第一章　太赫兹光谱技术在核酸检测中的应用

核酸是重要的生物大分子，是由磷脂键连接起来的核苷酸的线性多聚体。核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA主要集中在细胞核内，RNA主要分布在细胞质中。DNA是承载生物遗传特性的一类生物大分子，它和蛋白质分子一起组成了染色体。它本身是由脱氧核糖，磷酸和碱基结合在一起而形成的。生命体中的DNA都是双螺旋结构的。碱基包含有弱碱性的4种有机化合物，即腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T），相邻的亚单位靠核糖和磷酸连接。因此DNA分子是由核糖和磷酸交替连接成的长链，在链的核糖上连接着4种碱基A、T、C和G，其中磷酸和核糖只起支撑碱基的骨架作用。在核酸中，每一个碱基都具有一定的固定偶极矩，当两条核酸链结合在一起时靠A与T（U）或C与G之间中的偶极-偶极相互作用形成的氢键相结合，形成一个双螺旋结构的核酸大分子。在这当中A和T（U）靠两个氢键相结合，G和C之间靠三个氢键相结合。核酸分子的介电常数可能来自于分子的极化率。核酸分子没有净的偶极矩，因为双螺旋的偶极矩相互抵消了。在电场作用下，中性溶液中核酸分子呈负电荷，相反的正电荷包围在大分子的表面，产生一个大的诱导偶极矩。因此，科学家们提出在1～10THz频率范围内，核酸分子在水溶液中的介电行为与水几乎相同。理论证明许多极性大分子在振动能级间的跃迁和转动能级间的跃迁正好处于太赫兹频率范围，在太赫兹频段存在大量的核酸分子主链间的受激本征共振。因此，核酸分子的太赫兹光谱可以反映由核酸分子内或分子间集体振动和晶格振动引起的低频振动模的本征特性，整个核酸分子的构形和构象特点，以及分子与环境之间的相互作用。近年来，太赫兹光谱广泛地应用于碱基核苷的鉴定及定量分析、核酸分子构象研究、同质异构体鉴别以及核酸分子无标记检测等方面的研究。这些实验结果证明了太赫兹时域光谱技术在分析和研究大分子尤其是核酸分子内部低频振动方面有非常广阔的应用前景。本章将介绍太赫兹光谱技术在核酸领域的研究情况。