Fysikere tager stop-action-billeder af lysdrevet molekylær reaktion

Kansas State University fysikere har taget ekstremt hurtige øjebliksbilleder af lysinducerede molekylære ringåbnende reaktioner-svarende til dem, der hjælper en menneskekrop med at producere D-vitamin fra sollys. Forskningen er publiceret i Naturkemi .

"Tænk på dette som stop-motion som en tegneserie, "sagde Daniel Rolles, lektor i fysik og undersøgelsens hovedforsker. "For hvert molekyle, du starter reaktionen med en laserpuls, tag snapshots af, hvordan det ser ud, som tiden går, og sæt dem derefter sammen. Dette skaber en 'molekylær film', der viser, hvordan molekylets elektroniske struktur ændres som en funktion af, hvor lang tid der går mellem, når vi starter, og når vi stopper. "

Shashank Pathak, doktorand og hovedforfatter på papiret, sagde, at ideen var at studere dynamikken i, hvordan en ring åbner i et molekyle på femtosekundets tidsskala, som er en kvadrilliondel af et sekund. Forskerne bruger en frielektronlaser til at visualisere, hvordan disse reaktioner sker ved at registrere elektronenergispektre, når atomerne i molekylet bevæger sig fra hinanden.

"Ringåbningsreaktionen observeres ganske lidt i naturen, "Pathak sagde." Et eksempel er dannelsen af ​​D3 -vitamin i vores hud. Når sollys skinner på vores hud, vi har store forbindelser, der har disse små ringstrukturer, der hjælper med absorption af UV -lys. Ringen åbner for at danne forløberen til vitamin D3 -dannelse. "

Fremstilling af D -vitamin involverer forskellige biologiske funktioner, og denne ringåbning er kun en lille - meget lille - del af processen, Sagde Pathak. Denne forskning var i stand til at registrere ændringer i molekylet for at forstå procesens hastighed, hvordan det sker og sammenlign processen med tidligere accepteret teori.

"At forstå processen har konsekvenser for at gøre lignende processer, der kan bruges inden for teknologi, mere effektive, og til udvikling af generelle regler, der kan anvendes på lignende reaktioner, sagde Rolles, der modtog en National Science Foundation Faculty Early CAREER -pris i 2018, der finansierede denne forskning.