飞秒间观测辐射损伤| NTU 学者开发突破性技术

我校科学家最近开发出一种技术，利用它可以观察辐射如何在飞秒的时间范围内对分子造成破坏。我校SPMS学院的Zhi-Heng Loh教授称，这是第一次在飞秒时间尺度上观察到水溶液中电离诱导的分子动力学。在以前的研究中，科学家只能在分子分解后才能观察到电离产物。

核辐射或者电离通过破坏分子的化学键来改变DNA和其他生物分子来对人体造成损伤。尽管辐射带来的危害早已被充分认识到，但电离辐射改变分子的确切路径仍有待研究。

在本次研究中，科学家们将有机分子溶解在水中以模拟存在于生物组织中的分子。首先，他们将注意力集中在酚盐离子上，酚盐离子是一种相对简单的有机分子，它包含许多与构成活组织的蛋白质中相同类型的化学键。

科研人员们在研究时使用“飞秒化学”的方法来捕获原子和分子在超短时间尺度上的行为。利用这个新技术，他们观察到了由电离辐射粒子和有机分子粒子相互碰撞而产生的振动，有机分子在经历拉伸，弯曲和扭转等运动后，最终分解。

这是一项重大的技术突破，因为在此前，科学家们仅能观察到分子电离辐射分解后的产物。

Loh教授的装置设计

Loh副教授说：“将来，我们将以此为基础，研究辐射如何影响更大和更复杂的分子，例如蛋白质和核酸，因为它们是生命的基础。”

关于“飞秒化学”（Femochemistry)

这项技术属于物理化学领域，使用激光发出非常短（大约10^-15秒，1飞秒）的光脉冲，每个脉冲都会产生化学反应的快照。然后可以将它们像视频帧一样缝合在一起，以从头到尾观看超快速的化学过程。

分秒技术原理示意图

因此在本次研究中，使用飞秒技术使研究团队能够以比以往任何时候都更高的精度和清晰度看到在生物组织和分子中发生的辐射损伤。

该项研究成果已于2019年7月3日发表于nature communications上，文章名为："Ultrafast structural rearrangement dynamics induced by the photodetachment of phenoxide in aqueous solution"。