Scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha sviluppato una tecnica per osservare come le radiazioni danneggiano le molecole in intervalli di tempo di appena un quadrilionesimo di secondo, o un femtosecondo.

La tecnica prevede la dissoluzione di molecole organiche in acqua per simulare lo stato che le molecole si trovano nei tessuti biologici. Ciò consente al team di ricerca di vedere i danni da radiazioni che si verificano nei tessuti e nelle molecole biologici con maggiore precisione e chiarezza che mai.

Le radiazioni nucleari o ionizzanti possono danneggiare gli organismi alterando il DNA e altre molecole biologiche mentre disintegrano i legami chimici che tengono insieme le molecole.

Usando la loro nuova tecnica, gli scienziati hanno osservato le vibrazioni generate dalle collisioni di particelle di radiazioni ionizzanti con una molecola organica, che alla fine lo ha causato la rottura dopo aver subito uno stiramento violento, piegarsi, e movimenti di torsione. Queste vibrazioni si sono verificate solo quando le molecole sono state sciolte in acqua, che rappresenta un significativo passo avanti rispetto agli studi precedenti.

Professore Associato Zhi-Heng Loh, un assistente alla cattedra presso la School of Physical &Mathematical Sciences della NTU che ha guidato la ricerca, disse, "Questa è la prima volta che qualcuno ha osservato la dinamica molecolare indotta dalla ionizzazione in soluzioni acquose su scale temporali di femtosecondi. In studi precedenti, gli scienziati sono stati in grado di osservare i prodotti della ionizzazione solo dopo che la molecola era già stata spezzata".

Sebbene i rischi delle radiazioni siano stati ampiamente riconosciuti fin dagli anni '30, quando Marie Curie morì di anemia causata dalla sua esposizione a lungo termine alla radioattività, gli esatti processi attraverso i quali le radiazioni ionizzanti alterano le molecole non sono ancora completamente compresi.

Lo studio ha utilizzato metodi della femtochimica per catturare il comportamento di atomi e molecole su scale temporali ultra brevi, come nella formazione o rottura di legami chimici che richiedono pochi quadrilionesimi di secondo, o femtosecondi.

La femtochimica utilizza laser che emettono impulsi di luce estremamente brevi e ogni impulso crea un'istantanea della reazione chimica. Questi possono poi essere uniti insieme come i fotogrammi di un video, per osservare i processi chimici ultraveloci dall'inizio alla fine.

Scoprire come le radiazioni alterano le molecole

Il Professore Associato Loh e il suo team hanno cercato di capire come le radiazioni ionizzanti influenzino le molecole biologiche. Come punto di partenza, hanno concentrato la loro attenzione sullo ione fenossido, una molecola organica relativamente semplice che contiene molti degli stessi tipi di legami chimici che si trovano nelle proteine ​​che compongono il tessuto vivente.

La spettroscopia ad alta risoluzione era stata precedentemente utilizzata per studiare il fenossido nella sua forma gassosa, e da esso i ricercatori avevano osservato un comportamento relativamente semplice:quando colpiti da radiazioni ionizzanti, ogni molecola di fenossido vibra ad una singola frequenza, come una campana che suona in un unico suono chiaro. Però, questo metodo non può essere utilizzato per studiare le molecole organiche disciolte in acqua, che è simile alle molecole di stato che si trovano nei tessuti biologici.

Utilizzando un apparecchio laser pulsato, il team NTU è stato in grado di registrare come le radiazioni danneggiano le molecole di fenossido disciolte nell'acqua. Il team ha identificato più frequenze vibrazionali, distinta dalla singola frequenza osservata nel fenossido gassoso. Hanno scoperto che quando la radiazione fa sì che le molecole espellono un elettrone, la molecola vibra secondo uno schema molto complesso, più simile al suono di un piatto o di un gong che a una campana che suona.

"Nel futuro, ci baseremo su questo per studiare come le radiazioni influiscano su molecole più grandi e complicate, come proteine ​​e acidi nucleici, quali sono gli elementi costitutivi della vita, ", ha affermato il Professore Associato Loh.

"Il nostro gruppo di ricerca è specializzato in femtochimica, e una volta che ci siamo interessati all'argomento, si è rivelato relativamente semplice adattare i nostri metodi femtochimici allo studio del movimento vibrazionale delle molecole ionizzate disciolte nell'acqua. Con nostra sorpresa, nessuno aveva mai affrontato questo particolare problema prima, " Ha aggiunto.