Meting van de ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties met sterke-veld adiabatische ionisatie
6 augustus 2018
Presenteren we een protocol voor indringende ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties die in moleculaire dissociatie resulteren.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over de ultrasnelle dynamica van polyatomische radicaal kationen, zoals of coherente vibratiebewegingen worden opgewekt en hoe coherente excitatie bindingsassociatie aandrijft. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat polyatomische radicaal kationen kunnen worden bereid in de grondelektronische toestand, wat de mogelijkheid om coherente vibratiebewegingen op te lossen aanzienlijk verbetert. Over het algemeen zouden personen die nieuw zijn met deze methode problemen ondervinden bij het instellen van twee onafhankelijke straalpaden met een identieke padnaam om ervoor te zorgen dat de twee stralen exact parallel of collijnair propageren wanneer dat nodig is.
Zet eerst de femtosecondelaser aan en wacht ongeveer 30 minuten tot deze is gestabiliseerd. Plaats een 90/10 straalparator na de laseruitgang om twee replica's te genereren, die zullen worden gebruikt om de pomp- en sondestraallijnen te construeren. Controleer het laservermogen vóór de straalparator en het vermogen van de doorgelaten straal om ervoor te zorgen dat ongeveer 10% van het vermogen wordt doorgelaten.
Leidt de gereflecteerde straal in de optische parametrische versterker. Optimaliseer vervolgens het uitgangsvermogen met behulp van de procedures in de handleiding. Stel vervolgens de software van de optische parametrische versterker in om de gewenste golflengte te selecteren.
Leidt de uitgangsstraal van de optische parametrische versterker door de halvegolfplaat en polarisator. Blokkeer de P-gepolariseerde straal en leidt de S-gepolariseerde straal naar de concave en convexe spiegels om de diameter met een factor vijf uit te breiden. Leid vervolgens de uitgebreide straal naar de dichroïsche spiegel.
Om de sonde-optische baan voor te bereiden, leidt de straal die door de 90/10 straalparator passeert naar de convexe en concave spiegels om de diameter met een factor twee te verkleinen. Leidt de naar beneden gecollimeerde straal naar een holle retroreflector die op een gemotoriseerde lineaire vertragingstrap is gemonteerd. Pas de montageknoppen van de twee vlakke spiegels aan vóór de retroreflector aan om ervoor te zorgen dat de straalpositie na de retroreflector niet verandert wanneer de trap over zijn volledige reisbereik wordt verplaatst.
Plaats vervolgens een instelbare neutrale dichtheidsfilter na de vertragingstrap om het vermogen van de sondepuls af te zwak, plaats een iris na de neutrale dichtheidsfilter om de straaldiameter aan te passen en leidt de straal naar de dichroïsche spiegel. Plaatst nu een Beta-Barium Borate kristal met een diameter van 15 millimeter na de dichroïsche spiegel om de golflengten van beide stralen te verdubbelen, waardoor ze zichtbaar worden. Pas de uitlijning van de pompeindsondestralen aan met behulp van de spiegelmontages vóór de dichroïsche spiegel, zodat de stralen collijnair door de TOFMS-kamer en uit de andere kant propageren.
Plaats vervolgens een snelle fotodiodedetector een paar centimeter voor de ingangsvenster van de TOFMS-kamer in de baan van de pompeindsondestralen. Bevestigt de detectorkabel aan een digitaal oscilloscoop en lokaliseert onafhankelijk de signalen van de pompeindsondepulsen. Pas de positie van de gemotoriseerde vertragingstrap op de sondelijn aan zodat de pompeindsondesignalen in de oscilloscoop temporeel overlappen.
Als één signaal consequent voor het andere in de oscilloscoop staat, beweegt u de houders die de gemotoriseerde vertragingstrap vasthouden om de padlengte te verkorten of te verlengen, indien nodig. Verwijdert vervolgens de fotodiodedetector. Sluit het gewenste monster aan op de TOFMS-kamer en pas de druk aan.
Zet de TOFMS-voeding aan en controleert de spanningen. Controleert de werkbaarheid van de data-acquisitiesoftware met betrekking tot de communicatie met zowel de gemotoriseerde vertragingstrap als de oscilloscoop. Ontblokkeert de pompeindsondestralen en zorgt ervoor dat ze in de TOFMS-kamer zijn uitgelijnd.
