【科技自立自强】西安交大科研人员在生物分子团簇结构及超快电离机制研究方面取得进展

分子间非共价键的弱相互作用，比如氢键、p-堆积相互作用等，是构造分子团簇的重要驱动力，对生物大分子结构稳定和功能特性起着关键性作用。由p-堆积相互作用组成的芳香环分子三聚体是构建蛋白质、DNA等生物大分子体系的基本单元。芳香环分子团簇具有复杂的构象特征，其结构和动力学性质研究仍是生物分子团簇领域的一个科学难题。

西安交通大学物理学院任雪光教授团队与合作者建立了电子碰撞和强场飞秒激光电离相结合的实验方案，发展生物分子团簇束源技术、多粒子符合动量成像方法，以苯三聚体为模型体系，开展了团簇库仑爆炸实验研究及分子动力学模拟。研究发现生物分子团簇中次序电离诱导分子间库仑衰变(dSI+ICD，图a)及分子间双重库仑衰变(dICD，图b)等超快电离反应机制。实验证明了分子的内价层电离能够在飞秒时间尺度内诱发团簇多电离及库仑爆炸反应，揭示了团簇体系中次序电离诱导分子间库仑衰变机制的重要性。通过多粒子符合动量成像方法及第一性原理计算，实现了原子水平和飞秒时间尺度上的团簇结构及构象表征，为超高时空分辨分子团簇结构及动力学研究提供了重要基础。该研究工作证实了dSI+ICD和dICD等超快电离解离过程研究是团簇结构表征的有力工具，在蛋白质成像方面具有潜在的应用价值，同时也为深入理解生物大分子电离辐射损伤机制提供了关键证据。

(a)电子束诱导苯三聚体次序电离诱导分子间库仑衰变(dSI+ICD)过程

(b)苯三聚体分子间双重库仑衰变(dICD)过程

9月10日，上述研究成果以“超快分子间库仑衰变诱导的苯三聚体三重电离解离过程研究”(Triple ionization and fragmentation of benzene trimers following ultrafast intermolecular Coulombic decay)为题发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。西安交通大学物理学院任雪光教授为文章通讯作者，物理学院博士生周家琪为第一作者，西安交通大学物理学院及教育部物质非平衡合成与调控重点实验室是该论文第一作者单位，物理学院赵永涛教授、吉林大学丁大军教授科研团队等参与了该项工作。

任雪光教授团队长期致力于原子分子团簇结构及碰撞动力学研究工作，所在激光与粒子束科研团队已建设400 KV强流离子束、反应谱仪、高性能计算模拟等多个科研平台，近年来围绕分子间超快能量转移机制、生物辐射损伤机理等问题，在《自然物理》(Nature Physics)、《自然化学》(Nature Chemistry)、《自然通讯》(Nature Communications)、《物理评论快报》(Physical Review Letters)等学术期刊发表多项重要科研成果。

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