近年来,水分子簇结构的研究已经取得了重大进展,有关水分子簇结构与生物分子相互作用的研究也引起了科学家的广泛关注,并逐渐成为簇科学领域中的热点之一。但由于实验仪器和研究方法的局限,不同尺度水分子簇与生物大分子的相互作用的关系难于观察。本文较为全面的概述了水分子簇近年来的研究进展,并对几种改变水分子簇结构方法的作用原理进行了阐述;总结了水分子与生物分子间的几种弱相互作用力,并对THz时域光谱技术在生物学中的应用进行简要归纳分析。通过磁场、冷冻等外加作用,改变了水分子团簇结构,制备了不同尺度的水分子簇。与双蒸水相比,其电导率、密度、pH值等物理性质有显著不同。红外光谱、紫外光谱对其结构分析证实处理后的水团簇变小,结构较稳定,分子间氢键呈线性特征,与双蒸水相比,强度也较大。此外,采用DSC对小分子簇水与溶菌酶的水合作用过程的热力学进行了分析,结果显示小分子簇水作用后的溶菌酶的变性温度升高,焓变增大。运用THz-TDS、IR、Raman等分析手段,从微观角度入手,研究了不同尺度水分子簇对丝氨酸和脯氨酸分子结构的影响。THz时域光谱测试结果得出小分子簇水处理后的氨基酸与普通水处理后的样品相比,在2.0THz处的吸收峰向高频偏移,该差异主要来自于小分子簇水更易于和氨基酸分子中氨基和羧基形成更强的氢键,从而引起由氨基、羧基扭曲振动耦合的集体振动模式的改变;由拉曼光谱分析得到不同尺度水分子簇都易于打破这两种氨基酸自身弱的分子间氢键,形成新的氢键;红外光谱则表明小分子簇水易与丝氨酸分子中羧基形成氢键,使其峰强变强;对这两种氨基酸做了氘化实验,发现在氨基酸氨基和羟基上的质子-氘比较容易置换。通过以上分析,可以得出小分子簇水的结构与功能作用是通过氢键自组织完成的,其活性功能是靠水分子簇的空间结构特性和氢键发生作用。