Maximaliseert het sonde-uitgangsvermogen door de neutrale dichtheidsfilter aan te passen. Stel het pompvermogen in met de golfplaat tot een voldoende hoog niveau om een bevredigend ionensignaal te verkrijgen. Pas vervolgens de ruimtelijke positie van de sondestraal aan met de knoppen op de dichroïsche spiegelmontage tot er een piek in intensiteit van alle ionen wordt waargenomen, of een significante vermindering van het oudermolecuulion en/of een toename van fragmentionienauwringen wordt waargenomen.
Pas de positie van de gemotoriseerde vertragingstrap aan om een piek in het totale ionensignaal te produceren, wat overeenkomt met nul tijdsvertraging. Pas de pompeindsondepulsenergieën aan om de gewenste ionissignalen te verkrijgen. Geeft in de data-acquisitiesoftware de scanlengte en stappengrootte op.
Voert eindelijk de data-acquisitiesoftware uit om het massaspectrum bij elke pomp-sonde vertraging te verwerven. DMMP-massaspectra genomen bij nul tijdsvertraging en met alleen de pomppuls worden hier getoond. Er is weinig waarneembaar verschil tussen de slecht overlappende en enkele pompspectra, wat illustreert hoe u de optimale ruimtelijke overlapping van de pompeindsondestralen kunt bepalen met behulp van de ionissignalen direct.
Massaspectrale gegevens verkregen uit één pomp-sondescan met de vliegtijd op de abscissa en pomp-sonde vertraging op de ordinaat worden hier weergegeven. De ruwe gegevens illustreren hoe veranderingen in ionissignalen met de pomp-sonde vertraging in deze experimenten kunnen worden gevisualiseerd zonder aanvullende gegevensverwerking. Tijdsafhankelijke DMMP-ionissignalen van één pomp-sondescan met geoptimaliseerde en slechte ruimtelijke overlapping van pompeindsondestralen worden hier getoond.
Deze resultaten illustreren het belang van het optimaliseren van de ruimtelijke overlap van pomp-sonde om hoogwaardige tijdelijke ionissignalen in de verwerkte gegevens te verkrijgen. DMMP-ionen en fragment PO2C2H4-ionen tijdelijke ionissignalen genomen met 800 nanometer en 1500 nanometer pompgolflengtes worden hier getoond. De snelle invaltransformatie van de DMMP-ionissignalen genomen met 800 nanometer en 1500 nanometer pompen wordt hier getoond.
De piek bij 750 golfgetallen zicht
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het onderzoeken van ultrafast vibrationele coherenties in polyatomaire radicaalkationen, wat kan leiden tot moleculaire dissociatie. De methode is erop gericht het begrip van de ultrafast dynamica die betrokken zijn bij deze radicaalkationen te vergroten.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschap
- Fysische Chemie
- Moleculaire Dynamica
Achtergrond
- Polyatomaire radicaalkationen zijn belangrijk in diverse chemische processen.
- Inzicht in hun dynamica kan leiden tot een beter begrip van moleculaire dissociatiemechanismen.
- Coherente vibrationele bewegingen spelen een cruciale rol in deze processen.
- Eerdere methoden waren mogelijk niet in staat om deze bewegingen effectief te onderscheiden.
Doel van de studie
- Om te onderzoeken of coherente vibrationele bewegingen worden opgewekt in polyatomaire radicaalkationen.
- Om te begrijpen hoe coherente excitatie de bindingsassociatie beïnvloedt.
- Om de resolutie van coherente vibrationele bewegingen te verbeteren door kationen in de elektronische grondtoestand voor te bereiden.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een femtosecondlaser om ultrafaste dynamica te onderzoeken.
- Opstelling van twee onafhankelijke straalpaden met identieke padnamen.
- Positionering van een 90/10 bundelsplitser om pomp- en probebundels te genereren.
- Monitoring van het laservermogen om optimale transmissie voor experimenten te waarborgen.
Belangrijkste resultaten
- De methode maakt het mogelijk om coherente vibrationele bewegingen op te lossen.
