一次x射线袭击就足以摧毁整个分子

时间:2020-04-06 18:37 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

一次x射线袭击就足以摧毁整个分子

辐射损伤会在邻近的区域传播:一个软x射线就能摧毁一个蛋白质大小的分子。

物理学家在3月17日出版的《物理评论快报》上报告说,一次x射线就可以解开一个巨大的分子。他们的发现可能导致更安全的医学成像和对重金属电子的更细致的理解。

医学成像技术,如核磁共振成像,使用元素周期表底部的重金属作为染料。使某些组织更容易被看到。但是这些被称为镧系元素的金属是有毒的。为了保护接受核磁共振检查的人,一些化学家把镧系元素包裹在碳原子的笼子里。

分子物理学家Razib Obaid和他的导师,物理系的Norah Berrah教授想要知道更多关于镧系元素如何与它们包裹的碳笼相互作用的信息。这些笼子由80个碳原子组成,被称为富勒烯,形状像足球。它们实际上不与镧系元素成键;金属漂浮在笼子里。自然界中有许多类似的情况。例如,蛋白质通常有一个金属挂在一个巨大的有机分子附近(也就是说,大部分是由碳构成的)。

你只需敲击84个原子中的一个就能引起辐射损伤。本;Razib Obaid

所以Obaid和他的团队从堪萨斯州立大学的合作者,脉冲在斯坦福大学研究所,海德堡马克斯普朗克研究所和海德堡大学的研究了镧系元素的三个原子内钬80 -碳富勒烯反应的x射线只他们最初的猜测是,当x射线第一次钬原子之一,它将被电子吸收。但是,被吸收的x射线会给电子如此大的能量,以致于它会飞出原子,留下一个空位。这一点将会被另一个holmiums电子占据,它将不得不从原子的外边缘跳下来填满它。那个电子以前一直与原子外围的另一个电子为伴。当它跳下去的时候,它孤独的前女友,被称为俄歇电子,会远离整个分子,被科学家发现。它独特的能量会把它释放出来。

这听起来很复杂,但物理学家们认为,这是最简单的(因此也是最有可能的)场景。但这并不是他们所看到的。

当Obaid和他的同事用软x射线(大约160电子伏特)轰击富勒烯分子时,发现的俄歇电子的数量太少了。太多的电子的能量远远低于俄歇电子的能量。

经过一番计算,研究小组发现,实际情况比他们猜测的要复杂得多。

首先,x射线会撞击钬,钬会失去一个电子。这个空位将会被来自钬原子的外层电子填满。这一点是正确的。但是跳跃的电子(当它向下跳跃时)所释放的能量;从原子的外围到原子的内部,原子也会向下跳跃。在能量中)会被碳富勒烯笼或其他邻近的钬原子吸收。在任何一种情况下,能量都会导致一个额外的电子远离它所吸收的富勒烯笼或钬原子。

失去这些电子会使整个分子不稳定,然后整个分子就会完全分解。

最终的结果吗?

只要从84个原子中挑出一个原子就能引起辐射损伤。Obaid说。也就是说,一次x射线的撞击就足以通过这种涉及相邻原子的能量转移过程摧毁整个分子复合体。Obaid说,它让我们对辐射如何在生命系统中发生有了一些了解。人们一直认为,辐射通过直接剥离电子来破坏组织。本实验表明,电离的原子或分子与其相邻原子或分子之间的相互作用所造成的损伤和衰变比原来的辐照更严重。

这项工作也为医学物理学家提供了一种思路,即如何限制病人接触到用作医学成像染料的重金属。研究人员说,除了那些用重金属染料成像的部位外,保护身体所有部位不受辐射可能会限制重金属的暴露和辐射损伤。这项工作的下一步将是准确地了解这种与邻居的相互作用发生得有多快。研究人员预计它将在几飞秒(10-15秒)内发生。

参考文献:分子间库仑衰变发生在面内富勒烯的4d - rarr - 4f共振处;作者:Razib Obaid, Hui Xiong, Sven Augustin, Kirsten Schnorr, Utuq Ablikim, Andrea Battistoni, Thomas J. 狼,René比罗杜、奥西波夫、高克伯格、罗勒斯、拉福格和伯拉,2020年3月17日,《物理评论快报》。

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.113002

这项工作由能源部、基础能源科学(BES)、化学科学、地球科学和生物科学司提供资金,批准号为。DE-SC0012376。

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