【摘要】 深度解读圆二色谱（CD）在蛋白质构象、核酸结构及纳米材料表征中的核心应用，涵盖ECD/VCD/MCD等7大技术分支原理，提供生物医药领域实际检测方案与数据分析方法。

手性分子与圆二色谱检测原理

生物分子中的不对称结构（如蛋白质α-螺旋、核酸双螺旋）具有独特光学活性。圆二色谱（CD）通过测量物质对左/右旋圆偏振光的吸收差异（即椭圆度），成为揭示分子手性特征的核心技术。现代仪器可精准检测微小吸收差值（ΔA=AL-AR），为蛋白质折叠、核酸构象研究提供关键数据支撑。

图1. 非偏振光(A)、线偏振光或平面偏振光(B)的电场分量示意图。[1]

 

技术分类与创新突破

目前主流CD技术包含7大分支：

1.传统电子圆二色（ECD）

2.磁性圆二色（MCD/XMCD）

3.振动圆二色（VCD/FTIR-VCD）

4.荧光检测圆二色（FDCD）

5.近红外圆二色（NIR-CD）

6.高效液相联用技术（HPLC-CD）

7.同步辐射圆二色（SRCD）

Bijan Ranjbar团队研究发现[1]，时间分辨率已突破至皮秒级，可捕捉蛋白质折叠的瞬时中间态。该技术已成功应用于阿尔茨海默病β淀粉样蛋白纤维化过程监测。

图2. 测量吸收差值的CD方案。[1]

 

生物大分子分析实践

在蛋白质研究中，CD光谱通过特征峰解析二级结构：

  • 190-200nm负峰提示α螺旋
  • 215-230nm负峰对应β折叠
  • 200-210nm正峰反映无规卷曲

核酸分析则关注：

  • B型DNA在245nm处特征正峰
  • Z型DNA在290nm出现特异性信号

 

技术优势与行业应用

CD技术具备三大核心优势：

1.非破坏性检测（样品可回收）

2.溶液态原位分析能力

3.毫升级微量样品需求

在医药领域，已实现：

  • 药物对映体纯度检测（＞99%准确率）
  • 抗体药物构象稳定性监测
  • 核酸疫苗二级结构验证

 

参考文献：[1] Ranjbar, B. and Gill, P. (2009), Circular Dichroism Techniques: Biomolecular and Nanostructural Analyses- A Review. Chemical Biology & Drug Design, 74: 101-120.

 

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