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关键词：
X射线,光谱分析,现状,趋势
发表时间：
2012-03-21 15:31:07
摘 要 太赫兹( THz) 辐射是一种新型的远红外相干辐射源, 近年来在不同的研究领域中得到了广泛的应用, 许多研究表明THz 脉冲光谱学在生物和医学方面具有潜在的应用前景。文章简要介绍了THz 辐射产生和探测的基本原理和方法; 阐述了THz 辐射在生物学和DNA分子光谱学研究的物理基础; 讨论应用THz 辐射研究DNA取得的成果及最新进展, 展望应用THz 辐射研究DNA分子的前景。
THz 辐射指的是频率范围在011～10 THz 之间的电磁辐射, 其波段介于远红外和微波之间。一直以来, 生物分子的光谱研究都是在高于10 THz 的频率范围内进行的, 分子结构和性质的详细信息是从其他波段如拉曼和红外光谱中得到。随着傅里叶变换红外分光计( FTIR) 的发展, 使用合适的发射源, 光谱波段能够延伸到远红外( FIR) 波段[ 1] 。但是FT2IR技术的发射源的光流量很低, 在THz 频段的灵敏性很差,因此, 对生物大分子在THz 波段的振动模式研究非常少。近10 年来, 飞秒( f s) 激光技术的发展使得THz 光谱技术有了突破性的进展, THz 辐射的产生[2-6] 、探测[ 729] 和应用方面的研究[ 10215] 引起了越来越多的关注。理论证明许多极性大分子在振动能级间的跃迁和转动能级间的跃迁正好处于THz 频率范围, 在THz 频段存在大量的DNA 分子主链间的受激本征共振。因此, 生物分子的THz 光谱可以反映由分子内或分子间集体振动和晶格振动引起的低频振动模的本征特性。吸收光谱中观察的集体振动模式由整个分子的构形和构象决定,并且可反映出分子与环境之间的相互作用。THz 时域光谱( THz2TDS) 为分子的构形和构象提供了直接的特征谱。THz相干电磁辐射具有较低的光子能量, 在进行样品探测时,不会产生有害的光致电离, 是一种有效的无损探测方法。近10年来的研究表明THz 波段的实验测量是可行的, 并且取得了一些成果。理论模型方面, 利用简正模分析, 洛伦兹模型,以及薄膜矩阵模型和蒙特卡洛模型能够解释生物分子在较长波段的吸收特点[ 16-18] ; 实验方面, THz 光谱广泛地应用于分子构象研究、基因鉴定和同质异构体鉴别等方面。这些实验结果证明了THz 时域光谱技术是很有发展前途的, 如果把这个技术和理论分析相结合, 那么在基础生物科学、医学和军事防御方面都会有很重要的应用。因此, THz 光谱技术在分析和研究大分子尤其是DNA 聚合物内部低频振动方面有非常广阔的应用前景。
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