基于表面增强拉曼光谱研究荷能离子对生物分子的辐解作用

随着核技术在工业、农业、生物医学等领域应用的迅速发展，对于核安全防护、电离辐射对生物作用效应及机理的研究日益受到重视。其中，荷能离子对生物作用引发生物原初物理化学变化和过程是机理研究中的一个重点。但是，在实际生物细胞中，辐射作用所涉及的生物分子、或者它们的辐解产物分子数量很少，如何探测极少量的生物分子及其反应产物，对辐解作用过程进行无损、痕量的探测成为深入机理研究的一个关键。本项目旨在利用先进的表面增强拉曼光谱（SERS）技术，探测在荷能离子辐射实验中所涉及微量生物分子的反应变化，通过分析一些代表性小生物分子（如氨基酸、碱基）和大生物分子（如模式蛋白质和片段DNA）的辐解产物，寻找荷能离子对生物分子作用途径和数值关系，并区分直接和间接作用，阐明不同活性氧自由基的作用和影响。这项研究可为荷能离子对蛋白质、DNA的原初损伤提供基本数据，为进一步理解荷能离子对生物作用的效应及机理奠定实验基础。

随着核技术在工业、农业、生物医学等领域应用的迅速发展，对于核安全防护、电离辐射对生物作用效应及机理的研究日益受到重视。其中，荷能离子对生物作用引发生物原初物理化学变化和过程是机理研究中的一个重点。但是，在实际生物中，辐射作用所涉及的生物分子、或者它们的辐解产物分子数量很少，如何探测极少量的生物分子及其反应产物，对辐射作用过程进行无损、痕量的探测成为深入机理研究的一个关键。本项目旨在利用先进的表面增强拉曼光谱（SERS）技术，探测在荷能离子辐射实验中所涉及微量生物分子的反应变化，通过分析一些代表性生物分子（如氨基酸、碱基、多肽、模式蛋白质和DNA等）的辐射反应产物，研究离子辐射对生物分子作用及其机理，特别是辐射通过活性氧和自由基对生物分子的间接作用。项目具体研究内容包括：1）SERS基底制备及测量技术；2）生物分子的光谱理论与计算；3）离子辐射对生物分子（蛋白质和DNA）的作用和反应产物分析；4）基于SERS技术对生物分子（苯丙氨酸、半胱氨酸、GSH、蛋白质和DNA等）辐射反应测量的具体应用等。项目总体执行和进展顺利，并取得了一系列成果。在项目执行期间，由本基金资助并标注基金课题号的已经发表的SCI收录文章28篇，研究成果都发表在主流的国际专业期刊上，如：Nucl. Instrum. Meth. B、Plasma Processes & Polymers、Phys. Chem. Chem. Phys.、Water Res、Chem Commun、Analyst、J. Mol. Struct.RSC Adv.等；另外，还申请多项专利，已有2项专利获得授权。这些结果为荷能离子对蛋白质、DNA 的损伤作用的研究提供基本数据，也为进一步拓展和深入辐射作用机理提供了有效的方法。研究成果得到同行专家广泛认可和重视，比如，有关SERS检测的文章被收录于SERS技术专辑，有2篇文章被等离子体技术等国际专业期刊选入封面，项目负责人在国际光谱会议做大会报告，并被国际离子束大会（SMMIB）邀请做特邀报告等。总之，在国家自然科学基金的资助和支持下，经过四年来不懈的努力，无论在生物分子辐射损伤机理还是和SERS光谱定量分析方法上都取得了持续和重要的进展。另外，在研究中还发现并提出了新的科学问题，这为以后进一步拓展和深入辐射生物作用机理打下了坚实的基础。