Jonisering av vatten producerar en hydroxylradikal, ett extremt kraftfullt oxidationsmedel som skadar levande organismer. Använder LCLS, ett team träffade denna kortlivade radikal med en ultrasnabb röntgenlaserpuls (blå pil), spännande en av dess elektroner (röd prick). När elektronen föll tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd, det släppte en liten skur av röntgenstrålar (lila) som bar radikalens unika kemiska fingeravtryck. Kredit:Kaushik Nanda/University of Southern California
Fria radikaler - atomer och molekyler med oparade elektroner - kan orsaka förödelse på kroppen. De är som förvirrade paramourer, avsedd att vandra omkring på jakt efter en annan elektron, lämnar trasiga celler, proteiner och DNA i deras kölvatten.
Hydroxylradikaler är de mest kemiskt aggressiva av de fria radikalerna, överlevde i bara biljondelar av en sekund. De bildas när vatten, den vanligaste molekylen i celler, drabbas av strålning, får den att förlora en elektron. I tidigare forskning, ett team ledd av Linda Young, en forskare vid Department of Energy's Argonne National Laboratory, observerade den ultrasnabba födelsen av dessa fria radikaler, en process med stor betydelse inom områden som solljusinducerad biologisk skada, miljösanering, kärnteknik, och rymdresor.
Nu är hennes team, inklusive forskare från DOE:s SLAC National Accelerator Laboratory, har retat ut ett unikt kemiskt fingeravtryck av hydroxylen, vilket kommer att hjälpa forskare att spåra kemiska reaktioner som det utlöser i komplexa biologiska miljöer. De publicerade sina resultat i Fysiska granskningsbrev i juni.
På SLAC:s Linac Coherent Light Source (LCLS) frielektronlaser, forskarna undersökte de otroligt kortlivade hydroxylradikalerna med röntgenpulser som varar bara miljondelar av en miljarddels sekund. De belyste en tunn stråle av laserjoniserat vatten med röntgenstrålar som hade den exakta energin att excitera elektroner djupt inne i radikalerna så att de hoppade upp i en specifik högre omloppsbana. När elektronerna satte sig tillbaka i sina ursprungliga banor, en liten bråkdel av dem avgav röntgenstrålar som bar radikalens unika signatur, eller spektrum. Teamet använde nya teoretiska verktyg för att exakt beräkna dessa röntgenspektra och dechiffrera meddelandet de innehöll.
Att följa upp, teamet kommer att undersöka vad som händer i de första ögonblicken som joniserande strålning bryter isär vatten med högre tidsupplösning för att lära sig mer om processen. Nerför gatan, de hoppas kunna studera liknande processer i alkaliska miljöer som är av intresse både i grunden och för pressade tillämpningar såsom kärnavfallssanering, vilket kräver en förståelse för den komplexa kemin som sker i tankar som genomgår konstant strålningsbombardement.
