手性分子是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子,广泛的存在于自然界中，尤其在生命体中扮演着及其重要的作用。一对手性对映的分子物理性质不同，化学性质也会有一定的差异。自然界存在的糖以及核酸、淀粉、纤维素中的糖单元，都为D-构型；地球上的一切生物大分子的基元材料alpha;-氨基酸，绝大多数为L-构型；蛋白质和DNA的螺旋构象是右旋的。可以说生物体存在着手性环境。
手性分子在生物药物、生物材料等生物医学工程领域有着很重要的地位。手性分子与细胞、生物组织的相互作用也越来越受到研究者的关注，具有重要的科学意义。本课题主要任务是应用光谱及显微成像手段研究手性分子与细胞的相互作用，揭示手性选择，相互作用的机制，为将来生物药物、器件的开发提供指导。具体上是应用和频光谱技术研究手性分子与模型细胞膜的相互作用，观察模型磷脂分子层对不同手性生物分子的响应，解释手性分子与细胞膜相互作用的机理。
和频振动光谱（SFG）实际上是一种界面分子的振动光谱，具有与生俱来的界面选择性和界面敏感性，非破坏性，空间、时间及光谱分辨上的高度灵敏性。和频振动光谱最为突出应用的一个功能就是通过检测界面分子不同振动模式的光谱峰位置以及对应振动峰强度的偏振依赖关系，可以计算出界面分子中各个基团的取向，从而获得界面分子构象及排列等信息。和频振动光谱还具有识别不同振动峰的功能，不但可以获得界面分子的振动光谱和分子构象信息，还可以获得界面分子的吸附及分子间相互作用等信息。
和频振动光谱最新、最引人注目的应用体现在对手性分子和包括膦脂和蛋白质在内的生物大分子的研究中。在手性分子的研究方面，和频振动光谱要比线性的光学方法，譬如 CB（circular birefringence）、CD（circular dichroism）和 ROA（Raman optical activity），具有更高的灵敏性。在双共振的情况下，不但红外光和界面分子振动能级发生共振，同时可见光（或和频光）和所研究分子之间还发生电子共振，极大的提升了液体中的手性响应，这使得和频振动光谱成为手性研究中新颖而有力的技术手段。
关键问题：
难点：
- 选题背景和意义：
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课题关键问题及难点：
- 制作不同手性分子环境，观察模型细胞膜对不同手性分子的响应；
- 研究细胞膜与手性分子的相互作用及手性分子对细胞的影响
- 手性分子的选择应满足实验需求，保证细胞对手性分子的响应具有鲜明且代表性的对比；
- 排除手性分子外其他影响细胞的可能因素；
- 手性分子对细胞膜的影响产生在蛋白质、磷脂层等细胞膜的哪些方面。
- 文献综述（或调研报告）：
和频发生光谱学（SFG）是一种用于分析表面和界面的技术。这种非线性激光光谱方法于1987年开发出来，并迅速用于推导气固，气液和液固界面上分子的组成，取向分布和一些结构信息。在典型的SFG设置中，两个激光束在一个表面混合，并产生频率等于两个输入频率之和的输出光束。SFG具有单层表面敏感性，实时振动，原位（例如水性表面和气体）能力以及不会对样品表面造成太大损害的优势。在手性分子的研究方面，和频振动光谱要比线性的光学方法，譬如CB、CD和ROA，具有更高的灵敏性，因此选作本课题的检测技术。
空气/水界面的分子表征是理解基本的多相现象的关键步骤，这些现象涉及从大气中的异质化学过程到生物分子的水合作用。HD-vSFG光谱可直接探测了空气/水界面氢键网络的分子特性，但将光谱特征解析为水分子在表面的特定结构和动力学行为仍十分困难。由质心分子动力学（CMD）形式主义中的量子MB-MD方法对空气/水界面的HD-vSFG光谱进行量子模拟后表现出理论预测和实际测量的一致性。通过对MD-MB结果的系统分析根据静电，结构和核量子效应的不同贡献对计算光谱进行定量解剖，可以提供空气/水界面的明确的分子水平描述。
细胞的生物大分子（如DNA，蛋白质等）多数会形成水超结构并与之相互作用，观察这些结构往往需要用到SFG技术。
通过手性SFG光谱观察水的拉伸模式表明，水分子可以遵循蛋白质二级结构的轮廓，并形成手性超分子结构，但尚未研究蛋白质将其大分子手性印迹到周围水域上的能力。通常，蛋白质中每个氨基酸有1.2个水分子，蛋白质的第一水合壳中约有80％的有序水结构存在。通过手性SFG观察到的手性超分子结构可能由这些有序的水分子组成。
