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太赫兹(THz)光谱对于分子间的弱相互作用力很敏感,因为弱相互作用力的能量尺度正好位于太赫兹波段。而生物分子的构象变化主要是由弱相互作用力的改变所引起,因此分析生物分子在太赫兹波段的光谱信息,可以为研究生物分子的结构特点提供新的角度,进而加深对分子结构与功能之间的理解。 水分子的存在会影响药物的晶型,而药物的不同晶型会引起药物物理化学性质上的差异,从而影响其发挥原本的作用。因为太赫兹光谱对水分子极为敏感,因此通过太赫兹光谱对水合物和无水物进行了鉴别。以没食子酸为例,基于没食子酸及其一水合物在太赫兹波段独特的指纹谱,利用太赫兹光谱对没食子酸一水合物进行了脱水过程的动态监测。结合粉末衍射光谱和热力学分析,结果表明太赫兹光谱对固体药品中的水含量极为敏感。同时,对不同温度下的太赫兹光谱进行了动力学拟合,发现了没食子酸一水合物在脱水过程的速率受水分子的扩散速率所控制,且反应的控制步骤随着温度的升高而发生变化。结合量子化学计算,基于色散修正后的固态密度泛函模型,进行结构优化和能量优化计算,对太赫兹光谱进行了解析。根据理论模拟结果,将太赫兹光谱的特征吸收峰归属到了具体的振动模式,太赫兹吸收峰是由低频振动引起,主要有分子间的振动和分子内的振动。其中,水分子的存在导致了相邻振动模式的耦合和分裂,这些振动会导致原有晶体结构的变形,从而对晶体的物理,化学性质造成影响。 为了研究肽分子的线性序列(氨基酸序列)和存在形式的变化对低频振动的影响,以甘氨酸及其衍生肽、L-肌肽及其相应氨基酸和还原型(氧化型)谷胱甘肽为研究对象。发现氨基酸线性序列的差异会引起分子之间作用力的改变,从而在太赫兹光谱上引起差异。随着肽链的增长,会产生更多的特征吸收峰。但由于分子之间存在相似的氢键网络,因此在太赫兹波段上还保留相似的吸收峰。而对于不同形式的物质,太赫兹光谱由于其对分子及其晶体结构的敏感性,能有效地进行分辨。对太赫兹光谱进行了解析,发现氨基酸及其衍生肽的特征吸收峰受分子本身氢键网络及分子链长短影响;从低频振动的角度来阐释分子在太赫兹波段相似的特征吸收峰是由相似的振动模式所引起;二肽,多肽甚至蛋白质可能保留其组成氨基酸的指纹谱与振动模式。太赫兹光谱为多肽,蛋白质的结构理解提供了一种新的途径。本工作对于采用太赫兹光谱进行未知生物大分子的序列分析有指导意义。