Soft matter interactions at the molecular scale: interaction forces and energies between single hydrophobic model peptides

文献情報

出版日 2017-01-05
DOI 10.1039/C6CP07562B
インパクトファクター 3.676
著者

Thomas Utzig


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要旨

In all realms of soft matter research a fundamental understanding of the structure/property relationships based on molecular interactions is crucial for developing a framework for the targeted design of soft materials. However, a molecular picture is often difficult to ascertain and yet essential for understanding the many different competing interactions at play, including entropies and cooperativities, hydration effects, and the enormous design space of soft matter. Here, we characterized for the first time the interaction between single hydrophobic molecules quantitatively using atomic force microscopy, and demonstrated that single molecular hydrophobic interaction free energies are dominated by the area of the smallest interacting hydrophobe. The interaction free energy amounts to 3–4 kT per hydrophobic unit. Also, we find that the transition state of the hydrophobic interactions is located at 3 Å with respect to the ground state, based on Bell–Evans theory. Our results provide a new path for understanding the nature of hydrophobic interactions at the single molecular scale. Our approach enables us to systematically vary hydrophobic and any other interaction type by utilizing peptide chemistry providing a strategic advancement to unravel molecular surface and soft matter interactions at the single molecular scale.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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