SERS结合核磁共振氮谱研究嘌呤碱基在金/银溶胶表面的吸附状态

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基本信息

  • 批准号:
    21904127
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0403.谱学方法与理论
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) combined with density functional theory (DFT) calculation is an effective method to solve the adsorption configuration problem of simple molecules with few adsorption sites and few tautomers adsorbed on the surface of gold/silver colloidal nanoparticles. However, for most biological molecules, there are many possible adsorption configurations, therefore it is difficult to apply this method effectively. In this project, we will investigate the adsorption of biological molecules with more adsorption sites and more tautomers like purine bases. Based on our previous used the SERS combination DFT method, in this project, we will additionally employ the nitrogen-15 nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy combined with DFT in order to establish a multi-dimensional efficient and reliable method and strategy for the analysis of the adsorption configurations. This method relies on the intuitive regularity between the nuclear magnetic resonance nitrogen spectrum and the adsorption structure, can therefore effectively remedy the shortcomings of the old method in the analysis of complex systems, such as heavy workload in computation, uncertainty and controversy in determining the adsorption configuration. It helps to determine the states including the surface bonding and tautomerism of purine bases adsorbed on gold/silver nanoparticles, to better understand the adsorption states of protonation and deprotonation of purine bases under acidic and basic conditions. Therefore, this project may provide the experimental and theoretical basis for solving the adsorption problem for biomolecular gold/silver colloid complex system and related physical and chemical problems.
表面增强拉曼光谱(SERS)结合密度泛函理论(DFT)计算的方法是目前解析吸附位点少且异构体少的简单分子在金/银溶胶表面吸附构型问题的有效方法。但是对许多生物分子来说,其可能的吸附构型多,所以该方法的推广使用面临较大困难。本项目拟以嘌呤碱基这样吸附位点多且互变异构体多的生物分子为例,在原有SERS结合DFT的方法基础上,引入核磁共振(NMR)氮谱及其DFT谱学计算的方法,以构建一套多维度高效可靠的吸附构型解析方法和策略。该方法凭借核磁共振氮谱与吸附结构之间的直观规律性对应联系,可有效弥补原方法解析复杂体系工作量大、不确定性高和争议多的缺点,可有助于明晰嘌呤碱基在金/银纳米颗粒表面吸附后的表面成键、互变异构的状态,加深理解嘌呤碱基在酸碱条件下发生质子化和去质子化的吸附状态,从而为解决生物分子-金/银溶胶复杂体系的吸附问题及有关物理化学问题提供实验和理论依据。

结项摘要

由于生物分子和杂环分子的结构复杂,其在贵金属表面吸附时可能的吸附构型多,所以传统方法较难确定分子构象和表面吸附构型。理解贵金属表面与生物分子之间相互作用的行为机制是纳米材料学、生物学、化学、医学、物理学等众多学科交叉融合产生的重要共性研究内容。本项目综合了拉曼光谱、核磁共振、红外光谱等谱学方法和密度泛函理论,构建一套多维度高效可靠的生物分子构象和吸附构型解析方法和策略。分子体系包括嘌呤、虾青素、赖氨酸、喹啉、烯醇等生物分子和含氮杂化分子。研究工作通过理论结合实验的方式,明确了腺嘌呤和鸟嘌呤在金银溶胶表面的吸附方式;提出了全反式虾青素3种光学异构体的光谱鉴别方案;提出了10种虾青素几何顺反异构体的拉曼和红外光谱鉴别方法;提出了赖氨酸分子及多肽中赖氨酸残基乙酰化的拉曼和红外光谱识别方法;明确了8甲基喹啉在多种钯催化剂表面的吸附行为;明确了2-甲基-烯醇在多种元素掺杂钯催化剂表面的吸附方式;提出两种抗生素的快速光谱检测方法。相关工作对生物分子光谱和结构的基础研究具有重要的意义,也为相关体系在检测分析、催化、医药健康等领域方面的应用提供理论基础。已在Spectrochimica Acta Part A、Nature communications等期刊上发表了6篇项目标注的学术论文,其中第一作者论文3篇,另外有两篇论文在撰写投稿中。

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)
Palladium catalyzed radical relay for the oxidative cross-coupling of quinolines.
钯催化自由基中继喹啉氧化交叉偶联
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-31967-0
  • 发表时间:
    2022-07-19
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
Theoretical and experimental study of the infrared and Raman spectra of L-lysine acetylation
L-赖氨酸乙酰化的红外和拉曼光谱的理论与实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.saa.2022.121371
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guohua Yao;Qing Huang
  • 通讯作者:
    Qing Huang
Breaking scaling relationships in alkynol semi-hydrogenation by manipulating interstitial atoms in Pd with d-electron gain.
通过利用 d 电子增益操纵 Pd 中的间隙原子来打破炔醇半氢化中的比例关系
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-30540-z
  • 发表时间:
    2022-05-18
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Yang, Yang;Zhu, Xiaojuan;Wang, Lili;Lang, Junyu;Yao, Guohua;Qin, Tian;Ren, Zhouhong;Chen, Liwei;Liu, Xi;Li, Wei;Wan, Ying
  • 通讯作者:
    Wan, Ying
DFT-based Raman spectral study of astaxanthin geometrical isomers.
基于DFT的虾青素几何异构体拉曼光谱研究
  • DOI:
    10.1016/j.fochms.2022.100103
  • 发表时间:
    2022-07-30
  • 期刊:
    FOOD CHEMISTRY: MOLECULAR SCIENCES
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yao, Guohua;Muhammad, Muhammad;Zhao, Jiajiang;Liu, Jianguo;Huang, Qing
  • 通讯作者:
    Huang, Qing
Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for Trace Detection of Tetracycline and Dicyandiamide in Milk Using Transparent Substrate of Ag Nanoparticle Arrays
使用银纳米粒子阵列透明基质的表面增强拉曼光谱法用于牛奶中四环素和双氰胺的痕量检测
  • DOI:
    10.1021/acsanm.0c01389
  • 发表时间:
    2020-07-24
  • 期刊:
    ACS APPLIED NANO MATERIALS
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Muhammad, Muhammad;Yan, Bin;Huang, Qing
  • 通讯作者:
    Huang, Qing

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    童小芬

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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

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          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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