostries ont déjà été rapportées dans la littérature mais elles coexistent souvent avec d'autres morphologies, ce qui les rend inutilisables pour des applications potentielles. Nous avons déterminé les paramètres moléculaires et les conditions expérimentales qui contrôlent cette morphologie, la rendant très reproductible. Nous avons aussi proposé un mécanisme original pour la formation de cette morphologie. De plus, nous avons montré que l'utilisation de solvants à haut point d’ébullition, non couramment utilisés pour la préparation des films Langmuir, peut améliorer l'ordre des nanostries. En étudiant une large gamme de PS-PVP avec des rapports PS/PVP et des masses molaires différents, avec ou sans la présence de PDP, nous avons établi la dépendance des types principaux de morphologie (planaire, stries, nodules) en fonction de la composition et de la concentration des solutions. Ces observations ont mené à une discussion sur les mécanismes de formation des morphologies, incluant la cinétique, l’assemblage moléculaire et l’effet du démouillage. Nous avons aussi démontré pour la première fois que le plateau dans l'isotherme des PS-PVP/PDP avec morphologie de type nodules est relié à une transition ordre-ordre des nodules (héxagonal-tétragonal) qui se produit simultanément avec la réorientation du PDP, les deux aspects étant clairement observés par AFM. Ces études ouvrent aussi la voie à l'utilisation de films PS-PVP/PDP ultraminces comme masque. La capacité de produire des films nanostructurés bien contrôlés sur différents substrats a été démontrée et la stabilité des films a été vérifiée. Le retrait de la petite molécule des nanostructures a fait apparaître une structure interne à explorer lors d’études futures.

Study of Langmuir-Blodgett Films of Self-Assembled Diblock Copolymers

L'auto-assemblage des copolymères à bloc (CPBs) attire beaucoup d'intérêt grâce à leur capacité de générer spontanément des matériaux ordonnés avec des propriétés uniques. Les techniques Langmuir-Blodgett (LB) et Langmuir-Schaefer (LS) sont couramment utilisées pour produire des monocouches ou des films ultraminces à l'interface air/eau suivi de transfert aux substrats solides. Les films LB/LS de CPBs amphiphiles s'auto-assemblent dans des morphologies variables dépendamment de la composition du CPB ainsi que d'autres facteurs. Dans notre travail, nous avons étudié les films LB/LS de polystyrène-b-poly(4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) et leurs complexes supramoléculaires avec le naphtol (NOH), l'acide naphtoïque (NCOOH) et le 3-n-pentadécylphenol (PDP). La première partie de ce mémoire est consacré à l'investigation du PS-P4VP complexé avec le NOH et le NCOOH, en comparaison avec le PS-P4VP seul. Il a été démontré qu'un plateau dans l'isotherme de Langmuir, indicatif d'une transition de premier ordre, est absent à des concentrations élevées des solutions d'étalement des complexes. Cela a été corrélé avec l'absence de morphologie en nodules avec un ordre 2D hexagonal à basse pression de surface. L'ordre au-delà de la pression de cette transition, lorsque présente, change à un ordre 2D carré pour tout les systèmes. La deuxième partie du la mémoire considère à nouveau le système PS-P4VP/ PDP, pour lequel on a démontré antérieurement que la transition dans l'isotherme correspond a une transition 2D d'un ordre hexagonal à un ordre carré. Cela est confirmé par microscopie à force atomique, et, ensuite, on a procédé à une étude par ATR-IR des films LB pour mieux comprendre les changements au niveau moléculaire qui accompagnent cette transition. Il a été constaté que, contrairement à une étude antérieure dans la littérature sur un autre système, il n'y a aucun changement dans l'orientation des chaînes alkyles. Au lieu de cela, on a découvert que, aux pressions au-delà de celle de la transition, le groupe pyridine, qui est orienté à basse pression, devient isotrope et qu'il y a une augmentation des liaisons hydrogènes phénol-pyridine. Ces observations sont rationalisées par un collapse partiel à la pression de transition de la monocouche P4VP, qui à basse pression est ordonné au niveau moléculaire. Cette étude a mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui se produisent à l'interface air/eau, ce qui fournit une meilleure base pour la poursuite des applications possibles des films LB/LS dans les domaines de nanotechnologie.

Characterization of radio frequency plasma using Langmuir probe and optical emission spectroscopy

The radio frequency plasma generated during the sputtering of Indium Tin Oxide target using Argon was analyzed by Langmuir probe and optical-emission spectroscopy. The basic plasma parameters such as electron temperature and ion density were evaluated. These studies were carried out by varying the RF power from 20 to 50 W. A linear increase in ion density and an exponential decrease in electron temperature with rf power were observed. The measured plasma parameters were then correlated with the properties of ITO thin films deposited under similar plasma conditions.

