Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveu uma técnica para observar como a radiação danifica as moléculas em intervalos de tempo de apenas um quatrilionésimo de segundo - ou um femtossegundo.

A técnica envolve a dissolução de moléculas orgânicas em água para simular o estado das moléculas encontradas no tecido biológico. Isso permite que a equipe de pesquisa veja os danos da radiação ocorrendo em tecidos e moléculas biológicas com maior precisão e clareza do que nunca.

A radiação nuclear ou ionizante pode danificar os organismos ao alterar o DNA e outras moléculas biológicas à medida que desintegra as ligações químicas que mantêm as moléculas unidas.

Usando sua nova técnica, os cientistas observaram as vibrações geradas por colisões de partículas de radiação ionizante com uma molécula orgânica, o que acabou fazendo com que se partisse depois de sofrer um alongamento violento, dobrando, e movimentos de torção. Essas vibrações ocorreram apenas quando as moléculas foram dissolvidas em água, o que representa um avanço significativo em relação aos estudos anteriores.

Professor Associado Zhi-Heng Loh, uma cadeira assistente na Escola de Ciências Físicas e Matemáticas da NTU que liderou a pesquisa, disse, "Esta é a primeira vez que alguém observou a dinâmica molecular induzida por ionização em soluções aquosas em escalas de tempo de femtossegundos. Em estudos anteriores, os cientistas só foram capazes de observar os produtos da ionização depois que a molécula já havia sido quebrada. "

Embora os perigos da radiação tenham sido amplamente reconhecidos desde a década de 1930, quando Marie Curie morreu de anemia causada por sua exposição prolongada à radioatividade, os processos exatos pelos quais a radiação ionizante altera as moléculas ainda não são completamente compreendidos.

O estudo usou métodos de femtoquímica para capturar como átomos e moléculas se comportam em escalas de tempo ultracurtas, como na formação ou quebra de ligações químicas que levam alguns quatrilionésimos de segundo, ou femtossegundos.

A femtochemistry usa lasers que emitem pulsos de luz extremamente breves e cada pulso cria um instantâneo da reação química. Eles podem ser costurados juntos como os quadros de um vídeo, para observar processos químicos ultrarrápidos do início ao fim.

Descobrindo como a radiação altera as moléculas

O professor associado Loh e sua equipe começaram a entender como a radiação ionizante afeta as moléculas biológicas. Como ponto de partida, eles focaram sua atenção no íon fenóxido, uma molécula orgânica relativamente simples que contém muitos dos mesmos tipos de ligações químicas encontradas nas proteínas que constituem o tecido vivo.

A espectroscopia de alta resolução já havia sido usada para estudar o fenóxido em sua forma gasosa, e a partir dele os pesquisadores observaram um comportamento relativamente simples:quando atingido por radiação ionizante, cada molécula de fenóxido vibra em uma única frequência, como um sino tocando em um único tom claro. Contudo, este método não poderia ser usado para estudar moléculas orgânicas dissolvidas em água, que é semelhante às moléculas de estado encontradas no tecido biológico.

Usando um aparelho de laser pulsado, a equipe da NTU conseguiu registrar como a radiação danifica as moléculas de fenóxido dissolvidas na água. A equipe identificou várias frequências vibracionais, distinto da freqüência única observada no fenóxido gasoso. Eles descobriram que quando a radiação faz com que as moléculas ejetem um elétron, a molécula vibra em um padrão altamente complexo, mais parecido com o som de um címbalo ou gongo do que um sino tocando.

"No futuro, vamos nos basear nisso para investigar como a radiação afeta moléculas maiores e mais complicadas, como proteínas e ácidos nucleicos, quais são os blocos de construção da vida, "disse o Professor Associado Loh.

"Nosso grupo de pesquisa é especializado em femtoquímica, e uma vez que nos interessamos pelo assunto, acabou sendo relativamente simples adaptar nossos métodos femtoquímicos para estudar o movimento vibracional de moléculas ionizadas dissolvidas em água. Para nossa surpresa, ninguém jamais havia enfrentado esse problema específico antes, " ele adicionou.