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分子間非共價(jià)鍵的弱相互作用，比如氫鍵、p-堆積相互作用等，是構(gòu)造分子團(tuán)簇的重要驅(qū)動(dòng)力，對(duì)生物大分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和功能特性起著關(guān)鍵性作用。由p-堆積相互作用組成的芳香環(huán)分子三聚體是構(gòu)建蛋白質(zhì)、DNA等生物大分子體系的基本單元。芳香環(huán)分子團(tuán)簇具有復(fù)雜的構(gòu)象特征，其結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究仍是生物分子團(tuán)簇領(lǐng)域的一個(gè)科學(xué)難題。

西安交通大學(xué)物理學(xué)院任雪光教授團(tuán)隊(duì)與合作者建立了電子碰撞和強(qiáng)場飛秒激光電離相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方案，發(fā)展生物分子團(tuán)簇束源技術(shù)、多粒子符合動(dòng)量成像方法，以苯三聚體為模型體系，開展了團(tuán)簇庫侖爆炸實(shí)驗(yàn)研究及分子動(dòng)力學(xué)模擬。研究發(fā)現(xiàn)生物分子團(tuán)簇中次序電離誘導(dǎo)分子間庫侖衰變（dSI+ICD，圖a）及分子間雙重庫侖衰變(dICD，圖b)等超快電離反應(yīng)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)證明了分子的內(nèi)價(jià)層電離能夠在飛秒時(shí)間尺度內(nèi)誘發(fā)團(tuán)簇多電離及庫侖爆炸反應(yīng)，揭示了團(tuán)簇體系中次序電離誘導(dǎo)分子間庫侖衰變機(jī)制的重要性。通過多粒子符合動(dòng)量成像方法及第一性原理計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了原子水平和飛秒時(shí)間尺度上的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)及構(gòu)象表征，為超高時(shí)空分辨分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)研究提供了重要基礎(chǔ)。該研究工作證實(shí)了dSI+ICD和dICD等超快電離解離過程研究是團(tuán)簇結(jié)構(gòu)表征的有力工具，在蛋白質(zhì)成像方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也為深入理解生物大分子電離輻射損傷機(jī)制提供了關(guān)鍵證據(jù)。

（a）電子束誘導(dǎo)苯三聚體次序電離誘導(dǎo)分子間庫侖衰變（dSI+ICD）過程

（b）苯三聚體分子間雙重庫侖衰變（dICD）過程

9月10日，上述研究成果以“超快分子間庫侖衰變誘導(dǎo)的苯三聚體三重電離解離過程研究”（Triple ionization and fragmentation of benzene trimers following ultrafast intermolecular Coulombic decay）為題發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。西安交通大學(xué)物理學(xué)院任雪光教授為文章通訊作者，物理學(xué)院博士生周家琪為第一作者，西安交通大學(xué)物理學(xué)院及教育部物質(zhì)非平衡合成與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是該論文第一作者單位，物理學(xué)院趙永濤教授、吉林大學(xué)丁大軍教授科研團(tuán)隊(duì)等參與了該項(xiàng)工作。

任雪光教授團(tuán)隊(duì)長期致力于原子分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)及碰撞動(dòng)力學(xué)研究工作，所在激光與粒子束科研團(tuán)隊(duì)已建設(shè)400 KV強(qiáng)流離子束、反應(yīng)譜儀、高性能計(jì)算模擬等多個(gè)科研平臺(tái)，近年來圍繞分子間超快能量轉(zhuǎn)移機(jī)制、生物輻射損傷機(jī)理等問題，在《自然物理》（Nature Physics）、《自然化學(xué)》（Nature Chemistry）、《自然通訊》（Nature Communications）、《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多項(xiàng)重要科研成果。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33032-2