Electroactive Dipyrromethene-Cu(II) Monolayers Deposited onto Gold Electrodes for Voltammetric Determination of Paracetamol

Dipyrromethene-Cu(II) derivatives possessing two dodecane alkyl chains have been used for the modification of gold electrodes. Electroactive host molecules have been incorporated into a lipophilic dodecanethiol SAM deposited onto gold electrodes through hydrophobic and van der Waals interactions (embedment technique). The presence of dipyrromethene-Cu(II) redox centers on the electrode surface was proved by cyclic voltammetry and Osteryoung square-wave voltammetry. The Au electrodes incorporating redox active Cu(II)-dipyrromethene SAMs were used for the direct voltammetric determination of paracetamol in human plasma.

Studies on Laser Induced and RF Sputtered Plasma using Optical Emission Spectroscopy and Langmuir Probe

The main objective of the present study is to understand different mechanisms involved in the production and evolution of plasma by the pulsed laser ablation and radio frequency magnetron sputtering. These two methods are of particular interest, as these are well accomplished methods used for surface coatings, nanostructure fabrications and other thin film devices fabrications. Material science researchers all over the world are involved in the development of devices based on transparent conducting oxide (TCO) thin films. Our laboratory has been involved in the development of TCO devices like thin film diodes using zinc oxide (ZnO) and zinc magnesium oxide (ZnMgO), thin film transistors (TFT's) using zinc indium oxide and zinc indium tin oxide, and some electroluminescent (EL) devices by pulsed laser ablation and RF magnetron sputtering.In contrast to the extensive literature relating to pure ZnO and other thin films produced by various deposition techniques, there appears to have been relatively little effort directed towards the characterization of plasmas from which such films are produced. The knowledge of plasma dynamics corresponding to the variations in the input parameters of ablation and sputtering, with the kind of laser/magnetron used for the generation of plasma, is limited. To improve the quality of the deposited films for desired application, a sound understanding of the plume dynamics, physical and chemical properties of the species in the plume is required. Generally, there is a correlation between the plume dynamics and the structural properties of the films deposited. Thus the study of the characteristics of the plume contributes to a better understanding and control of the deposition process itself. The hydrodynamic expansion of the plume, the composition, and SIze distribution of clusters depend not only on initial conditions of plasma production but also on the ambient gas composition and pressure. The growth and deposition of the films are detennined by the thermodynamic parameters of the target material and initial conditions such as electron temperature and density of the plasma.For optimizing the deposition parameters of various films (stoichiometric or otherwise), in-situ or ex-situ monitoring of plasma plume dynamics become necessary for the purpose of repeatability and reliability. With this in mind, the plume dynamics and compositions of laser ablated and RF magnetron sputtered zinc oxide plasmas have been investigated. The plasmas studied were produced at conditions employed typically for the deposition of ZnO films by both methods. Apart from this two component ZnO plasma, a multi-component material (lead zirconium titanate) was ablated and plasma was characterized.

Untersuchung der Adsorptionskinetik photoschaltbarer azobenzolfunktionalisierter selbstorganisierter Monolagen mit optischer Frequenzverdopplung

In dieser Arbeit wurde das Adsorptionsverhalten zweier azobenzolfunktionalisierter Liganden auf Goldoberflächen untersucht. Diese Liganden zeichnen sich dadurch aus, dass sie mithilfe von Licht bestimmter Wellenlängen zwischen zwei Isomerisierungszuständen – sowohl in Lösung als auch in den auf der Oberfläche resultierenden Monolage – hin und her geschaltet werden können. Somit ist es möglich, Oberflächen herzustellen, deren physikalische und chemische Eigenschaften zwischen zwei Zuständen variiert werden können. Die Messungen des Adsorptionsverhaltens wurden mittels optischer Frequenzverdopplung durchgeführt. Diese Messmethode ist höchst grenzflächensensitiv und ermöglicht es somit die Adsorption der Liganden in situ und ich Echtzeit zu verfolgen. Neben den Adsorptionsmessungen wurde auch die Phase des frequenzverdoppelten Signals über eine Interferenzmethode gemessen. Die Ergebnisse dieser Phasenmessungen ermöglichen es, eine Aussage über eine mögliche Nichtlinearität der untersuchten Moleküle zu treffen. An die in den Adsorptionsmessungen gewonnenen Messdaten wurden drei kinetische Standardmodelle angepasst. Beschreibt eines dieser Modelle den im Experiment bestimmten Adsorptionsverlauf, kann eine Aussage über die zugrunde liegenden Prozesse des Adsorptionsvorganges getroffen werden. Die Ergebnisse der Adsorptionsmessungen zeigen einen deutlichen Einfluss des Isomerisierungszustandes der Liganden auf den Verlauf der Adsorption. Liegen die Moleküle im geschalteten Zustand vor, so verläuft die Adsorption langsamer. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass ebenso intermolekulare Wechselwirkungen über Wasserstoffbrückenbindungen einen verlangsamenden Einfluss auf die Adsorption der Liganden haben. In den durchgeführten Phasenmessungen zeigte sich darüber hinaus, dass Liganden, die über an die Azobenzolgruppe angebundene Amidgruppen verfügen, eine Nichtlinearität aufweisen. Diese Nichtlinearität ist zudem vom Isomerisierungszustand der Liganden abhängig. In den kinetischen Untersuchungen konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass sich die Adsorption der Liganden bis auf eine Ausnahme durch die Langmuirkinetik 2. Ordnung beschreiben lässt. Somit handelt es ich bei der Adsorption der untersuchten Liganden um eine Reaktion, der eine Bindungsspaltung voran geht. Dieser Befund konnte durch Vergleich mit weiteren Experimenten bestätigt werden.

