新生儿黄疸是指未满月婴儿由于胆红素代谢异常引发的皮肤、虹膜及其它器官黄染的病症，严重时可能导致永久性脑损伤。光动力疗法作为高效安全的治疗方案，使得脂溶性胆红素(4Z,15Z构型)在光激发下转变成可溶于水的胆红素构象异构体(4E,15Z和4Z,15E构型)从而排泄出体外。目前对胆红素光致构象变化的具体反应机制尚不清楚。
近日，刘伟民课题组利用飞秒受激拉曼光谱技术和几种飞秒时间分辨激发态电子态光谱技术，结合量子化学计算，解析了胆红素分子构象异构过程中的激发态结构动力学。该研究成果作为页内封面发表于国际学术期刊The Journal of Physical Chemistry Letters。
由于4Z,15Z胆红素的亲水基团在其分子内部形成六个分子内氢键，将整个分子卷为“脊瓦”状的刚性结构，极性基团隐藏于分子内部，所以无法与水分子形成氢键而溶于水中。该项目研究中发现，在蓝光激发下，4Z,15Z胆红素分子中C5-H(C15-H)位点经历一个约三百飞秒的“呼啦圈”式的扭转异构化。随后，在数皮秒内胆红素分子骨架以C10位点为中心进行了大范围的扭曲并伴随氢键断裂，最终形成可溶于水的胆红素(4E,15Z和4Z,15E构型)异构体。该研究成果揭示了胆红素在光疗过程中构象异构的详细变化过程，为进一步研究随后发生的光环化反应提供了可靠的实验基础。
胆红素的构象异构动力学示意图