单分子运动及构象变化的单分子荧光特性研究

Single molecule technology provides a new method to study the micro world. The single molecule technology provides the direct informations and data for studying the single molecular dynamics via the real-time detection the motion of the single molecule.The changes of conformation of the single molecule is associated with its physical, chemical and biological properties, such as the absorption, emission spectroscopy, fluorescent quantum yield, fluorescent polarization, and the photon statistical properties, even the changes of the conformation of some bio-molecules could cause some diseases. It is important to study the conformational changes of a single molecule, which could help us to understand the mechanism of the diseases. In this program, we employ the generating function approach to study the single molecule spectroscopy of the motion and the conformational changes of the single molecule. Analyzing the single molecule spectroscopy, one can obtain the dynamical information on the single molecule itself, and the information on the environments. One can rebuild the conformations of the single molecule via the statistical properties of the fluorescence photons, and uncover the dynamical information of the conformational changes and the transports between the conformations.

单分子技术为人们深入认识微观世界提供了一种全新的技术方法。通过对单分子体系动态行为的实时测量，为研究单分子动力学提供了直接的信息与数据。单分子构象与其物理、化学以及生物特性相关，单分子构象的突变甚至会导致一些疾病。因此，从理论上研究单分子构象变化过程对于深入理解单分子性质以及从单分子水平上认识构象疾病非常重要。本项目拟采用单分子光谱的产生函数方法研究单分子运动及构象变化的荧光特性，通过分析单分子光谱结构以及荧光特性能给出单分子体系自身的动力学信息以及其所处微环境的动力学信息；利用单分子荧光特性能重构单分子体系的构象，揭示发生在单分子构象变化过程中的动力学行为及各构象之间的转变过程等，为单分子构象变化的量子调控提供理论基础。

单分子体系由于其具有受环境影响比较大的特点，通常被用做探测器，用于探测某一微小范围周围的环境变化情况，同时由于其受环境影响的特点，也会导致许多有用的型号会被环境噪声所淹没，提取出正确的，有用的信息成为了利用单分子探测的一个非常重要的课题。.本项目主要采用产生函数方法研究单分子体系在不同环境下的发射光子统计特性，如发射光子平均数<N>，Mandel 参数Q等，以及如何利用其发射光子统计特性提取出发生在单分子背后的物理过程。本项目主要讨论了单分子体系在液相中的构象变化会导致其发射光子的特性随着变化，从而通过光子特性提取出单分子的构象变化信息。单分子周围的金属纳米颗粒在外场的作用下，表面形成的电场 也会导致单分子周围的电场发生变化，从而导致单分子体系的发射光子的偏振度发生变化。同时还有相聚很近的两个单分子之间的能量传递也会导致单分子的发射光子的特性发生变化。