太赫兹(THz)光谱在生物大分子研究中的应用-生物化学与生物物理进展.PDF

生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biop hys ics 2010, 37(5): 484~489 赫兹(THz)光谱在生物大分子研究中的应用* 1) 2) 1)** 1)** 汪一帆 尉万聪 周凤娟 薛照辉 1) 2) ( 天津大学农业与生物工程学院，天津300072 ； 清华大学生物科学与技术系，北京100084) 摘要 太赫兹(THz)辐射是一种新型的远红外相干辐射源，近年来，在生物大分子研究中得到了广泛的应用，特别是在生物 分子的结构和动力学特性等方面有着巨大的应用潜力 结合THz 光谱的特点，介绍了利用THz 光谱对蛋白质、糖类及DNA 等生物大分子的探索研究，以及THz 技术在测定水环境与生物分子相互作用等方面的应用 探讨了 技术在生物学领域应 用中有待解决的问题及发展前景 关键词 太赫兹，生物，蛋白质，糖类，DNA 学科分类号 O561，Q691 DOI: 10.3724/SP.J.1206.2009.00562 在糖、蛋白质、核酸等生物分子的研究分析 ，辐射强度测量的信噪比和探测灵敏度远高于傅 中，光谱学发挥着非常重要的作用 太赫兹(THz) 里叶变换红外光谱 d 宽带性 THz 脉冲源通常 辐射是指频率在0.1～10 THz (波长在30～3 000 m) 只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可 之间的电磁波，其波段位于微波和红外光之间 由 以覆盖GHz 至几十THz 的范围，便于在大的范围 于长期缺少有效的产生和探测技术，THz 波段曾一 里分析物质的光谱性质 e 相干性 THz 时域光 度被称作 “THz 空隙” 近十几年来超快激光技术 谱技术 (THz-TDS) 的相干测量技术能够直接测量 和半导体材料科学与技术的迅速发展，为THz 脉 THz 电场的振幅和相，可以方便地提取样品的折 冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，促进了 射率、吸收系数 此外，THz 对生物分子中的水非 THz 辐射在光谱学和成像技术方面的应用 常敏感，因此可以用于分析生物分子与水的相互 相比于紫外可见吸收光谱、傅里叶变换红外光 作用 谱、圆二色谱、X 射线成像分析等传统技术，THz THz 光谱在生物分子的结构和动力学特性等方 光谱有其独特的优势：a 光谱的特征吸收 许多 面有着重要的应用价值 利用THz 技术可以获得 分子之间弱的相互作用(氢键、范德华力等) 、生物 这些生物分子在THz 波段的光学常数，进而可以 大分子的骨架振动、偶极子的旋转和振动跃迁以及 研究它们的光谱特征 国内外研究者已经利用THz 晶体中晶格的低频振动吸收正好处于THz 频带范 光谱对DNA 、蛋白质和糖类等生物分子进行了探 围，并且THz 光谱技术对探测物质结构存在的微 索研究 本文主要综述了近年来THz 光谱在生物 小差异和变化非常灵敏，具有反映化合物结构的指 学领域中的应用及进展 纹特征，因此THz 光谱技术在分析和研究生物大 [1] 分子方面有着广阔的前景 b 低能性 THz 电 磁辐射的光子能量低，只有毫电子伏特，不会因为 电离而破坏生物分子，因而是一种安全有效的无损 * 国家自然科学基金资助项目. ** 通讯联系人. Tel: 022 检测方法[2] c 高灵敏度 THz 脉冲的典型脉宽在 周凤娟. E-mail