Project

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Electron transfer processes in potassium atom - molecule experiments with emphasis on biomolecules

Applicant Regeta Khrystyna
Number 168474
Funding scheme Early Postdoc.Mobility
Research institution Department of Physics Universidade Nova de Lisboa
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Physical Chemistry
Start/End 01.11.2016 - 31.08.2018
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All Disciplines (2)

Discipline
Physical Chemistry
Other disciplines of Physics

Keywords (7)

biomolecules; electron transfer processes; fragmentation mechanism; low-energy electrons; electron-induced chemistry; potassium atom - molecule collisions; electron attachment

Lay Summary (German)

Lead
Niederenergetische Elektronen können Biomoleküle effektiv beschädigen. Beispiele von kürzlich untersuchten Biomolekülen sind DNA/RNA-Nukleobasen und einige kleine Aminosäuren, sehr wenig ist aber über größere Aminosäuren und Peptiden bekannt. Viele elementare Kollisionprozesse sind nicht frei Elektronenstoss sondern Elektronentransferprozesse. Deswegen bieten Kaliumatom - Zielmolekül Experimente realistischere Studien zu DNA-Schäden. Ein Vergleich der Fragmentierungsmuster durch Elektronentransfer in Kaliumatom - Molekül Experimenten und freies Elektron - Molekül Interaktionen ermöglicht ein detaillierteres Modell der elektroneninduzierten Schäden in der DNA zu entwickeln.Der zweite Teil des Projekts befasst sich mit dem Fortschritt der Elektronenstrahl-induzierten Abscheidung. Die Ergebnissen von Elektronentransfer Experimenten werden Licht auf die Fragmentierungswege einiger Komplexe werfen und eine Abschätzung ihrer Eignung für die Ablagerung zulassen.
Lay summary

Titel des Forschungsprojekts

Elektronentransferprozesse in Kaliumatom Molekül Experimente

mit Schwerpunkt auf Biomoleküle

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Das Forschungsprojekt befasst sich mit Themen der chemischen Physik und physikalischen Chemie, mit relevanten Anwendungen in vielen natürlichen und industriellen Prozessen. Es wird ein breites wissenschaftliches Interesse erwartet, dass zu einem besseren Verständnis der intermolekularen Prozesse von Elektroneneinfang Reaktionen ermöglicht. Das Ziel der vorgeschlagenen Experimente ist die Fragmentierungsmuster von Anionen von komplexen Molekülen zu untersuchen, die bei Kollisionen mit neutralen hyperthermalen Kaliumatomen produziert werden. Negative Ionenbildung in einem solchen Atom – Molekülexperiment, ermöglicht Untersuchungen der Stoßanregung und Dissoziationsprozesse, orts- und Bindungsselektivitäten eines bestimmten Fragmentes zu erforschen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Niederenergetische Elektronen können mit anderen biologischen Materialen und/oder Zellbestandteilen in der physiologischen Umgebung interagieren, so dass eine umfassende Kenntnis solcher niederenergetischen Elektronenwechselwirkungen mit diesen molekularen Systemen und deren einzelne Einheiten, z.B. Aminosäuren, für ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Schädigungsmechanismen auf molekularer Ebene nötig ist. Wir schlagen daher vor, die Fragmentierungsmechanismen einiger Aminosäuren sowie Peptide zu erkunden. Jede Anstrengung wird gemacht um wissenschaftlichen Leistungen zu veröffentlichen.

Keywords

Electron transfer processes; potassium atom – molecule collisions; low-energy electrons; biomolecules; mass spectrometry; mass resolution; collision energy; fragmentation; negatively charged fragments. 

 

Direct link to Lay Summary Last update: 21.02.2017

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Shape and Core-Excited Resonances in Thiophene
Loupas Alexandra, Regeta Khrystyna, Allan Michael, Gorfinkiel Jimena D. (2018), Shape and Core-Excited Resonances in Thiophene, in The Journal of Physical Chemistry A, 122(4), 1146-1155.
Cis- and trans-9,10-di(1H-imidazole-1-yl)-anthracene based coordination polymers of Zn(II) and Cd(II): synthesis, crystal structures and luminescent properties
Vasylevskyi Serhii, RegetaKhrystyna, RuggiAlbert, PetoudStephane, PiguetClaude, FrommKatharina M (2018), Cis- and trans-9,10-di(1H-imidazole-1-yl)-anthracene based coordination polymers of Zn(II) and Cd(II): synthesis, crystal structures and luminescent properties, in DaltonTrans., 47, 596.
Comprehensive investigation of W(CO)6 electronic excitation by photoabsorption and theoretical analysis in the energy region from 3.9 to 10.8 eV
Mendes Monica, RegetaKhrystyna, Ferreira da SilvaFilipe, JonesNykola J, HoffmannSoren Vronning, GarciaGustavo, DanielChantal, Limao-VieiraPaulo (2017), Comprehensive investigation of W(CO)6 electronic excitation by photoabsorption and theoretical analysis in the energy region from 3.9 to 10.8 eV, in Beilstein J. Nanotechnol., 8, 2208.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Chantal Daniel, Laboratoire de chimie quantique, Université de Strasbourg France (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Soren Vronning Hoffmann, University of Aarhus Denmark (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Jimena Gorfinkiel, the Open University Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Abstract

Low-energy (below 30 eV) secondary electrons are the most abundant species produced along radiation tracks in biological material. Biomoleclules can dissociate resonantly after low energy electron attachment with the formation of radicals and fragment anions. Alkali metal - molecule collisions represent a model process to study the mechanisms of radiation-caused damage to living tissue in cancer radiotherapy.This project is concerned with studying fragmentation pathways of anions of biomolecules, produced in collisions with accelerated neutral potassium atoms. Electron transfer-induced processes in neutral atom - molecule collisions are presently a relatively unexplored field, particularly for molecules of biological relevance. Since many electron-induced processes are not direct electron impact but electron transfer processes, potassium atom - target molecule experiments are more appropriate for assessing DNA damage under physiological conditions than free electron attachment studies. The targets are biomolecules, i.e., some amino acids and peptides with the aim to explore the fragmentation mechanisms in the target molecule - neutral potassium beam collisions where the electron is being transferred from potassium atom to a molecule under study. The machine currently used at the host institute to study these processes imposes instrumental limitations in the mass resolution, i.e., it was unable to fully resolve and in some cases assign and explore particular dissociation channels. One of the practical goals thus is to increase mass resolution which will open up the possibility to further investigate molecular anions within 1 amu difference and increase the total mass range detection. Useful would be to make comparisons with previous free electron attachment results (where such data is available) because presence of potassium may play an important role in the type and number of fragment anions formed. From the biological point of view this may have interesting relevance, i.e., decomposition of the targets in potassium collisions may lead to the ring breaking with appreciable intensities of the formed fragment anions. I also expect to contribute to the advancement of focused electron beam induced deposition by studying the fragmentation mechanisms of some ruthenium complexes and making a subsequent assessment of the suitability of different types of precursors to serve as sources for forming metal deposits.
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