Modificaci??n de la teor??a de Lewis-Langmuir sobre la regla del octete propuesta por S. W. Linnett

Noticia sobre las conclusiones del trabajo de S. W. Linnett, que modifica la hip??tesis de Lewis y Langmuir sobre la teor??a de los octetes en la distribuci??n de los electrones de los ??tomos, estableciendo Linnett, que se trata de un doble cuarteto en lugar de un octeto.

Langmuir turbulence and deeply penetrating jets in an unstratified mixed layer

The influence of surface waves and an applied wind stress is studied in an ensemble of large eddy simulations to investigate the nature of deeply penetrating jets into an unstratified mixed layer. The influence of a steady monochromatic surface wave propagating parallel to the wind direction is parameterized using the wave-filtered Craik-Leibovich equations. Tracer trajectories and instantaneous downwelling velocities reveal classic counterrotating Langmuir rolls. The associated downwelling jets penetrate to depths in excess of the wave's Stokes depth scale, δs. Qualitative evidence suggests the depth of the jets is controlled by the Ekman depth scale. Analysis of turbulent kinetic energy (tke) budgets reveals a dynamical distinction between Langmuir turbulence and shear-driven turbulence. In the former, tke production is dominated by Stokes shear and a vertical flux term transports tke to a depth where it is dissipated. In the latter, tke production is from the mean shear and is locally balanced by dissipation. We define the turbulent Langmuir number Lat = (v*/Us)0.5 (v* is the ocean's friction velocity and Us is the surface Stokes drift velocity) and a turbulent anisotropy coefficient Rt = /( + ). The transition between shear-driven and Langmuir turbulence is investigated by varying external wave parameters δs and Lat and by diagnosing Rt and the Eulerian mean and Stokes shears. When either Lat or δs are sufficiently small the Stokes shear dominates the mean shear and the flow is preconditioned to Langmuir turbulence and the associated deeply penetrating jets.

Characteristics of Langmuir Turbulence in the Ocean Mixed Layer

This study uses large-eddy simulation (LES) to investigate the characteristics of Langmuir turbulence through the turbulent kinetic energy (TKE) budget. Based on an analysis of the TKE budget a velocity scale for Langmuir turbulence is proposed. The velocity scale depends on both the friction velocity and the surface Stokes drift associated with the wave field. The scaling leads to unique profiles of nondimensional dissipation rate and velocity component variances when the Stokes drift of the wave field is sufficiently large compared to the surface friction velocity. The existence of such a scaling shows that Langmuir turbulence can be considered as a turbulence regime in its own right, rather than a modification of shear-driven turbulence. Comparisons are made between the LES results and observations, but the lack of information concerning the wave field means these are mainly restricted to comparing profile shapes. The shapes of the LES profiles are consistent with observed profiles. The dissipation length scale for Langmuir turbulence is found to be similar to the dissipation length scale in the shear-driven boundary layer. Beyond this it is not possible to test the proposed scaling directly using available data. Entrainment at the base of the mixed layer is shown to be significantly enhanced over that due to normal shear turbulence.

The effect of nicotine in vitro on the integrity of tight junctions in Caco-2 cell monolayers

Ulcerative colitis is characterised by impairment of the epithelial barrier and tight junction alterations resulting in increased intestinal permeability. UC is less common in smokers with smoking reported to decrease paracellular permeability. The aim of this study was thus to determine the effect of nicotine, the major constituent in cigarettes and its metabolites on the integrity of tight junctions in Caco-2 cell monolayers. The integrity of Caco-2 tight junctions was analysed by measuring the transepithelial electrical resistance (TER) and by tracing the flux of the fluorescent marker fluorescein, after treatment with various concentrations of nicotine or nicotine metabolites over 48 h. TER was significantly higher compared to the control for all concentrations of nicotine 0.01-10 M at 48 h (p < 0.001), and for 0.01 mu M (p < 0.001) and 0.1 mu M and 10 M nicotine (p < 0.01) at 12 and 24 h. The fluorescein flux results supported those of the TER assay. TER readings for all nicotine metabolites tested were also higher at 24 and 48 h only (p <= 0.01). Western blot analysis demonstrated that nicotine up-regulated the expression of the tight junction proteins occludin and claudin-l (p < 0.01). Overall, it appears that nicotine and its metabolites, at concentrations corresponding to those reported in the blood of smokers, can significantly improve tight junction integrity, and thus, decrease epithelial gut permeability. We have shown that in vitro, nicotine appears more potent than its metabolites in decreasing epithelial gut permeability. We speculate that this enhanced gut barrier may be the result of increased expression of claudin-l and occludin proteins, which are associated with the formation of tight junctions. These findings may help explain the mechanism of action of nicotine treatment and indeed smoking in reducing epithelial gut permeability. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.