科学家首次追踪到飞秒级超速的结构性变化

科学家在环形气体分子破裂和瓦解时，首次追踪到飞秒级超速的结构性变化。环形分子在生物化学中很丰富，也是许多化合药物的基础成分。该研究指明了气体化学反应实时x射线的研究方向，这对生物过程至关重要。 I~>L4~g)  
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　　美国能源部国家斯坦福直线性加速器中心（StanfordLinearAcceleratorCenter，SLAC）实验室的研究人员编译出这个基本的开环反应到计算机动画序列的完整步骤，该动画提供一个结构性变化的“分子电影”。 8"g.Z*  
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　　这个先驱性的实验在斯坦福直线加速器中心的直线性连续加速器光源研究所（美国能源部用户设备科学办公室）完成，对于精确跟踪气体分子在化学反应中飞秒级的变化，树立了重要的里程碑。 i3} ^j?jA2  
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　　斯坦福直线加速器中心的科学家MikeMinitti，曾与布朗大学的PeterWebe合作过，他说道：“这显示了直线性连续加速器光源(LinacCoherentLightSource)的一项特性:一种从未见过的化学反应方式就会在你眼前出现。”Minitti表示：“直线性连续加速器光源就像是一个游戏规则的改变者，它使我们在飞秒级的速度上观察化学变化，甚至能观察到单个原子的运动。”这种方法还适用于更复杂的分子和化学变化。 O{9h'JU  
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　　利用斯坦福直线加速器中心的X射线研究气体中自由悬浮的分子，可以看到化学变化中的清晰结构，这是因为气体分子几乎不与气体分子或结构连接。他还补充道：“直到现在，利用X射线研究快速的气体分子变化仍然受到限制。” 3q.O^`y FU  
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　　化学运动的新审视 It@ak6u?  
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　　该研究针对由1,3-环己二烯（1,3-cyclohexadiene，CHD）组成的气体分子，它是一个来自松树油的小型环形有机分子。环形分子在许多生物和化学过程中扮演关键角色，这些反应过程实质在于化学键的形成和破坏。该实验主要追踪环形分子在两原子间的化学键破坏后如何分解变成近线性分子的过程。 z_p/.kQ'5  
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　　Minitti表示：“对于分子的展开过程，长久以来一直存在争议。原子可以采取不同的路径和方向。跟踪这一点最终显示化学反应的过程,而且可能会促使理论和模型的改进。” Y?z@)cL  
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　　分子电影的制作 ]S~Z8T-[  
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　　在实验中，研究人员利用超快的紫外激光脉冲启动开环反应，以此激发环己二烯。 &V&0kp@+  
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　　然后，他们又利用斯坦福直线加速器中心的X射线在不同的时间间隔内测量分子的形状变化过程。 V4OhdcW{  
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　　研究人员序对10万多个类似频闪灯散射x射线的测量进行了编制和排列。然后,他们与这些测量结果与计算机模拟匹配，结果揭示了在分子结构打开后的最初200分秒内最可能的分解方式。该仿真由爱丁堡大学（UniversityofEdinburgh）研究人员AdamKirrander完成，结果展示了原子的位置和运动变化过程。 98os4}r  
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　　动画的每个区间时长为25飞秒，大约是电视30帧每秒速度的1.3万亿倍。 wKCHG/W  
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　　Weber表示：“这样的分辨率对于观察分子运动是一个巨大的进步。” h*Y);mc$#  
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　　气体样本对于这个研究来说是理想样本，这是因为，任意两相邻环己二烯分子间的间隔被减少，使得更容易区分和追踪单个分子运动。斯坦福直线加速器中心的x射线脉冲就像台球游戏中的母球，使分子中的电子散射至位敏探测器，它可以规划分子中原子的位置。 ?*z#G'3z1  
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　　应用与更复杂研究的成功测试用例 zZ
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　　Minitti表示：“本研究可以作为大分子的基准和平台，且有助于我们研究理解更复杂、更重要的化学变化。”