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蛋白质是形成生命的物质基础，围绕蛋白质的结构、功能等特性而展开的研究是当今世界生命科学研究的热点之一。蛋白质折叠成特定的结构后才能正确行使其生物功能，因此关于蛋白质折叠的研究是蛋白质结构研究领域内的重要课题。为了更好地研究蛋白质折叠问题中的快速动力学过程，我博士期间主要致力于发展新颖的荧光测量方法，以及研制独有的实验设备，工作主要包括以下几项内容：
(1)发展用于蛋白质折叠快速动力学研究的双动力学时间分辨荧光测量技术
本项研究发明了一种基于单光子计数的时间分辨荧光测量方法，实现了以纳秒级的时间间隔记录荧光衰减动力学曲线的序列。当荧光样品在外部诱导下使荧光寿命发生变化时，序列中所记录到的荧光衰减动力学曲线就会有所不同，形成了二维动力学的荧光信号。荧光寿命的测量包含了比荧光强度更多的信息，而且荧光寿命的变化往往反应了荧光团所处微环境的变化，分析荧光寿命的动态变化过程，就有可能重构样品的动态非平衡变化过程。当荧光团结合在蛋白质分子上合适的位置时，蛋白质结构的变化就会带动荧光团所处微环境的改变，继而引起荧光寿命的变化。结合我们实验室已有的激光脉冲诱导温度跳变技术(可诱导蛋白质折叠/开折叠过程发生)，该荧光测量方法可以用来研究蛋白质折叠的快速动力学问题。论文中介绍了这个荧光测量方法的工作原理、设计思路、以及基于此方法的样机的搭建过程和组成部件，并且以色氨酸为样品演示了该方法。
(2)设计并搭建用于蛋白质样品荧光激发的波长可调谐皮秒脉冲激光光源
本项工作的目的是为工作(1)所述的测量方法提供一套高性能的荧光激发光源。超短脉冲(皮秒或飞秒)锁模激光器是用于时间分辨荧光测量的最理想光源，我在博士期间搭建了一台皮秒脉冲锁模激光器，锁模元件为SESAM，激光晶体为Nd：YVO4，采用波长808nm的大功率激光二极管为泵浦源，泵浦方式为端泵。该激光器的输出波长为1064nm，输出脉宽～10ps，重复频率77MHz，稳定锁模时输出的平均功率最大为1.8W。此外，还搭建了一套行波功率放大器，用于将振荡级输出的激光能量进行放大以便在后续的波长转换时使用。很多荧光样品需要用紫外至可见波段的光源激发，尤其对于色氨酸等蛋白质侧链的内源荧光团来说，激发光源波长需要在300nm以下，所以波长1064nm的锁模激光需要进行波长转换。本论文中提供了波长调谐光路的设计方案，主要步骤包括1064nm至532nm倍频，532nm泵浦光参量振荡器，产生750～950nm输出的可调谐近红外光，经过倍频后获得375～475nm的蓝紫光，或者经过三倍频后获得250～316nm的深紫外光源。
(3)参与研制了第三代脉冲升温-纳秒时间分辨中红外光谱仪
为了更好地研究蛋白质折叠动力学的问题，我们研制了第三代脉冲升温-纳秒时间分辨中红外光谱仪，相比于前两代技术，第三代光谱仪在多个方面都改进了设计方案以期获得更好的性能。在该仪器的研制过程中，我主要完成了实验数据采集系统的工作。通过设计专门的数据采集程序，可以实现随时间降采样率的数据采集方案。这种数据采集方案可以在信号变化较快的时间段进行高采样率的数据采集，同时可以在信号变化较慢的时间段以较低的采样率进行数据采集，因此，不仅可以精确分辨快速变化的信号，而且可以获取长时间档的动力学过程，对于研究蛋白质折叠动力学问题是非常有用的。此外，该采集系统还提供了双通道同部采集扣除背景噪声的功能，可以应用在样品/参比需要同时采集的实验中。