- Het biedt inzicht in de dynamica van polyatomaire radicaalkationen.
- Het demonstreert de haalbaarheid van het prepareren van kationen in de grondtoestand voor uitgebreidere studies.
- Het belicht de uitdagingen waar nieuwkomers voor staan bij het opzetten van de experimentele opstelling.
Conclusies
- Dit protocol biedt een waardevolle aanpak voor het bestuderen van ultrafast-dynamica in radicaalkationen.
- Het vergroot het begrip van moleculaire dissociatieprocessen.
- Toekomstige studies kunnen voortbouwen op deze methode om andere moleculaire systemen te onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor leidinggevenden
Ultrafast metingen van vibrationele coherentie in polyatomische radicaalkationen bieden cruciaal inzicht in moleculaire dynamica die relevant zijn voor vroege stadia van geneesmiddelenontwikkeling en chemische biologie. Dit protocol maakt nauwkeurige bevraging van vibrationele toestanden en bindingsdissociatiepaden mogelijk, wat bijdraagt aan mechanische risicoreductie en voorspellend vertrouwen bij het moleculair ontwerp. Verbeterde resolutie van coherente vibrationele bewegingen informeert de doelwitvalidatie en portfoliotriage in discovery-pipelines.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt directe observatie van coherente vibrationele bewegingen in radicaalkationen mogelijk, wat mechanistische routes verduidelijkt.
- Ondersteunt functionele target-validatie door grondtoestand vibrationele dynamiek na ionisatie op te lossen.
- Verhoogt de voorspellende betrouwbaarheid van moleculaire reactiviteit en stabiliteit voor lead-identificatie.
Screening & Assayontwikkeling
- Faciliteert de preparatie van goed gedefinieerde geïoniseerde moleculaire toestanden voor downstream analytische workflows.
- Levert kwantitatieve, tijdopgeloste metingen van de ionopbrengst voor standaardisatie van assays.
- Verbetert de reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van screeningsgegevens door gecontroleerde excitatieprotocollen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Levert mechanistische gegevens over binding-dissociatie die relevant zijn voor studies naar chemische veiligheid en metabolisme.
- Maakt continuïteit mogelijk van moleculaire ontdekking tot preklinische risicobeoordeling door vibrationele dynamiek te koppelen aan functionele resultaten.
- Ondersteunt voorspellende risicoreductie van kandidaatmoleculen door gedetailleerde dynamische profilering.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode integreert in het ontdekkingscontinuüm, van vroege mechanistische studies tot preklinische evaluatie, en slaat een brug tussen hypothesetoetsing en translationeel onderzoek.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothese-gestuurd onderzoek naar de dynamiek van vibrationele en elektronische toestanden in kandidaatmoleculen.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve resultaten voor het vergelijken van moleculaire responsen onder variërende excitatiecondities.
- Analytica: Maakt tijdopgeloste massaspectrometrische uitlezingen en frequentiedomeinanalyse mogelijk voor een robuuste data-interpretatie.
- Translationeel onderzoek: Verbindt het vibrationele gedrag van moleculen met downstream functionele en veiligheidsbeoordelingen.
- Bedrijfsmatige hergebruikbaarheid: Aanpasbaar aan diverse moleculaire systemen met behulp van standaard pump-probe opstellingen met golflengteconversie.
Operationele impact & impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij moleculaire karakterisering.
- Operationele waarde: Standardiseert ultrafaste meetprotocollen voor reproduceerbaarheid en schaalbaarheid over projecten heen.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen door moleculaire stabiliteits- en reactiviteitsprofielen te verduidelijken.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van kandidaten mogelijk op basis van dynamische moleculaire eigenschappen.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in ultrasnelle laseroptica en tijdopgeloste massaspectrometrie.
- Vereist nauwkeurige uitlijning en kalibratie van de pump-probe straalpaden voor een optimale datakwaliteit.
- Vereist een robuuste analytische infrastructuur voor data-acquisitie en analyse in het frequentiedomein.
- Aanpasbaar aan verschillende moleculaire systemen door middel van passende golflengte-instelling en monstervoorbereiding.
- Veiligheidsprotocollen voor het gebruik van krachtige lasers zijn essentieel.
