Hydrogen bonding and kinetic/thermodynamic transitions of aqueous trehalose solutions at cryogenic temperatures

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 19, 2009, Pages 6792-6799

  Malsam, Jason ^a   Aksan, Alptekin ^a  

^a University of Minnesota   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CRYOGENICS; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; HYDROGEN; HYDROGEN BONDS; HYSTERESIS MOTORS; MOLECULES; SUPERCOOLING;

CRYOGENIC TEMPERATURES; FTIR SPECTROSCOPY; HYDRATION LAYERS; HYDROGEN BONDINGS; SMALL CLUSTERS; TREHALOSE SOLUTION; WATER MOLECULE; WATER-WATER;

CARBOHYDRATES;

EID: 67650045695     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp8099434     Document Type: Article

References (81)

1. Fuller, B. J.; Lane, A. N.; Benson, E. E. Life in the Frozen State; CRC Press: Boca Raton, FL, 2004.
2. Crowe, J.; Hoekstra, F.; Crowe, L. Annu. Rev. Physiol. 1992, 54, 579.
3. Miller, D. P.; de Pablo, J. J.; Corti, H. Pharm. Res. 1997, 14, 578.
4. Conrad, P. B.; Miller, C. A.; Cielenski, P. R.; de Pablo, J. J. Cryobiology 2000, 41, 17.
5. Carpenter, J. F.; Crowe, J. H. Biochemistry 1989, 28, 3916.
6. Torreggiani, D.; Forni, E.; Guercilena, I.; Maestrelli, A.; Bertolo, G.; Archer, G. P.; Kennedy, C. J.; Bone, S.; Blond, G.; Contreras-Lopez, E.; Champion, D. Food Res. Int. 1999, 32, 441.
7. Roberts, C. J.; Debenedetti, P. G. AIChE J. 2002, 48, 1140.
8. Wang, W. Int. J. Pharm. 2000, 203, 1.
9. Aksan, A.; Toner, M. Roles of Thermodynamic State and Molecular Mobility in Biopreservation. In The Biomedical Engineering Handbook, 3rd ed.; Bronzino, J. D., Ed.; Taylor & Francis: Boca Raton, FL, 2006, Vol. 3.
10. Branca, C; Magazu, S.; Maisano, G.; Migliardo, P. J. Chem. Phys. 1999, 111, 281.
11. Gharsallaoui, A.; Rogé, B.; Mathlouthi, M. Food. Chem. 2008, 106, 1329.
12. Conrad, P. B.; de Pablo, J. J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 4049.
13. Lerbret, A.; Bordat, P.; Affouard, F.; Guinet, Y.; Hédoux, A.; Paccou, L.; Prévost, D.; Descamps, M. Carbohydr. Res. 2005, 340, 881.
14. Simperler, A.; Kornherr, A.; Chopra, R.; Jones, W.; Motherwell, W. D. S.; Zifferer, G. Carbohydr. Res. 2007, 342, 1470.
15. Gäida, L. B.; Dussap, C. G.; Gros, J. B. Food. Chem. 2006, 96, 387.
16. Zelent, B.; Nucci, N. V.; Vanderkooi, J. M. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 11141.
17. Choi, Y.; Cho, K. W.; Jeong, K.; Jung, S. Carbohydr. Res. 2006, 341, 1020.
18. Koop, T.; Luo, B.; Tsias, A.; Peter, T. Nature (London) 2000, 406, 611.
19. Gallina, M. E.; Sassi, P.; Paolantoni, M.; Morresi, A.; Cataliotti, R. S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8856.
20. Branca, C; Magazu, S.; Maisano, G.; Migliardo, P. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 1347.
21. Giangiacomo, R. Food Chem. 2006, 96, 371.
22. Mathlouthi, M.; Luu, C; Meffroy-Biget, A. M.; Luu, D. V. Carbohydr. Res. 1980, 81, 213.
23. Xie, G.; Timasheff, S. N. Protein Sci. 1997, 6, 211.
24. Lammert, A. M.; Schmidt, S. J.; Day, G. A. Food Chem. 1998, 61, 139.
25. Bouchard, A.; Hofland, G. W.; Witkamp, G. J. J. Chem. Eng. Data 2007, 52, 1838.
26. Dashnau, J. L.; Conlin, L. K.; Nelson, H. C. M.; Vanderkooi, J. M. Biochem. Biophys. Acta 2008, 1780, 41.
27. Jain, T. K.; Varshney, M.; Maitra, A. J. Phys. Chem. 1989, 93, 7409.
28. MacDonald, H.; Bedwell, B.; Gulari, E. Langmuir 1986, 2, 704.
29. Onori, G.; Santucci, A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 5430.
30. Golic, M.; Walsh, K.; Lawson, P. Appl. Spectrosc. 2003, 57, 139.
31. Walrafen, G. E.; Blatz, L. A. J. Chem. Phys. 1973, 59, 2646.
32. Fornes, V.; Chaussidon, J. J. Chem. Phys. 1978, 68, 4667.
33. Takeuchi, M.; Martra, G.; Coluccia, S.; Anpo, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7387.
34. Buijs, K.; Choppin, G. R. J. Chem. Phys. 1963, 39, 2035.
35. Brubach, J. B.; Mermet, A.; Filabozzi, A.; Gerschel, A.; Roy, P. J. Chem. Phys. 2005, 122, 184509.
36. Freda, M.; Piluso, A.; Santucci, A.; Sassi, P. Appl. Spectrosc. 2005, 59, 1155.
37. Crupi, V.; Majolino, D.; Migliardo, P.; Venuti, V.; Mizota, T. Mol. Phys. 2004, 102, 1943.
