DNA，RNA堿基和稀有堿基的太赫茲光譜檢測

湯明杰，顏識涵，張明焜，魏東山, 杜春雷*，崔洪亮

1. 中國科學院重慶綠色智能技術研究院，重慶市跨尺度制造重點實驗室，重慶 400714 2. 中國科學院大學，北京 100049

引 言

基因是攜帶了遺傳信息的DNA或RNA序列，是控制生物性狀的基本遺傳單位。堿基是核酸分子(包括DNA和RNA)的重要組成部分，此外，核酸中還有一些含量較少的稀有堿基，大部分是堿基的甲基衍生物。堿基是核酸信息存儲和傳遞的基礎，是生物遺傳、 進化和變異的根本原因，所以研究核酸分子堿基對研究生物活性和生物行為具有重要意義[1-5]。因此，研究核酸分子堿基的光譜特征對于表征核酸分子結構的改變和核酸分子與小分子的相互作用提供參考價值。

太赫茲(THz)輻射介于微波和紅外之間，頻率范圍大概在0.1～10 THz。雖然有些太赫茲輻射會影響DNA的動態過程，進而影響DNA的復制和基因表達[6-7]，甚至高強度的太赫茲脈沖會造成DNA損傷[8]，但是輻射強度低的太赫茲并不會影響DNA分子的結構和功能[9-10]。近年來，太赫茲時域光譜技術(Terahertz time-domain spectroscopy，THz-TDS)已被廣泛應用于化學檢測、 材料鑒定和生物醫學[11-13]。太赫茲光譜對分子間氫鍵的相互作用非常敏感，許多低頻的振動模式(例如骨架振動)位于THz波段。

采用THz-TDS檢測了DNA、 RNA堿基(胞嘧啶(C)、 鳥嘌呤(G)、 腺嘌呤(A)、 胸腺嘧啶(T，DNA專有)和尿嘧啶(U，RNA專有)和稀有堿基[5-甲基胞嘧啶(m5C)、 1-甲基腺嘌呤(m1A)]的太赫茲光譜，同時與拉曼光譜技術對7種堿基的檢測能力作了對比，探討了兩種光譜技術檢測7種核酸堿基的可行性。

1 實驗部分

1.1 樣品制備

7種核酸堿基的分子結構式如圖1所示。……