本文關鍵詞： 太赫茲時域光譜(THz-TDS) 太赫茲吸收光譜學 生物分子 量子化學計算 集體骨架振動　出處：《電子科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：太赫茲電磁波處于微波和紅外波范圍之間,頻域范圍通常在100 GHz~10 THz之間,該波段因具有許多獨特的性質而被認為是現(xiàn)今交叉學科研究的一個重要課題。太赫茲技術之所以受到人們的重視,是因為它在無損檢測、醫(yī)療診斷、超高速電信及對生物分子及系統(tǒng)的特性研究等領域都有很大的應用前景。許多化合物分子內振動模式的頻率對應于太赫茲電磁波范圍,比如氫鍵作用力、范德瓦爾斯力、偶極-偶極作用力、晶格振動和一些分子內集體骨架振動等。許多生物分子在太赫茲波段都會有特征光譜的存在,并且太赫茲輻射不會損傷生物分子內部結構,對水、生物分子和非極性的化合物具有特殊作用形式,這使得太赫茲檢測技術在生物醫(yī)學和制藥領域擁有很大的發(fā)展空間。實驗室中測量太赫茲吸收光譜的儀器為Teraview公司所推出的TPS 3000時域光譜儀,這臺儀器的太赫茲發(fā)射和接收裝置都基于光電導天線原理設計而成。本論文中采用THz-TDS原理對兩種硫脲樣品(4-甲基均二苯硫脲和1-(2-羥乙基)-1-甲基-3-苯基硫脲)和四種對位苯胺樣品(對氯苯胺、對甲苯胺、對硝基苯胺和對甲氧基苯胺)進行太赫茲特征吸收譜測量。結果顯示這六種生物分子樣品在0.06-3THz波段都出現(xiàn)了指紋特征吸收譜線。根據(jù)對這六種藥物中間體模型GAUSSIAN09量子化學仿真結果表明,太赫茲頻段內的吸收特性與分子整體骨架運動相關。通過劍橋晶體數(shù)據(jù)庫(CCDC)中的晶體文件可以更加直觀的觀察到弱相互作用的所在的晶體位置以及種類,并推導出分子中非鍵作用力對太赫茲吸收譜的影響。指紋譜的形成歸根于分子構造和整體結構的差異,因此太赫茲吸收光譜能有效地鑒別這些藥物中間體樣品。本文還嘗試對單分子計算模型進行改進,創(chuàng)建硫脲樣品雙分子模型并進行仿真優(yōu)化計算,得到更加精確的仿真結果數(shù)據(jù),所得理論光譜與實驗數(shù)據(jù)相比一致性較好,具有相同的變換趨勢,對生物小分子仿真與實驗結合具有非常重要的意義。除此之外,在實際數(shù)據(jù)處理過程中為了便于THz-TDS光學參數(shù)提取和數(shù)據(jù)比對,本文中設計了一款MATLAB人機交互圖形化用戶界面(GUI),可以使數(shù)據(jù)處理及對比更加快捷、有效,極大地方便了后續(xù)課題的拓展和延伸。
[Abstract]:Terahertz electromagnetic wave is between microwave and infrared wave range, and frequency domain is usually between 100 GHz~10 THz. Because of its many unique properties, this band is considered to be an important subject of cross-disciplinary research. Terahertz technology has been paid attention to because of its nondestructive testing, medical diagnosis. Ultra-high speed telecommunications and the study of the characteristics of biomolecules and systems have great application prospects. The frequencies of intramolecular vibration modes of many compounds correspond to terahertz electromagnetic wave range such as hydrogen bond force. Van der Waals force, dipole-dipole force, lattice vibration and some intramolecular collective skeleton vibrations. Many biomolecules have characteristic spectra in terahertz band. And terahertz radiation does not damage the internal structure of biomolecules and has a special form of action on water biomolecules and nonpolar compounds. This allows terahertz detection technology to be developed in biomedical and pharmaceutical fields. The instruments used to measure terahertz absorption spectra in the laboratory are TPS from Teraview. 3000 time domain spectrometer. The terahertz transmitter and receiver of this instrument are designed on the basis of photoconductive antenna principle. In this paper, the THz-TDS principle is used to study two thiourea samples: 4-methyl-p-diphenylthiourea and 1-( 1). 2-hydroxyethyl-1-methyl-3-phenylthiourea) and four para-aniline samples (p-chloroaniline). P-toluidine. P-nitroaniline and p-methoxyaniline). The characteristic absorption spectra of terahertz have been measured. The results show that the characteristic absorption spectra of the six biomolecules have appeared in the range of 0.06-3THz. According to the six drug intermediates model GAUSSI, the characteristic absorption spectra of the six biomolecules have been observed in the range of 0.06-3THz. AN09 quantum chemistry simulation results show that. The absorption characteristics in the terahertz band are related to the movement of the whole molecular skeleton. CCDC via the Cambridge Crystal Database. The crystal file can be more intuitively observed where the weak interaction is located and where the crystal type is. The influence of non-bonding force on THz absorption spectrum is deduced. The formation of fingerprint spectrum is based on the difference of molecular structure and global structure. Therefore, terahertz absorption spectrum can effectively identify these drug intermediates. This paper also tries to improve the single molecule calculation model, create the thiourea sample bimolecular model and carry on the simulation optimization calculation. More accurate simulation results are obtained, the theoretical spectra are consistent with the experimental data, and have the same trend of transformation. In addition, in the process of practical data processing, in order to facilitate the THz-TDS optical parameters extraction and data comparison. In this paper, we design a graphical user interface of MATLAB human-computer interaction, which can make data processing and contrast faster and more effective, and greatly facilitate the extension and extension of the follow-up project.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q74;O441.4

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