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分子的振动频率和吸收线型对分子结构及其所处的微环境极为敏感，振动光谱技术如傅立叶变换红外(FTIR)光谱被广泛应用于研究凝聚相中的分子结构。飞秒二维红外(2D IR)光谱是分子体系在时域中一系列超快红外激光脉冲作用下所产生的受激振动光子回波响应经傅立叶变换后在二维频域中的表达。2D IR光谱能监测凝聚相中分子的动态结构，揭示化学基团之间的振动耦合以及振动相关性，因此，2D IR技术对蛋白质分子的结构更为灵敏。
蛋白质的聚集与阿尔兹海默氏症、帕金森病、克雅二氏症和Ⅱ型糖尿病等神经毒性疾病有很密切的关系。具有39-42个氨基酸残基的淀粉样β(Aβ)蛋白质错误折叠形成纤维状聚集体和低聚体的过程存在于阿尔兹海默氏症的发病机制中。然而，Aβ蛋白质形成致病聚集体的机理和所形成聚集体的详细结构仍然是未知之谜。本论文选取Aβ蛋白质的三个片段(Aβ1-25，Aβ25-35和Aβ33-42)，利用光谱、电镜和理论计算，研究了这些Aβ片段在氘代水(D2O)中的聚集体结构和聚集特性。
FTIR光谱表明Aβ1-25、 Aβ25-35和Aβ33-42在pH=4.6和pH=7.4时形成了不同结构的聚集体。其中，Aβ25-35是聚集程度最高的片段，且在pH=4.6时，蛋白质片段聚集程度更高。这表明不同的氨基酸序列和pH都会影响Aβ片段的聚集。另外，不同Aβ片段形成不同的β-折叠结构形式:Aβ1-25聚集体主要形成反平行的β-折叠结构，Aβ25-35聚集体表现出占主导地位的平行β-折叠结构，而Aβ33-42聚集体则形成了平行和反平行共存的β-折叠结构。我们认为Aβ1-25和Aβ33-42光谱中位于1630-1680 cm-1之间的宽峰预示了低聚物形式的β-折叠和无规则卷曲结构的存在。Aβ25-35光谱中，位于～1660 cm-1处的峰也被归结为代表低聚物形式的β-折叠结构的峰。FTIR光谱还表明样品老化时间、温度、金属离子等条件都会影响蛋白质的聚集形态。圆二色(CD)光谱与FTIR光谱比较表明，Aβ片段溶液浓度也是影响聚集的一个重要因素。
在pH=2条件下，Aβ1-25的2D IR光谱沿对角线上1618 cm-1、1647 cm-1、1686 cm-1处成对出现了很强的对角峰，峰位置与FTIR一致。不同布居时间下的2D IR光谱表明聚集体酰胺-I带存在光谱扩散。不同2D IR光谱对角峰具有不同的非均匀展宽现象，表明了Aβ1-25片段能形成不同聚集度的聚集体结构，且其结构动力学有所不同。
透射电子显微镜(TEM)结果证实了Aβ1-25，Aβ25-35和Aβ33-42在pH=4.6和pH=7.4时都形成了低聚物形式的β-折叠聚集体。其中，Aβ1-25和Aβ33-42形成了丝状纤维形式的聚集体，而Aβ25-35形成了更高聚集程度的聚集体，在TEM图像中表现为较大的聚集斑块。
利用振动激子模型所模拟的IR光谱表明平行β-折叠片层结构中A-E1劈裂小于反平行β-折叠结构片层的A-E1劈裂;而且A-E1劈裂随聚集程度的增加而增加。这些结果可以用于解释我们的IR光谱结果。