Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado una técnica para observar cómo la radiación daña las moléculas en periodos de tiempo de solo una cuadrillonésima parte de un segundo, o un femtosegundo.

La técnica consiste en disolver moléculas orgánicas en agua para simular el estado de las moléculas que se encuentran en el tejido biológico. Esto permite al equipo de investigación ver el daño por radiación que se produce en el tejido biológico y las moléculas con mayor precisión y claridad que nunca.

La radiación nuclear o ionizante puede dañar los organismos al alterar el ADN y otras moléculas biológicas al desintegrar los enlaces químicos que mantienen unidas las moléculas.

Usando su nueva técnica, los científicos observaron las vibraciones generadas por las colisiones de partículas de radiación ionizante con una molécula orgánica, que eventualmente hizo que se rompiera después de someterse a un estiramiento violento, doblando y movimientos de torsión. Estas vibraciones solo ocurrieron cuando las moléculas se disolvieron en agua, lo que representa un avance significativo con respecto a estudios anteriores.

Profesor asociado Zhi-Heng Loh, un presidente asistente en la Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas de la NTU que dirigió la investigación, dijo, "Esta es la primera vez que alguien ha observado una dinámica molecular inducida por ionización en soluciones acuosas en escalas de tiempo de femtosegundos. En estudios anteriores, los científicos solo pudieron observar los productos de la ionización después de que la molécula ya se había roto ".

Aunque los peligros de la radiación han sido ampliamente reconocidos desde la década de 1930, cuando Marie Curie murió de anemia causada por su exposición prolongada a la radiactividad, Los procesos exactos por los cuales la radiación ionizante altera las moléculas aún no se comprenden completamente.

El estudio utilizó métodos de la femtoquímica para capturar cómo se comportan los átomos y las moléculas en escalas de tiempo ultracortas. como en la formación o ruptura de enlaces químicos que toman unas cuatrillones de segundo, o femtosegundos.

La femtoquímica utiliza láseres que emiten pulsos de luz extremadamente breves y cada pulso crea una instantánea de la reacción química. Luego, estos se pueden unir como los fotogramas de un video, para observar los procesos químicos ultrarrápidos de principio a fin.

Descubriendo cómo la radiación altera las moléculas

El profesor asociado Loh y su equipo se propusieron comprender cómo la radiación ionizante afecta a las moléculas biológicas. Como punto de partida, centraron su atención en el ion fenóxido, una molécula orgánica relativamente simple que contiene muchos de los mismos tipos de enlaces químicos que se encuentran en las proteínas que forman el tejido vivo.

La espectroscopia de alta resolución se había utilizado previamente para estudiar el fenóxido en su forma gaseosa, y a partir de él, los investigadores habían observado un comportamiento relativamente simple:cuando son golpeados por radiación ionizante, cada molécula de fenóxido vibra a una sola frecuencia, como una campana que suena en un solo tono claro. Sin embargo, este método no se puede utilizar para estudiar moléculas orgánicas disueltas en agua, que es similar a las moléculas de estado que se encuentran en el tejido biológico.

Usando un aparato de láser pulsado, el equipo de NTU pudo registrar cómo la radiación daña las moléculas de fenóxido disueltas en agua. El equipo identificó múltiples frecuencias vibratorias, distinta de la frecuencia única observada en el fenóxido gaseoso. Descubrieron que cuando la radiación hace que las moléculas expulsen un electrón, la molécula vibra en un patrón muy complejo, más parecido al sonido de un platillo o gong que al sonido de una campana.

"En el futuro, nos basaremos en esto para investigar cómo la radiación afecta a moléculas más grandes y complicadas, como proteínas y ácidos nucleicos, que son los pilares de la vida, ", dijo el profesor asociado Loh.

"Nuestro grupo de investigación se especializa en femtoquímica, y una vez que nos interesamos en el tema, Resultó relativamente sencillo adaptar nuestros métodos de femtoquímica para estudiar el movimiento vibratorio de moléculas ionizadas disueltas en agua. Para nuestra sorpresa, nadie había abordado este problema en particular antes, "añadió.