脱氧核糖核酸(DNA)激发态动力学的实时探测与超快宽带光谱研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21473114
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0304.化学动力学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Excited state dynamics of deoxyribonucleic acid (DNA) represents a challenging area and one of the key research subjects in photophysics and photochemistry. In this proposal, we will use a combined ultrafast broadband spectroscopy of time-resolved fluorescence and transient absorption in conjunction with steady state methods to perform a systematic study on series of representative single-stranded and double-stranded DNA model compounds as well as natural DNAs. The broadband spectroscopic capacity joint with ultrafast time resolution serves as an ideal tool for revealing comprehensively spectral fingerprints of the involved transient excited state species. It also provides a direct way for real time monitoring temporal evolution of the excited state spectra, thereby enables a direct probe of various nonradiative channels, including excited state energy transfer, charge transfer, and proton transfer, that may possibly participate in the excited state deactivation. Comparison of results obtained for the selected systems will provide direct and explicit information for deciphering timescale and elementary steps of the excited state processes; allowing to access the structure-property relationship, in particular the sequence, composition, conformation and size dependence of the excited state dynamics, as well as to evaluate the role of inter-base interactions (i.e., stacking and pairing) in modulating dynamics of the varied decay channels. The successful implementation and accomplishment of this research will afford vitally important new experimental insights that should significantly enrich our knowledge of photo-excited DNAs, revealing at molecular level the origin of DNA photostability and possible cause of photodamage. The results of proposed work will enable to elucidate the current controversies on the nature and dynamics of DNA excited-states and also contribute to potential application of DNA in the area of functional biomaterials.
脱氧核糖核酸(DNA)激发态动力学是目前光物理、光化学研究领域中的热点和极具挑战性的课题。本项目拟结合超快宽带时间分辨荧光和超快宽带瞬态吸收并配合稳态光谱,对一系列具代表性的DNA模型聚体及天然DNA进行深入而系统的研究。通过直接捕捉激发态的特征指纹光谱,实时跟踪激发态光谱随时间的变化, 全面探测激发态的动态演化过程, 以确定各种可能弛豫通道的相互转换及对整个动力学过程的权重贡献; 通过比较,阐明碱基堆积、配对、DNA构型、组成、长度等因素对激发态的影响, 为指认激发态电子性质, 揭示激发态能量传递、电荷传递、质子传递及DNA结构对这些过程的调控与影响提供直接的实验证据,以澄清目前对DNA激发态的争论, 并丰富人们对DNA光物理及光化学过程的认识, 为从分子层面上揭示DNA的光稳定性、潜在光损伤及DNA在材料等方面的实际应用,提供直接的实验证据和坚实的基础。

结项摘要

了解核酸激发态动力学是当前光物理、光化学研究领域中的热点和极具挑战性的课题。在前期工作的基础上,本项目的执行总体按计划书预设的研究内容、研究方法和研究步骤进行,实现了预设的研究目标。具体而言,包括依研究方案,利用所选的各种稳态光谱和组合时间分辨荧光和瞬态吸收的光谱方法,研究不同长度和组成的单链核酸、双链核酸及天然核酸的激发态光谱和动力学,进而获得其激发态的指纹光谱和特征动力学常数,并以此作为直接的实验证据,以揭示核酸激发态的去反应通道及所涉各通道间的动态竞争及相互转换,并确定影响激发态路径的结构因素,及碱基组成、碱基各种相互作用和微环境因素等对核酸及相关体系激发态过程,尤其是能量传递、电子传递和质子传递等重要光物理和光化学过程的影响和调控。项目的研究和探索得出了一套有效的实验方法和数据分析手段,以直接追踪和探测极具挑战性的核酸激发态的复杂光谱性质和动态行为。此外,项目的执行亦包括对相关体系,如胞嘧啶碱基及重要衍生物;与光保护、光损伤密切相关的、具光致电子传递性质的紫外防护分子;及非常规胞嘧啶核酸四链体结构的激发态光谱和非辐射动力学的探索和研究。项目的研究具开拓性,并取得了重要的阶段性研究成果,在相关领域国际核心期刊发表论文5篇,培养已毕业研究生两名,在站博士后研究员一名,项目主持人和团队成员多次参加国际和国内相关学科的学术会议,并做口头或邀请报告。鉴于核酸在生物和纳米材料等方面的重要性,项目的研究结果和所得数据,对从分子层面上诠释目前了解甚少的核酸光物理、光化学性质、光诱导的核酸变异,及拓展核酸在分子器件等方面的应用,皆具有重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(0)
Remarkable effects of solvent and substitution on the photo-dynamics of cytosine: a femtosecond broadband time-resolved fluorescence and transient absorption study
溶剂和取代对胞嘧啶光动力学的显着影响:飞秒宽带时间分辨荧光和瞬态吸收研究
  • DOI:
    10.1039/c5cp02624e
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Ma, Chensheng;Cheng, Chopen Chan-Wut;Kwok, Wai-Ming
  • 通讯作者:
    Kwok, Wai-Ming

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其他文献

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马晨生的其他基金

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
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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
  • 批准号:
    21773157
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    65.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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