Текст уведомления здесь

Новый алгоритм прольет свет на туннельную ионизацию

С его помощью можно будет рассчитать поведение даже сложных молекул
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ и Орхусского университета (Дания) предложили способ предсказания влияния лазера на состояние сложных молекул. С помощью их алгоритма можно рассчитать скорость туннельной ионизации таких молекул, то есть скорость процесса потери электронов. В перспективе подобные решения позволят не только лучше понимать процессы внутри многоатомных молекул, но и управлять им. Соответствующая статья опубликована в The Journal of Chemical Physics.

Две внешние (а и b) орбитали молекулы нафталина — районы расположения двух внешних электронов молекулы, которые в присутствии сильного электрического поля ионизируются им в первую очередь. Рисунок авторов работы, предоставлен пресс-службой МФТИ

Туннельная ионизация молекулы — это процесс высвобождения электрона через потенциальный барьер, который удерживает его в молекуле, находящейся в нормальном состоянии. Такая ионизация — первый шаг для очень широкого спектра химических реакций, объединяемых перемещением электронов и «дырок» (вакантного места, оставленного «беглым» электроном) в молекулах. Ионизация при нагреве или действии внешнего электромагнитного поля может заканчиваться очень по-разному.

Например, если поместить молекулу в поле сильного лазерного излучения, то при ионизации электрон может не только оторваться от молекулы, но и, с определенной вероятностью, вернуться к «родительскому» молекулярному иону (своей же бывшей молекуле, но испытывающей дефицит утерянного электрона). Результатом такого возвращения может быть и перерассеяние (электрон снова уйдет вовне), и рекомбинация электрона (возвращение в молекулу, при котором та нередко испускает фотон света), и диссоциация молекулы (ее распад). Каждый из этих сценариев означает совершенно разный практический результат: при реализации второго вещество может быть люминофором, при осуществлении третьего — важным элементом в цепочке фотокаталитических реакций.

Если научиться понимать, куда именно движется электрон при туннельной ионизации в определенных условиях для определенных молекул, в теории можно не только лучше предсказывать ход и исход химических реакций, но и управлять ими, контролируя превращения той или иной сложной молекулы именно в тот продукт, что нужен в эксперименте или на производстве. Поскольку из сложных молекул состоят живые организмы и полимеры, то предсказание и управление туннельной ионизацией в многоатомных молекулах перспективно и в молекулярной биологии, и в медицине, и в промышленности. Однако для успешного осуществления и того и другого необходимы точные и надежные расчеты скоростей туннельной ионизации.

Скорость туннельной ионизации можно интерпретировать как вероятность вылета электрона из молекулы в определенном направлении. Она зависит от того, как ориентирована молекула по отношению к действующему на нее внешнему электромагнитному полю (к примеру, лазерному излучению). Существующие на сегодняшний день теории связывают скорость туннельной ионизации с поведением электронов вдалеке от ядер атомов, составляющих молекулу. Но современные программы квантовомеханических расчетов до сих пор не могут дать правильного предсказания в отношении состояния электронов в этой удаленной области. Хорошо было бы сделать так, чтобы скорость туннельной ионизации определялась используемой при расчетах теорией только через поведение электронов вблизи ядер атомов. Такое поведение может быть рассчитано существующими методами достаточно точно.

Авторы новой работы использовали в своих расчетах молекулы бензола и нафталина. Для обсчета их поведения ими была разработана программа, способная рассчитывать скорости туннельной ионизации этих молекул в зависимости от их ориентации относительно прикладываемого к молекулам электромагнитного поля (лазерного луча). Исследователи планируют сделать ее общедоступной. Это поможет другим научным группам изучать туннельную ионизацию и пытаться повлиять на химические и биохимические процессы с помощью лазера.

Программа также позволяет оценивать структуру новых соединений — по их реакции на лазерное облучение, а также по спектрам вторичного излучения, получаемого после такого лазерного обстрела. Это позволит экспериментаторам быстро получать по подобным наблюдаемым спектрам структуру исследуемых больших молекул с аттосекундным временным разрешением (аттосекунда — одна миллиардная миллиардной секунды).

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы
3D-иллюстрациятого, как Т-лимфоциты атакуют клетку ракаMeletios Verras / Фотодом / Shutterstock

Первая в мире генная терапия рака вылечила 37 больных за этот год

И не привела ни к одному летальному исходу

30 августа 2017 года в США была впервые одобрена генная терапия рака на основе химерных антигенных рецепторов — CAR-T. Сейчас появились результаты ее применения в клиниках. Коротко: методика работает (но не всегда), побочные эффекты не смертельны.
Добавить в закладки
Комментарии

Генная терапия CAR-T разработана специально для борьбы с В-клеточной лимфомой — раком крови, вызванным размножением В-лимфоцитов. Устроена она следующим образом: у пациента забирают собственные Т-лимфоциты и вводят в них новый ген. Этот ген кодирует рецептор, узнающий молекулу, характерную для всех В-лимфоцитов. Затем Т-лимфоциты размножают, возвращают пациенту, и они отправляются убивать опухолевые В-клетки.

