太赫兹光谱在生物大分子研究中的应用详细说明

　　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。 本文结合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，以及应用THz 技术测定水环境与生物分子的相互作用。 探讨了该技术在生物领域应用中有待解决的问题及发展前景。

　　在碳水化合物、蛋白质、核酸等生物分子的研究分析中，光谱学发挥着非常重要的作用。 太赫兹 （THz）辐射是指频率在 0.1~10THz （波长在30µm~3mm） 之间的电磁波，其波段位于微波和红外光之间。 由于长期缺少有效的产生和探测技术，THz 波段曾一度被称作“THz 空隙”。 近十几年来超快激光技术和半导体材料科学与技术的迅速发展为THz 脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，促进了THz 辐射在光谱学和成像技术方面的应用。 相比于紫外可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、圆二色谱、X 射线成像分析等传统技术，THz 光谱有其独特的优势：（1）光谱的特征吸收：许多分子之间弱的相互作用（氢键、范德华力等）、生物大分子的骨架振动、偶极子的旋转和振动跃迁以及晶体中晶格的低频振动吸收正好处于THz 频带范围，并且THz光谱技术对探测物质结构存在的微小差异和变化非常灵敏，具有反映化合物结构的指纹特征，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］ 。（2）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检测方法［2］ 。（3）高灵敏度：THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以对生物样品进行时间分辨研究，而且可以有效地抑制远红外背景辐射噪音的干扰，辐射强度测量的信噪比和探测灵敏度远高于傅里叶变换红外光谱。（4）宽带性：THz 脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖GHz至几十THz的范围，便于在大的范围里分析物质的光谱性质。（5）相干性：THz时域光谱技术 （THz-TDS） 的相干测量技术能够直接测量THz电场的振幅和相，可以方便地提取样品的折射率、吸收系数。 此外，THz 对生物分子中的水非常敏感，因此可以用于分析生物分子与水的相互作用。 THz 光谱在生物分子的结构和动力学特性等方面有着重要的应用价值。 利用THz 技术可以获得这些生物分子在THz 波段的光学常数，进而可以研究它们的光谱特征。 国内外研究者已经利用THz 光谱对DNA、蛋白质和糖类等生物分子的探索研究。 本文主要综述了近年来THz光谱在生物领域中的应用及进展.