核酸碱基的光物理和光化学性质对结构非常敏感,氮杂碱基是一种核酸碱基衍生物,其结构与标准碱基类似,只是某些位点处的碳原子替换为氮原子,一般具有更独特的激发态动力学特性。已有研究表明,部分氮杂碱基在生物医学领域具备重要应用前景。但是,某些氮杂碱基也会具有光敏性,药用时可能会对细胞产生光损伤,然而相关研究较少。氮杂碱基的激发态动力学研究不但能揭示氮取代对标准碱基光物理和光化学性质的影响,也可以为药物研究者们提供重要的物质特性,帮助他们评估氮杂碱基的药物前景。尽管氮杂碱基已经有了一些研究基础,然而其超快弛豫机制目前还远没有得到很好地解释。尤其是在之前研究中,大多实验还停留在纳秒量级,无法观察到超快时间尺度下的激发态动力学。本文主要通过稳态吸收,飞秒到纳秒的瞬态吸收光谱技术（TA）,电子顺磁共振谱（EPR）和含时密度泛函理论（TDDFT）计算对6-氮杂胸腺嘧啶（6-AT）和更具生物意义的衍生物6-氮杂脱氧核苷（6-ATD）的激发态动力学进行研究,揭示了氮杂碱基6-AT和6-ATD超快时间尺度的衰减机制。本文主要研究成果总结如下:1.尽管6-AT和6-ATD结构相似,但激发态动力学弛豫机制却有所不同。在6-AT中存在两种不同的系间窜越过程,分别涉及到两条衰减路径。第一条是先经过超快的内转换过程到达S₁（nπ*）态,再经过超快的系间窜越衰减到T₁（ππ*）态;另外一条是通过超快的系间窜越过程衰减到能量较低的T₂（nπ*）态,再经过内转换过程到达T₁（ππ*）态。这是首次在实验中发现氮杂碱基中存在三重态nπ*的通路。但是,在6-ATD中仅存在一条衰减路径,S₂（ππ*）态系间窜越到T₂（nπ*）态的通路被抑制了。2.胸腺嘧啶的6号位进行氮取代后,会极大地提高它的系间窜越效率,6-AT和6-ATD的三重态量子产率分别为46%和43%,约为胸腺嘧啶的30倍。并且6-AT和6-ATD的单线态氧产率也较高,这意味着在作为药物时,照射紫外光后可能会诱发不必要的光损伤,产生一定的副作用。因此,需要谨慎评估6-氮杂胸腺嘧啶和6-氮杂脱氧胸苷作为药物的潜质。