CAR-T была официально одобрена больше года назад, но используют ее пока нечасто. Как правило, сначала против В-клеточной лимфомы применяют классическую химиотерапию, и это работает примерно у двух третей пациентов. Тем, кому химиотерапия не помогла, предлагают пересадить собственные предварительно размноженные стволовые клетки крови. Но этот метод подходит только половине кандидатов, а помогает лишь в 20% случаев. Для остальных же CAR-T становится единственной надеждой.

30 ноября ученые подвели итоги первого года применения генной терапии на практике — этого потребовало от них FDA, когда давало свое разрешение на применение CAR-T. Полные результаты опубликованы в журнале New England Journal of Medicine. Всего за этот год терапию прошли 93 пациента.

Из них 37 удалось вылечить полностью, а еще 11 «частично» (это означает, что на момент подведения итогов им стало лучше, но полная победа над раком еще не была одержана). Таким образом, учитывая эти 11 «частичных» излечений, технология cработала более чем в 50% случаев. [ ... ]

Читать полностью

Младенцы пинаются в материнской утробе, чтобы научиться чувствовать свое тело

А подобные непроизвольные движения рук и ног помогают их мозгу правильно развиваться

Ученые из Университетского колледжа Лондона выяснили, что пинки и тычки руками в утробе матери позволяют еще не родившемуся ребенку составлять «карту» собственного тела и, таким образом, определять его положение в пространстве.
Добавить в закладки
Комментарии

В исследовании участвовали 19 новорожденных младенцев с гестационным возрастом (то есть временем, проведенным в материнской утробе) 31—42 недели. Это значит, что среди них были и младенцы, родившиеся в срок, и недоношенные, так как недоношенным в США считается ребенок, родившийся до 39-й недели (в России этот критерий чуть ниже — 37 недель).

С помощью электроэнцефалограммы исследователи измерили то, как меняется синхронная активность альфа- и бета-ритмов в мозге новорожденных, когда те двигают руками и ногами во время фазы быстрого сна.

Выяснилось, что движения конечностей вызывают электрическое возбуждение в нейронах соответствующего полушария. Конечно, сами движения не возникают из ниоткуда — их, по-видимому, провоцирует мозговой ствол — образование, находящееся у самого основания черепа и представляющее собой часть спинного мозга. Именно этот отдел провоцирует необходимые для формирования головного мозга микросудороги у новорожденных крыс. Возникает замкнутая цепочка: спинной мозг — конечности — головной мозг.

Во время наблюдения движение правой руки ребенка немедленно повышало интенсивность синхронных колебаний альфа- и бета-ритмов в области левого полушария, которое отвечает за движения правой рукой. Интенсивность этих колебаний наибольшая у недоношенных детей, которые обычно в этом возрасте еще находятся в утробе матери, а когда младенцы достигают возраста в несколько недель, подобные синхронизированные колебания полностью исчезают. [ ... ]

Читать полностью

Коллаборация LIGO сообщила о еще четырех случаях регистрации гравитационных волн

Среди них есть событие, вызванное самым массивным слиянием черных дыр за всю историю наблюдений

Коллаборация LIGO опубликовала каталог всех событий, которые ученым удалось зарегистрировать за две серии наблюдений, проводившихся с 2015 по 2017 год. В каталоге оказались четыре случая регистрации гравитационных волн, о которых не было известно ранее. Среди них — самое массивное слияние черных дыр на самом большом удалении от Земли.
Добавить в закладки
Комментарии

Наблюдения велись в две очереди: первая — с сентября 2015 года по январь 2016-го, вторая — с ноября 2016 по август 2017 года. Во второй очереди принимала участие и европейская гравитационная обсерватория Virgo, что позволило повысить точность наблюдений. Как сказано в статье, сопровождающей публикацию каталога, всего за это время ученые обнаружили 11 случаев излучения гравитационных волн. Почти все из них связаны со слиянием черных дыр, и только одно событие произошло из-за столкновения двух нейтронных звезд — первый случай, когда событие наблюдали и в гравитационном, и в оптическом диапазоне.

«Обычно, когда сливаются черные дыры, астрономия других видов практически ничего не обнаруживает, потому что черные дыры не заряжены и при их слиянии не происходит электромагнитного излучения. В этом смысле гравитационные антенны уникальны — они как раз регистрируют слияние черных дыр. Поэтому при излучении нейтронных звезд “все поженились”, все наблюдали», — рассказал «Чердаку» заведующий кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ Сергей Вятчанин.

Все четыре события, про которые стало известно только сейчас, наблюдали в 2017 году. Среди них особенно выделяется GW170729 — слияние черных дыр, которое произошло дальше, чем все остальные, — на расстоянии около 5 миллиардов световых лет от нас. Это же событие было и самым массивным — около 80 солнечных масс. [ ... ]

Читать полностью