我校科學家最近開發出一種技術，利用它可以觀察輻射如何在飛秒的時間範圍內對分子造成破壞。我校SPMS學院的Zhi-Heng Loh教授稱，這是第一次在飛秒時間尺度上觀察到水溶液中電離誘導的分子動力學。在以前的研究中，科學家只能在分子分解後才能觀察到電離產物。
核輻射或者電離通過破壞分子的化學鍵來改變DNA和其他生物分子來對人體造成損傷。儘管輻射帶來的危害早已被充分認識到，但電離輻射改變分子的確切路徑仍有待研究。
在本次研究中，科學家們將有機分子溶解在水中以模擬存在於生物組織中的分子。首先，他們將注意力集中在酚鹽離子上，酚鹽離子是一種相對簡單的有機分子，它包含許多與構成活組織的蛋白質中相同類型的化學鍵。
科研人員們在研究時使用「飛秒化學」的方法來捕獲原子和分子在超短時間尺度上的行為。利用這個新技術，他們觀察到了由電離輻射粒子和有機分子粒子相互碰撞而產生的振動，有機分子在經歷拉伸，彎曲和扭轉等運動後，最終分解。
這是一項重大的技術突破，因為在此前，科學家們僅能觀察到分子電離輻射分解後的產物。
Loh教授的裝置設計
Loh副教授說：「將來，我們將以此為基礎，研究輻射如何影響更大和更複雜的分子，例如蛋白質和核酸，因為它們是生命的基礎。」
關於「飛秒化學」（Femochemistry)
這項技術屬於物理化學領域，使用雷射發出非常短（大約10^-15秒，1飛秒）的光脈衝，每個脈衝都會產生化學反應的快照。然後可以將它們像視頻幀一樣縫合在一起，以從頭到尾觀看超快速的化學過程。
分秒技術原理示意圖
因此在本次研究中，使用飛秒技術使研究團隊能夠以比以往任何時候都更高的精度和清晰度看到在生物組織和分子中發生的輻射損傷。
該項研究成果已於2019年7月3日發表於nature communications上，文章名為："Ultrafast structural rearrangement dynamics induced by the photodetachment of phenoxide in aqueous solution"。
