Dalla scoperta della forma a doppia elica del DNA e dell'ipotesi di mutazione del DNA indotta dal trasferimento di protoni più di 50 anni fa, è stato riconosciuto che il trasferimento di protoni è cruciale per molti processi chimici e biologici.

Poiché questi processi sono noti per essere rilevanti per la biofisica e la radioterapia, sorge la domanda se uno ione massiccio possa essere trasferito nei processi biochimici e portare alla frammentazione. Nello specifico, in un bioambiente complesso, ha un ruolo il trasferimento di ioni pesanti?

Pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 12 giugno, un gruppo di ricercatori affronta queste domande con uno studio di un nuovo canale che coinvolge N . pesante ⁺ trasferimento di ioni osservato in un ammasso di Van der Waals carico.

Lo studio è stato condotto da un team di ricercatori dell'Istituto di Fisica Moderna (IMP) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), l'Istituto di Fisica Applicata e Matematica Computazionale, e Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP) in Francia.

"Piccoli sistemi di van der Waals possono essere impiegati come sistemi modello sperimentalmente fattibili, " ha detto il Prof. Zhu Xiaolong di IMP, uno dei primi autori. Gli ammassi di Van der Waals (vdW) sono sistemi atomici/molecolari debolmente legati. "Sono comuni in natura e importanti per comprendere i fenomeni chimici microambientali nei biosistemi".

Il decadimento coulombiano interatomico è un processo tipico che dimostra l'energia e il trasferimento di carica su una grande distanza tra i componenti atomici in un ammasso e si traduce in frammentazione, dimostrando che canali proibiti per atomi/molecole isolati possono essere aperti a causa della presenza di atomi vicini. Qui, i trasferimenti di energia e carica sono mediati da fotoni virtuali o interazioni coulombiane.

Nei cluster di legami idrogeno, anche il processo di trasferimento dei protoni svolge un ruolo importante. Implica la migrazione di massa e di carica su grandi distanze all'interno dell'ammasso e provoca la frammentazione di quest'ultimo. Tuttavia, nelle ricerche precedenti, questo tipo di processo di trasferimento era limitato ai cluster di legami idrogeno.

Nel lavoro attuale, gli scienziati hanno utilizzato il cluster neutro vdW N ₂ Ar come bersaglio nelle collisioni con 1 MeV Ne ⁸⁺ ioni per produrre il cluster a doppia carica ( n ₂ Ar ) ²⁺ .

Sorprendentemente, un esotico pesante N ⁺ canale di trasferimento ionico (N ₂ Ar) ²⁺ → N ⁺ + NAr ⁺ è stato osservato. È la prima volta che viene segnalato un processo di trasferimento di ioni così pesanti in un cluster vdW e la conseguente formazione di NAr ⁺ è uno scenario nuovo.

Secondo lo studio, questo canale ha origine dalla dissociazione del gruppo genitore a doppia carica n ₂ ²⁺ Ar generato dal "N ₂ -site" processo di perdita di due elettroni.

Calcoli teorici mostrano che le interazioni di polarizzazione tra Ar e n ₂ ²⁺ portare prima ad un processo di isomerizzazione di n ₂ ²⁺ Ar dalla sua forma a T iniziale a una forma lineare (N-N-Ar).

Inoltre, l'atomo di Ar neutro vicino diminuisce il n ₂ ²⁺ altezza e larghezza della barriera, con conseguente durata significativamente più breve per lo stato elettronico metastabile.

Di conseguenza, la rottura del covalente N ⁺ -N ⁺ legame, il tunneling del N ⁺ ione dal n ₂ ²⁺ potenziale bene, così come la formazione del N-Ar ⁺ sistema legato avvengono quasi contemporaneamente. Poi l'esplosione di Coulomb inizia tra n ⁺ e NAr ⁺ coppie di ioni.

"Questo nuovo meccanismo potrebbe essere generale per gli ioni dimero molecolare in presenza di un atomo vicino, ed essere di potenziale importanza nella comprensione della microdinamica dei sistemi biologici, " ha detto il prof. Ma Xinwen dell'Imp, uno degli autori corrispondenti di questo articolo. "Per esempio, può aiutarci a capire il micromeccanismo della terapia del cancro mediante l'irradiazione di ioni pesanti".