高分辨寬帶和頻振動光譜(high-resolution broadband sum frequency generation vibrational spectroscopy, HR-BB-SFG-VS)是研究界面分子間相互作用的前沿光譜技術(shù)。最近，中科院化學(xué)所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國家自然科學(xué)基金委重大儀器研制項(xiàng)目的支持下，成功研制了具有亞波數(shù)分辨(<1cm-1)的界面和頻振動光譜系統(tǒng)。

　　本儀器最終測試指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于最初的設(shè)計(jì)參數(shù)。其飛秒紅外脈沖的半高寬大于250波數(shù)，可一次性覆蓋400波數(shù)以上的紅外區(qū)間，光譜分辨率達(dá)到0.4個波數(shù)，優(yōu)于國際上已報(bào)道的同類型設(shè)備參數(shù)，比傳統(tǒng)飛秒寬帶和頻光譜10-20波數(shù)的光譜分辨率有極大的提高。本儀器可用于測量氣液界面、氣固界面、超分子手性界面、生物膜界面的分子振動光譜、分子取向結(jié)構(gòu)和動力學(xué)。

　　鞘脂類分子是細(xì)胞質(zhì)膜的重要組成部分。Ca2+與鞘磷脂的相互作用一直是生命科學(xué)中備受關(guān)注的研究課題。研究人員使用研制成功的高分辨寬帶和頻振動光譜研究了氣/液界面Ca2+對鞘磷脂(egg sphingomyelin, ESM)單分子膜的結(jié)構(gòu)和取向的影響，提出了Ca2+與ESM相互作用的分子機(jī)理(圖1)，為深入理解神經(jīng)細(xì)胞信號傳導(dǎo)的分子機(jī)理及生物體內(nèi)電解質(zhì)對神經(jīng)傳導(dǎo)影響的機(jī)制提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本工作是世界上首次用高分辨寬帶和頻振動光譜研究磷脂體系，展示了該技術(shù)研究復(fù)雜體系的能力。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Biophysical Journal, Volume 112, Issue 10,2017, p2173–2183上，被編輯推薦為Featured Article。

　　圖1 高分辨和頻光譜實(shí)物圖(a)，高分辨和頻振動光譜研究鈣離子與鞘磷脂相互作用(b)，鈣離子與鞘磷脂之間相互作用機(jī)理圖(c)。