利用组合宽带超快时间分辨荧光和瞬态吸收光谱实时探测核碱基及重要碱基衍生物的激发态光谱和动力学

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21773157
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0304.化学动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Excited state dynamics of nucleobases represents a challenging and one of the key areas in photophysics, photochemistry, and photobiology. In this proposal, we will use a combined ultrafast broadband spectroscopy of time-resolved fluorescence and transient absorption in conjunction with steady-state method to perform a systematic study on selected nucleobases and a series of important rare bases and their derivatives in solvents of varying polarity and hydrogen bonding capacities. The broadband spectroscopic technique joint with ultrafast time-resolution serves as an ideal tool for revealing spectral signatures of the involved transient excited-states of the bases and selected rare bases and derivatives. The method also provides a direct way to monitor in real time temporal evolution of the excited-state spectra, thereby enables a direct probe of various nonradiative channels, including the ultrafast internal conversion, charge transfer, proton transfer, and intersystem crossing that can be possibly involved after the photo-excitation. Comparison of results obtained from the various selected systems will provide direct and explicit evidences for determining timescale and deciphering elementary steps of the excited state evolution; this will also allow accessing the structure-property relationship, in particular the effect of substitution on the excited state dynamics and role of solvent environment in affecting the spectra and dynamics of the deactivation channels. The successful implementation and accomplishment of this research will afford vitally important new experimental insights that should significantly enrich our knowledge on photo-excited nucleobases and their important derivatives, revealing at molecular level the origin of the remarkable photo-stability of the bases and the possible cause of their photo-damage. The results will enable to clarify the current controversies on the nature and dynamics of the base excited-states and provide hitherto unknown information to the excited states of some of the selected rare bases and base derivatives. It will also contribute to potential application of the base derivatives in areas such as gene regulation and anticancer drug development.
核碱基激发态动力学是目前光物理、光化学和光生物等研究领域中的热点和极具挑战性的课题。本项目拟利用组合宽带飞秒时间分辨荧光和瞬态吸收并结合稳态光谱,对所选碱基和一系列重要的稀有碱基及衍生物进行深入而细致的研究。通过直接捕捉其激发态的特征光谱,并实时跟踪其光谱随时间的变化,全面探测激发态的动态演化,确定各种可能去反应通道的相互转换和权重贡献。通过比较,揭示取代基位置、结构、及溶剂微环境等因素对激发态的影响,为明确指认激发态的电子性质,分辨激发态快速内转换、电荷传递、及系间窜越等过程提供直接的实验证据;以澄清目前对碱基激发态的疑问与争论;改善目前对有些所选稀有碱基和碱基衍生物激发态认知近乎空白的局面。提升人们对碱基及衍生物光物理、光化学性质的认识;为从分子层面上揭示碱基及重要衍生物的光稳定性、潜在光损伤及碱基衍生物在基因调控和抗肿瘤药物等方面的应用,提供重要的实验证据和基础。

结项摘要

本项目利用组合宽带飞秒时间分辨荧光和瞬态吸收另结合稳态光谱,对研究内容所涉及的一系列重要碱基及碱基衍生物进行了细致而深入的研究。实验获得了其激发态的特征光谱,并观测到其随时间的动态演化过程,为确定其激发态的辐射和非辐射去反应通道,及各通道的参与权重和相互转换,提供了直接的实验证据。另外,通过系统比较所选不同衍生物的激发态光谱和动力学,项目研究结果揭示出取代基的种类和位置及溶剂微环境等因素,对碱基的激发态的过程有不同和显著的影响。该取代基效应和溶剂效应为指认激发态的电子性质,及其非辐射失活通道,包括内转换、电荷传递 、系间窜越等,提供了关键的实验证据。研究结果澄清了目前对部分碱基衍生物激发态的争议;填补了目前对有些所选稀有碱基和碱基衍生物激发态认知的空白。丰富了人们对碱基及其衍生物光物理、光化学性质的理解;提升了在分子水平上,刻画该类重要生物分子的光稳定性及潜在光损伤的机理,对其在基因调控和抗肿瘤药物方面等的应用,具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Real-time Monitoring Excitation Dynamics of Human Telomeric Guanine Quadruplexes: Effect of Folding Topology, Metal Cation, and Confinement by Nanocavity Water Pool
实时监测人端粒鸟嘌呤四链体的激发动态:折叠拓扑、金属阳离子和纳米腔水池限制的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.9b02932
  • 发表时间:
    2019-12-19
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Ma, Chensheng;Chan, Ruth C. -T.;Kwok, Wai-Ming
  • 通讯作者:
    Kwok, Wai-Ming
A long lasting sunscreen controversy of 4-aminobenzoic acid and 4-dimethylaminobenzaldehyde derivatives resolved by ultrafast spectroscopy combined with density functional theoretical study
超快光谱结合密度泛函理论研究解决4-氨基苯甲酸和4-二甲氨基苯甲醛衍生物的长期防晒争议
  • DOI:
    10.1039/c9cp07014a
  • 发表时间:
    2020-04-21
  • 期刊:
    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Chan, Chris Tsz-Leung;Ma, Chensheng;Kwok, Wai-Ming
  • 通讯作者:
    Kwok, Wai-Ming
Dual Time-Scale Proton Transfer and High-Energy, Long-Lived Excitons Unveiled by Broadband Ultrafast Time-Resolved Fluorescence in Adenine-Uracil RNA Duplexes
腺嘌呤-尿嘧啶 RNA 双链体中的宽带超快时间分辨荧光揭示了双时标质子转移和高能、长寿命 2 激子
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.1c03553
  • 发表时间:
    2022-01-03
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Chan, Ruth Chau-Ting;Ma, Chensheng;Kwok, Wai-Ming
  • 通讯作者:
    Kwok, Wai-Ming

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其他文献

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胞嘧啶四链核酸结构稳定性、微环境效应及激发态动力学的实时探测与超快宽带光谱研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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