自2000年以来逐渐兴起的飞秒二维红外光谱(femtosecond two-dimensional infraredspectroscopy,2D IR)技术,能以飞秒的时间分辨率跟踪研究凝聚相分子体系的三维动态结构,并能揭示化学基团之间的振动运动之耦合及其振动相关性,为在化学键的层次上对凝聚相中分子体系的动态结构、构象、化学过程以及物理过程进行实时跟踪提供了极为有效的研究手段,受到了广泛关注。早期的2D IR都是窄带型的,光谱的FWHM仅有200cm-1左右,只能同时覆盖有限的分子振动吸收峰(如蛋白质的酰胺-Ⅰ带,主要为C=O伸缩振动)。同时包括多种振动模式的宽带二维红外光谱研究,从实验和理论模拟两方面来讲都具有相当的挑战性。在这里我们给出了若干典型生物分子(糖,肽,脂和核酸)的宽带二维红外光谱。我们利用ab initio计算获得分子3N-6基频振动模式的非谐性频率、跃迁偶极矩、倍频和混频跃迁的非谐性项等参数,利用分子动力学(MD)模拟获得分子振动频率相关性,并借势能分布分析建立了ab initio和MD所得振动模式的关系,还预测了与分子内在力场和溶剂作用均相关的、分子的局部和区域动态结构之间的相关性。最后利用多模式的三阶振动非线性响应函数获得了生物分子的飞秒相关二维红外光谱。结果表明,多模式2D IR手段能表征生物分子在溶液中的结构和超快结构动力学,为解释飞秒宽带2D IR实验结果提供了依据。