Desde a descoberta da forma de dupla hélice do DNA e a hipótese de mutação no DNA induzida pela transferência de prótons, há mais de 50 anos, foi reconhecido que a transferência de prótons é crucial para muitos processos químicos e biológicos.

Como esses processos são conhecidos por serem relevantes para a biofísica e a radioterapia, surge a questão de saber se um íon massivo poderia ser transferido em processos bioquímicos e levar à fragmentação. Especificamente, em um bioambiente complexo, a transferência de íons pesados ​​desempenha um papel?

Publicado em Nature Communications em 12 de junho, um grupo de pesquisadores aborda essas questões com um estudo de um novo canal envolvendo forte N ⁺ transferência de íons observada em um cluster de Van der Waals carregado.

O estudo foi conduzido por uma equipe de pesquisadores do Instituto de Física Moderna (IMP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), o Instituto de Física Aplicada e Matemática Computacional, e Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP) na França.

"Sistemas pequenos de van der Waals podem ser empregados como sistemas modelo experimentalmente viáveis, "disse o Prof. Zhu Xiaolong do IMP, um dos primeiros autores. Os aglomerados de Van der Waals (vdW) são sistemas atômicos / moleculares fracamente ligados. "Eles são comuns na natureza e importantes para a compreensão de fenômenos químicos microambientais em biossistemas."

Decaimento Coulombic Interatômico é um processo típico que demonstra a transferência de energia e carga em uma grande distância entre os componentes atômicos em um cluster e resulta em fragmentação, provando que canais proibidos para átomos / moléculas isolados podem ser abertos devido à presença de átomos vizinhos. Aqui, as transferências de energia e carga são mediadas por fóton virtual ou interação de Coulomb.

Em aglomerados de ligações de hidrogênio, o processo de transferência de prótons também desempenha um papel importante. Envolve a migração de massa e carga em grandes distâncias dentro do cluster e resulta na fragmentação do último. No entanto, em pesquisas anteriores, esse tipo de processo de transferência era limitado a aglomerados de ligações de hidrogênio.

No trabalho atual, os cientistas usaram o cluster vdW neutro N ₂ Ar como um alvo em colisões com 1 MeV Ne ⁸⁺ íons para produzir o cluster duplamente carregado ( N ₂ Ar ) ²⁺ .

Surpreendentemente, um exótico N pesado ⁺ canal de transferência de íons (N ₂ Ar) ²⁺ → N ⁺ + NAr ⁺ foi observado. É a primeira vez que tal processo de transferência de íons pesados ​​em um cluster vdW foi relatado e a consequente formação de NAr ⁺ é um cenário novo.

De acordo com o estudo, este canal se origina da dissociação do cluster duplamente carregado pai N ₂ ²⁺ Ar gerado pelo "N ₂ -site "processo de perda de dois elétrons.

Cálculos teóricos mostram que as interações de polarização entre Ar e N ₂ ²⁺ levar primeiro a um processo de isomerização de N ₂ ²⁺ Ar de sua forma inicial em T para uma forma linear (N-N-Ar).

Além disso, o átomo de Ar neutro vizinho diminui o N ₂ ²⁺ altura e largura da barreira, resultando em tempos de vida significativamente mais curtos para o estado eletrônico metaestável.

Consequentemente, a quebra do N covalente ⁺ -N ⁺ ligação, o túnel para fora do N ⁺ íon do N ₂ ²⁺ potencial bem, bem como a formação do N-Ar ⁺ sistema vinculado ocorrem quase simultaneamente. Em seguida, a explosão de Coulomb começa entre N ⁺ e NAr ⁺ pares de íons.

"Este novo mecanismo pode ser geral para íons de dímero molecular na presença de um átomo vizinho, e ser de potencial importância na compreensão da microdinâmica dos sistemas biológicos, "disse o Prof. Ma Xinwen do IMP, um dos autores correspondentes deste artigo. "Por exemplo, pode nos ajudar a entender o micromecanismo da terapia do câncer por irradiação de íons pesados. "