38. Brubach, J. B.; Mermet, A.; Filabozzi, A.; Gerschel, A.; Lairez, D.; Krafft, M. P.; Roy, P. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 430.
39. Luck, W. A. P. Structure of Water and Aqueous Solutions; Verlag Chemie: Weinheim, Germany, 1974.
40. Delwiche, S. R.; Norris, K. H.; Pitt, R. E. Appl. Spectrosc. 1992, 46, 782.
41. Czarnik-Matusewicz, B.; Pilorz, S. Vib. Spectrosc. 2006, 40, 235.
42. Choppin, G. R.; Violante, M. R. J. Chem. Phys. 2003, 56, 5890.
43. Mallamace, F.; Branca, C; Broccia, M.; Corsaro, C; Mou, C.-Y.; Chen, S. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 18387.
44. Mallamace, F.; Broccio, M.; Corsaro, C; Faraone, A.; Majolino, D.; Venuti, V.; Lui, L.; Mou, C.-Y.; Chen, S.-H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 424.
45. Saitow, K.; Kobayashi, K.; Nishikawa, K. J. Solution Chem. 2004, 33, 689.
46. Galinski, E. A.; Stein, M.; Amendt, B.; Kinder, M. Comp. Biochem. Physiol, Part A 1997, 117, 357.
47. Branca, C; Magazu, S.; Maisano, G.; Migliardo, P.; Villari, V.; Sokolov, A. P. J. Phys.: Condens. Matter 1999, 11, 3823.
48. Branca, C; Maccarrone, S.; Magazu, S.; Maisano, G.; Bennington, S. M.; Taylor, J. J. Chem. Phys. 2005, 122, 174513.
49. Kacuráková, M.; Mathlouthi, M. Carbohydr. Res. 1996, 284, 145.
50. Ragooonanan, V.; Aksan, A. Biophys. J 2008, 94, 2212.
51. Wolkers, W. F.; Oliver, A. E.; Tablin, F.; Crowe, J. H. Carbohydr. Res. 2004, 339, 1077.
52. Dirama, T. E.; Carri, G. A.; Sokolov, A. P. J. Chem. Phys. 2005, 122, 114505.
53. Kawai, H.; Sakurai, M.; Inoue, Y.; Chujo, R.; Kobayashi, S. Cryobioloey 1992, 29, 599.
54. Faraone, A.; Liu, L.; Mou, C.-Y.; Yen, C.-W.; Chen, S.-H. J. Chem. Phys. 2004, 121, 10843.
55. Hakem, I. F.; Boussaid, A.; Benchouk-Taleb, H.; Bockstaller, M. R. J. Chem. Phys. 2007, 127, 224106.
56. Libnau, F. O.; Toft, J.; Christy, A. A.; Kvalheim, O. M. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 8311.
57. Di Fonzo, S.; Masciovecchio, C; Bencivenga, F.; Gessini, A.; Fioretto, D.; Comez, L.; Morresi, A.; Gallina, M. E.; De Giacomo, O.; Cesàro, A. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 12577.
58. Chen, T.; Fowler, A.; Toner, M. Cryobiology 2000, 40, 277.
59. Sikora, A. J. Macromol. Sci., Part B 2007, 46, 71.
60. Roos, Y. Carbohydr. Res. 1993, 238, 39.
61. Franks, F. Water: A Comprehensive Treatise; Plenum Press: New York, 1972; Vol. 1.
62. Gilijamse, J. J.; Lock, A. J.; Bakker, H. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 3202.
63. Reategui, E.; Aksan, A. , J. Phys. Chem. B 2008, in review. (64) Aksan, A.; Toner, M. Langmuir 2004, 20, 5521.
64. Cesaro, A. Nat. Mater. 2006, 5, 593.
65. Nucci, N. V.; Vanderkooi, J. M. J. Phys. Chem. B 2005,109, 18301.
66. Lerbret, A.; Bordat, P.; Affouard, F.; Descamps, M.; Migliardo, F. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11046.
67. Senior, W. A.; Verrall, R. E. J. Phys. Chem. 1969, 73, 4242.
68. Smith, J. D.; Cappa, C. D.; Wilson, K. R.; Cohen, R. C; Geissler, P. L.; Saykally, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 14171.
69. Hansen, E. W.; Stocker, M.; Schmidt, R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 2195.
70. Schreiber, A.; Ketelsen, I.; Findenegg, G. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 1185.
71. Alcoutlabi, M.; McKenna, G. B. J. Phys.: Condens. Matter 2005, 17, R461.
72. Ediger, M. D.; Skinner, J. L. Science 2001, 292, 233.
73. Kilburn, D.; Townrow, S.; Meunier, V.; Richardson, R.; Alam, A.; Ubbink, J. Nature (London) 2006, 5, 632.
74. Arakawa, T.; Timasheff, S. N. Biochemistry 1982, 21, 6536.
75. Khan, I.; Shannon, C. F.; Dantsker, D.; Friedman, A. J.; Pérez-Gonzalez-de-Apodaca, J.; Friedman, J. M. Biochemistry 2000, 39, 16099.
76. Liu, D.-M.; Chen, I.-W. Acta Mater. 1999, 47, 4535.
77. Eggers, D. K.; Valentine, J. S. Protein. Sci. 2001, 10, 250.
78. Shibayama, N.; Saigo, S. J. Mol. Biol. 1995, 251, 203.
79. Uedaira, H.; Uedaira, H. Cell Mol. Biol. 2001, 47, 823.
80. Dashnau, J. L.; Sharp, K. A.; Vanderkooi, J. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 24152.
81. Zhang, J.; Teng, H.; Zhou, X.; Shen, D. Polym. Bull. 2002, 48, 277.