Los científicos de NTU Singapur desarrollan una técnica para observar el daño por radiación durante los femtosegundos

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Los científicos de NTU Singapur desarrollan una técnica para observar el daño por radiación durante los femtosegundos

Los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han desarrollado una técnica para observar cómo la radiación daña a las moléculas en marcos temporales de solo un cuadrillonésimo de segundo, o un femtosegundo.

La técnica consiste en disolver moléculas orgánicas en agua para simular el estado en que se encuentran las moléculas en el tejido biológico. Esto permite que el equipo de investigación vea que se produce daño por radiación en tejidos y moléculas biológicas con mayor precisión y claridad que nunca.

La radiación nuclear o "ionizante" puede dañar nuestros cuerpos al alterar el ADN y otras moléculas biológicas a medida que desintegra los enlaces químicos que mantienen unidas las moléculas.

Usando su nueva técnica, los científicos observaron las vibraciones generadas por las colisiones de partículas de radiación ionizante con una molécula orgánica, lo que eventualmente hizo que se separara después de sufrir violentos movimientos de estiramiento, flexión y torsión. Estas vibraciones solo ocurrieron cuando las moléculas se disolvieron en agua, lo que representa un avance significativo en estudios previos.

El profesor asociado Zhi-Heng Loh, presidente asistente de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de NTU que dirigió la investigación, dijo: "Esta es la primera vez que alguien observa una dinámica molecular inducida por ionización en soluciones acuosas en escalas de tiempo de femtosegundos. En estudios anteriores , los científicos solo pudieron observar los productos de ionización después de que la molécula ya se había separado ".

Aunque los riesgos de la radiación han sido ampliamente reconocidos desde la década de 1930, cuando Marie Curie murió de anemia causada por su exposición prolongada a la radiactividad, los procesos exactos por los que la radiación ionizante altera las moléculas aún no se comprenden por completo.

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La configuración integral que utilizó Assoc Prof Loh de NTU Singapur, que incluye un compresor de espejo chirrido para generar pulsos láser de 5 femtosegundos. Esto permite la observación del daño por radiación en el tejido biológico en una cuadrillonésima de segundo. (Crédito: NTU Singapur)

El estudio utilizó métodos de la femtoquímica, para capturar cómo se comportan los átomos y las moléculas en escalas de tiempo ultracorto, como en la formación o ruptura de enlaces químicos que toman unos cuatrillonésimos de segundo, o femtosegundos.

La femtoquímica utiliza láseres que emiten pulsos de luz extremadamente breves y cada pulso crea una instantánea de la reacción química. Estos se pueden unir como los cuadros de un video, para ver procesos químicos ultrarrápidos de principio a fin.

Assoc El profesor Loh y su equipo se propusieron comprender cómo la radiación ionizante afecta a las moléculas biológicas. Como punto de partida, centraron su atención en el ion fenóxido, una molécula orgánica relativamente simple que contiene muchos de los mismos tipos de enlaces químicos que se encuentran en las proteínas que forman el tejido vivo.

La espectroscopía de alta resolución se había utilizado previamente para estudiar el fenóxido en su forma gaseosa, y desde allí los investigadores habían observado un comportamiento relativamente simple: cuando se golpea con radiación ionizante, cada molécula de fenóxido vibra en una sola frecuencia, como una campana que suena en un solo claro tono. Sin embargo, este método no podría usarse para estudiar moléculas orgánicas disueltas en agua, que es similar al estado en que se encuentran las moléculas en el tejido biológico.

Usando un aparato de láser pulsado, el equipo de NTU pudo registrar cómo la radiación daña las moléculas de fenóxido disueltas en el agua. El equipo identificó múltiples frecuencias vibratorias, distintas de la frecuencia única observada en el fenóxido gaseoso. Descubrieron que cuando la radiación hace que las moléculas expulsen un electrón, la molécula vibra en un patrón altamente complejo, más parecido al sonido de un platillo o un gong que una campana que suena.

"En el futuro, nos basaremos en esto para investigar cómo la radiación afecta a las moléculas más grandes y más complicadas, como las proteínas y los ácidos nucleicos, que son los componentes básicos de la vida", dijo Assoc Prof Loh.

"Nuestro grupo de investigación se especializa en femtoquímica, y una vez que nos interesamos en el tema, resultó ser relativamente sencillo adaptar nuestros métodos de femtoquímica al estudio del movimiento vibratorio de las moléculas ionizadas disueltas en agua. Para nuestra sorpresa, nadie había abordado nunca este problema particular antes ", agregó. (Fuente: Universidad Tecnológica de Nanyang)

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