Wissenschaftler entwickeln Technik zu beobachten Strahlung, die Schaden über Femtosekunden

Wissenschaftler an der Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) haben eine Technik entwickelt, zu beobachten, wie Strahlenschäden Moleküle im Laufe der Zeit-frames von nur einer Billiardstel Sekunde-oder eine femtosekunde.

Das Verfahren umfasst das auflösen von organischen Molekülen im Wasser zu simulieren, die der Staat Moleküle gefunden werden, die in biologisches Gewebe. Dies ermöglicht es dem Forschungsteam, um zu sehen, Strahlenschäden auftreten im biologischen Gewebe und Moleküle mit größerer Genauigkeit und Klarheit als je zuvor.

Atom-oder „ionisierende“ Strahlung können unseren Körper schädigen, durch die Veränderung der DNA und anderen biologischen Molekülen, wie es zerfällt die chemischen Bindungen halten die Moleküle zusammen.

Mit Ihrer neuen Technik, die Forscher beobachtete die Vibrationen, die durch Kollisionen von ionisierender Strahlung, die Partikel mit einem organischen Molekül, die schließlich verursacht es zu brechen auseinander nach einer heftigen Strecken, biegen und verdrehen Bewegungen. Diese Schwingungen nur aufgetreten ist, wenn die Moleküle wurden in Wasser gelöst, das ein bedeutender Fortschritt auf frühere Studien.

Associate Professor Zhi-Heng Loh, ein Assistent Lehrstuhl an der NTU School of Physical & Mathematischen Wissenschaften, wer führte die Forschung, sagte, „Dies ist das erste mal, dass jemand beobachtet hat, Ionisations-induzierte molekulare Dynamik in wässrigen Lösungen, die auf Femtosekunden-Zeitskalen. In früheren Studien, die Wissenschaftler waren nur in der Lage zu beobachten, die Produkte der ionisation nach dem Molekül bereits auseinander gebrochen.“

Obwohl die Gefahren der Strahlung wurden weitgehend anerkannt, seit den 1930er Jahren, als Marie Curie starb an Anämie, die durch Ihre langfristige Exposition gegenüber Radioaktivität, die genauen Prozesse, durch die ionisierende Strahlung verändert die Moleküle sind noch nicht vollständig verstanden.

Die Studie verwendet Methoden aus femtochemistry, um zu erfassen, wie sich Atome und Moleküle Verhalten sich auf ultra-kurzen Zeitskalen, wie bei der Bildung oder brechen von chemischen Bindungen, die ein paar quadrillionths einer Sekunde, oder Femtosekunden.

Femtochemistry verwendet Laser, emittieren extrem kurze Impulse des Lichtes, und jeder Puls erzeugt eine Momentaufnahme der chemischen Reaktion. Diese können dann zusammengenäht werden wie die Bilder eines Videos, zu beobachten, ultra-schnelle Chemische Prozesse von Anfang bis Ende.

Aufdecken, wie die Strahlung verändert die Moleküle

Assoc Prof Loh und sein team zu verstehen, wie ionisierende Strahlung wirkt auf biologische Moleküle. Als Ausgangspunkt, Sie richteten Ihre Aufmerksamkeit auf die phenoxide Ionen, eine relativ einfache organische Molekül enthält viele der gleichen Arten von chemischen Bindungen der Proteine, die lebendes Gewebe.

High-resolution spectroscopy hatte zuvor auch die Studie phenoxide in seiner gasförmigen form, und von ihm die Forscher hatten beobachtet, dass ein relativ einfaches Verhalten: bei einem Treffer durch ionisierende Strahlung jedes phenoxide Molekül schwingt bei einer einzigen Frequenz, der wie eine Glocke Klingeln in einem einzigen klaren Ton. Jedoch, diese Methode nicht verwendet werden konnten, um zu studieren organische Moleküle in Wasser gelöst, die ähnlich wie der Staat-Moleküle gefunden werden, die in biologisches Gewebe.

Mit einem pulsed-laser-Vorrichtung, die NTU-team war in der Lage zu erfassen, wie Strahlung Schäden phenoxide Moleküle in Wasser gelöst. Das team identifizierte mehrere Schwingungs-Frequenzen, die sich deutlich von den single-Frequenz beobachtet, die in der gasförmigen phenoxide. Sie entdeckten, dass, wenn die Strahlung bewirkt, dass die Moleküle zum Auswerfen eines Elektrons, das Molekül schwingt in einem höchst komplexen Muster, die eher an den Klang einer cymbal oder gong als eine Glocke.

„In Zukunft werden wir bauen, um zu untersuchen, wie sich die Strahlung wirkt größer und komplizierter Moleküle, wie Proteine und Nukleinsäuren, die Bausteine des Lebens,“ sagte Assoc Prof Loh.

„Unsere Arbeitsgruppe ist spezialisiert in femtochemistry, und sobald wir haben das Thema interessiert, es erwies sich als relativ einfach anzupassen femtochemistry Methoden zur Untersuchung der Schwingungs Bewegung der ionisierten Moleküle in Wasser gelöst. Zu unserer überraschung, niemand hatte Sie jemals begegnet diesem problem vor,“ fügte er hinzu.