桑格在50年代以前，主要研究蛋白质的结构。经过多年的研究，找到一种试剂，名为2，4－二硝基氟化苯（桑格试剂），用以测定胰岛素的分子结构，获得成功。后经10年的努力，应用逐段分解和逐步递增的方法，测定出胰岛素两条肽链分别含21个和30个氨基酸的排列顺序和位置，于1955年测定了胰岛素的一级结构，因此获1958年诺贝尔化学奖。60年代后，桑格的工作转向核酸方面，致力于对核糖核酸和脱氧核糖核酸结构的分析研究。他利用酶的生物活性，用生物学的处理方法，正确地确定了核糖核酸中每种碱基的排列顺序和脱氧核糖核酸中核苷酸的排列顺序。他还发展了脱氧核糖核酸的精确快速分析法。他用此法于1977年成功地测定了细菌病毒ΦΧ-174脱氧核糖核酸分子的全部共5386个核苷酸的排列顺序。桑格因设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序的方法而与W.吉尔伯特、P.伯格共获1980年诺贝尔化学奖。
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