太赫兹(THz) 光谱在生物大分子研究中的应用.pdf

生物化学与生物物理进展
ProgressinBiochemistryandBiophysics
2010,37(5):484~489

太赫兹(THz)光谱在生物大分子研究中的应用*
汪一帆 1) 尉万聪 2) 周凤娟 1)** 薛照辉 1)**
(1) 天津大学农业与生物工程学院,天津 300072;2) 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. 探讨了该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: .
在糖、蛋白质、核酸等生物分子的研究分析扰,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) . 宽带性. THz 脉冲源通常
辐射是指频率在 ~ 10THz(波长在 30~ 3000 m) 只包含若干个周期的电磁振荡,单个脉冲的频带可
滋
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 . 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、,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
分子方面有着广阔的前景[1]. b. 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