Depuis la découverte de la forme double hélice de l'ADN et l'hypothèse d'une mutation de l'ADN induite par le transfert de protons il y a plus de 50 ans, il a été reconnu que le transfert de protons est crucial pour de nombreux processus chimiques et biologiques.

Comme ces processus sont connus pour être pertinents pour la biophysique et la radiothérapie, une question se pose de savoir si un ion massif pourrait être transféré dans des processus biochimiques et conduire à une fragmentation. Spécifiquement, dans un bio-environnement complexe, le transfert d'ions lourds joue-t-il un rôle ?

Publié dans Communication Nature le 12 juin, un groupe de chercheurs aborde ces questions avec une étude d'un nouveau canal impliquant le N lourd ⁺ transfert d'ions observé dans un amas de Van der Waals chargé.

L'étude a été menée par une équipe de chercheurs de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), l'Institut de physique appliquée et de mathématiques computationnelles, et Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP) en France.

"Les petits systèmes de van der Waals peuvent être utilisés comme systèmes modèles expérimentalement réalisables, " a déclaré le professeur Zhu Xiaolong de l'IMP, l'un des premiers auteurs. Les amas de Van der Waals (vdW) sont des systèmes atomiques/moléculaires faiblement liés. "Ils sont communs dans la nature et importants pour comprendre les phénomènes chimiques microenvironnementaux dans les biosystèmes."

La désintégration coulombienne interatomique est un processus typique qui démontre le transfert d'énergie et de charge sur une grande distance entre les composants atomiques d'un cluster et entraîne une fragmentation, prouver que des canaux interdits pour les atomes/molécules isolés peuvent être ouverts en raison de la présence d'atomes voisins. Ici, les transferts d'énergie et de charge sont médiés par un photon virtuel ou une interaction de Coulomb.

Dans les amas de liaisons hydrogène, le processus de transfert de protons joue également un rôle important. Elle implique une migration de masse et de charge sur de grandes distances au sein de l'amas et se traduit par une fragmentation de ce dernier. Néanmoins, dans des recherches antérieures, ce type de processus de transfert était limité aux clusters de liaisons hydrogène.

Dans les travaux en cours, les scientifiques ont utilisé le cluster vdW neutre N 2 Ar comme cible dans les collisions avec 1 MeV Ne ⁸⁺ ions pour produire l'amas doublement chargé ( N 2 Ar ) ²⁺ .

Étonnamment, un N lourd exotique ⁺ canal de transfert d'ions (N 2 Ar) ²⁺ → N ⁺ + NAr ⁺ a été observé. C'est la première fois qu'un tel processus de transfert d'ions lourds dans un cluster vdW est signalé et la formation consécutive de NAr ⁺ est un nouveau scénario.

Selon l'étude, ce canal provient de la dissociation de l'amas parent doublement chargé N 2 ²⁺ Ar généré par le "N 2 -site" processus de perte à deux électrons.

Les calculs théoriques montrent que les interactions de polarisation entre Ar et N 2 ²⁺ conduire d'abord à un processus d'isomérisation de N 2 ²⁺ Ar de sa forme initiale en T à une forme linéaire (N-N-Ar).

En outre, l'atome d'Ar neutre voisin diminue la N 2 ²⁺ hauteur et largeur de la barrière, résultant en des durées de vie significativement plus courtes pour l'état électronique métastable.

Par conséquent, la rupture du covalent N ⁺ -N ⁺ lier, le creusement du N ⁺ ion de la N 2 ²⁺ bien potentiel, ainsi que la formation du N-Ar ⁺ système lié ont lieu presque simultanément. Puis l'explosion de Coulomb commence entre N ⁺ et NAr ⁺ paires d'ions.

"Ce nouveau mécanisme pourrait être général pour les ions dimères moléculaires en présence d'un atome voisin, et être d'une importance potentielle dans la compréhension de la microdynamique des systèmes biologiques, " a déclaré le professeur Ma Xinwen de l'IMP, l'un des auteurs correspondants de cet article. "Par exemple, cela peut nous aider à comprendre le micromécanisme de la thérapie anticancéreuse par irradiation aux ions lourds."