运用超快电子及拉曼光谱平台拍摄荧光蛋白传感器及环境水中硝基酚的分子电影

时间：2025/4/29 (星期二) 下午15：30

地点：化学学科楼A408

报告人简介：

方翀，美国俄勒冈州立大学化学系终身全职教授，Patricia Valian Reser科学讲席教授，2024-2025年中国科学院大连化学物理研究所访问教授。2001年毕业于中国科学技术大学，获化学物理和应用计算机科学双学士学位。其中，2000年获郭沫若奖学金。2006年于美国宾夕法尼亚大学获化学博士学位，师从Robin Hochstrasser教授，研究方向为水溶液中从螺旋结构到药物-酶复合物生物分子的二维红外光谱（2007年PNAS封面文章）。2007-2010年于加州大学伯克利分校Richard Mathies教授课题组开展博士后工作，研究方向为解析野生型绿色荧光蛋白（GFP）的发光机制（2009年Nature封面文章）。2010年以来，方教授带领团队开发了可调谐飞秒受激拉曼光谱（FSRS）与宽带上转换多色阵列技术（BUMA）等超快光谱工具，以捕捉分子动态过程（“分子电影”），揭示了生物传感器与蛋白质（2023年ACIE、PCCP和CAJ封面文章，2024年ChemPhotoChem封面文章）、光酸与金属-有机配合物（2018年JPCL和2024年Chem. Phys. Rev.封面文章）以及电池电解质（2021年Carbon Energy和2023年Nat. Sustain.封面文章）的构效关系。方教授所获荣誉包括：美国国家科学基金会早期职业生涯发展奖（2015-2021年）、2015年首届Robin Hochstrasser国际青年科学家奖（Elsevier 和 Chemical Physics联合颁发）、2016年俄勒冈州立大学杰出学者奖与米尔顿·哈里斯教学奖、2019年俄勒冈州立大学杰出学术研究影响力奖、2021年理学院米尔顿·哈里斯基础研究奖、2023年俄勒冈州立大学优秀博士后导师奖及D.Curtis Mumford教师服务奖等。

报告摘要：

    凝聚相体系的结构动力学是众多实用功能体系的基石，在化学、生物、环境、能源及健康领域内有广泛而深远的影响。其中，基于荧光蛋白的生物探针及传感器已利用试错法（trial-and-error）发展并在生物成像中积极应用，但其分子层面的反应机理仍因缺乏合适的检测手段而不甚明晰。我们近来发展了桌面的波长可调的飞秒受激拉曼光谱（femtosecond stimulated Raman spectroscopy，FSRS）关键技术，与瞬态吸收电子光谱及量子化学计算/分子动力学模拟相辅相成，可以前所未有地拍摄荧光发射和其它非辐射弛豫通道的分子电影及原初过程。代表性的例子包括源自水母或海葵的绿色及黄色荧光蛋白（GFP/YFP）通过蛋白质工程改变颜色（从蓝，绿，到红）及光控性质（可逆或永久变色）或以比例方式追踪钙离子(Ca2+)及氯离子(Cl–)，而上述的FSRS及瞬态吸收的综合观测平台可实时揭示激发态质子转移、顺反式异构化、暗态形成、构象捕获（结构刚性）及转化（结构活性）等基础超快过程。环境水中的有毒化合物也成为通过光催化或光降解有效缓解或清除的目标。这种深入的对机理的探究和领悟已促使我们更加准确地描绘多维反应激发态和基态势能面，并合理设计及发展具有关键突变以及更高性能、更广应用的功能体系。