MOLECULAR IMAGE WITH ATTOSECOND RESOLUTION GENERATED BY SELF-DIFRACTION OF ELECTRONIC WAVE PACETES (Q3207355)
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Project Q3207355 in Spain
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | MOLECULAR IMAGE WITH ATTOSECOND RESOLUTION GENERATED BY SELF-DIFRACTION OF ELECTRONIC WAVE PACETES |
Project Q3207355 in Spain |
Statements
114,950.0 Euro
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229,900.0 Euro
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50.0 percent
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1 January 2018
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31 December 2020
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INSTITUTO DE CIENCIAS FOTONICAS
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41°17'9.96"N, 1°58'56.71"E
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08056
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¿COMO LOS ENLACES QUIMICOS SE ROMPEN O SE FORMAN? ¿COMO LOS ATOMOS SE REORGANIZAN EN UNA MOLECULA PARA ALCANZAR SU FORMA ISOMERICA? EL TENER ACCESO AL CAMBIO DE LAS ESTRUCTURAS DE LA MATERIA EN TIEMPO REAL DURANTE UNA REACCION QUIMICA O UN PROCESO BIOLOGICO ES ESENCIAL PARA RESPONDER ESTAS PREGUNTAS Y ENTENDER SU FUNCION. AUNQUE MUCHAS TRANSFORMACIONES ESTRUCTURALES, COMO POR EJEMPLO EL PLEGAMIENTO DE PROTEINAS, SE DESARROLLAN EN TIEMPOS RELATIVAMENTE LARGOS, ESTAS SON ORIGINADAS POR EXCITACIONES ELECTRONICAS QUE OCURREN EN LA ESCALA DEL ATTOSEGUNDO, E INCLUSO A ESCALAS ¿MAS LENTAS¿ DE POCOS FEMTOSEGUNDOS CUANDO UNO TIENE EN CUENTA CAMBIOS ATOMICOS EN DISTANCIAS PICOMETRICAS. ES REALMENTE DIFICIL CAPTURAR TAL RAPIDA DINAMICA, PERO HOY EN DIA ESTA CONSENSUADO QUE SE REQUIERE DICHA CAPACIDAD PARA ENTENDER EVENTUALMENTE LAS FUNCIONES RELACIONADAS CON LOS CAMBIOS ESTRUCTURALES. EN 2016, EN NUESTRO GRUPO CONSEGUIMOS ALCANZAR UN VERDADERO HITO EN ESTA LINEA, CONSEGUIMOS CAPTURAR IMAGENES EN TIEMPO REAL DE COMO UN ENLACE MOLECULAR SE ROMPIA Y UN PROTON SE ALEJABA DE LA MOLECULA ORIGINAL. EL METODO QUE UTILIZAMOS SE CONOCE COMO ¿LASER-INDUCED ELECTRON SELF-DIFFRACTION (LIED)¿, Y MOSTRAMOS QUE ESTE METODO CUMPLE TANTO CON LA NECESARIA RESOLUCION ESPACIAL (PICOMETRO) COMO CON LA RESOLUCION TEMPORAL (ATTOSEGUNDO). SIN EMBARGO, SE REQUIERE MAS ESFUERZO DE INVESTIGACION Y DESARROLLO PARA TENER UN METODO QUE PROPORCIONE PELICULAS COMPLETAS DE LA REORGANIZACION DE LOS ATOMOS EN MOLECULAS DURANTE UNA REACCION QUIMICA. MOTIVADO POR NUESTROS RESULTADOS, PROPONGO DESARROLLAR UNA NUEVA Y EXCITANTE AREA DE INVESTIGACION CIENTIFICA DANDO UN PASO ADELANTE Y ESTUDIAR TANTO CONFORMACIONES EN MOLECULAS PEQUEÑAS COMO DE COMPLEJOS AMINOACIDOS DE RELEVANCIA BIOLOGICA PARA EL PLEGAMIENTO DE PROTEINAS QUE CONLLEVAN MUTAGENESIS. MI PLAN DE INVESTIGACION ESTABLECERA UN METODO DE PARA HACER IMAGENES A TIEMPO REAL, QUE TIENE UN GRAN POTENCIAL PARA CRECER Y DESARROLLARSE EN UN CAMPO NUEVO DE INVESTIGACION CON IMPACTO EN FISICA, QUIMICA, Y BIOLOGIA. (Spanish)
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HOW DOES A CHEMICAL BOND BREAK OR FORM? HOW DO ATOMS MOVE TO CHANGE A MOLECULE¿S ISOMERIC FORM? THE ABILITY FOR TIME-RESOLVING STRUCTURAL CHANGES OF MATTER DURING A CHEMICAL REACTION, OR A BIOLOGICAL PROCESS, IS THE BASIC REQUIREMENT FOR ANSWERING SUCH QUESTIONS AND TO REVEAL THEIR FUNCTION. EVEN THOUGH MANY STRUCTURAL TRANSFORMATIONS, E.G. PROTEIN FOLDING, DEVELOP ON A LONG TIMESCALE, THEY ARE TRIGGERED BY ATTOSECOND SCALE ELECTRONIC EXCITATIONS AND SLIGHTLY SLOWER (FEW-FEMTOSECOND) NUCLEAR REARRANGEMENTS AT PICOMETER DISTANCES. IT IS A SUPERB CHALLENGE TO CAPTURE SUCH DYNAMICS, BUT IT IS NOWADAYS ACCEPTED THAT SUCH CAPABILITY IS REQUIRED TO EVENTUALLY UNDERSTAND THE FUNCTION RELATED WITH THESE STRUCTURAL TRANSFORMATIONS. IN 2016, WE HAVE ACHIEVED A BREAKTHORUGH IN THIS QUEST SINCE WE COULD CAPTURE THE FIRST TIME-SPACE SNAPSHOTS OF HOW A MOLECULAR BOND BREAKS AND A PROTON DEPARTS. THE METHOD WE HAD EMPLOYED IS LASER-INDUCED ELECTRON SELF-DIFFRACTION (LIED) WE HAD SOWN TO PROVIDE THE REQUIRED COMBINED PICOMETER SPATIAL AND ATTOSECOND TEMPORAL RESOLUTION. NEVERTHELESS, FURTHER DEVELOPMENTS ARE REQUIRED BEFORE WE CAN HAVE FULL MOVIES OF THE CONCERTED REARRANGEMENT OF THE ATOMS OF MOLECULES DURING A CHEMICAL REACTION. EBCOURAGED BY OUR ACHIEVEMENTS, I PROPOSE TO DEVELOP THIS EXCITING NEW AREA OF SCIENCE FURTHER TO A LEVEL WHERE WE CAN INVESTIGATE CONFORMAL CHANGES OF SMALL MOLECULES AND MORE COMPLEX BIO-RELEVANT AMINO ACIDS RESPONSIBLE FOR PROTEIN FOLDING LEADING TO MUTAGENESIS. MY RESEARCH PROGRAM WILL ESTABLISH TIME-RESOLVED ATOMIC IMAGING, WHICH HAS TREMENDOUS POTENTIAL TO GROW INTO ITS OWN NEW FIELD OF RESEARCH WITH IMPACT ACROSS PHYSICS, CHEMISTRY AND BIOLOGY. (English)
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COMMENT LES LIAISONS CHIMIQUES SE BRISENT-ELLES OU SE FORMENT-ELLES? COMMENT LES ATOMES SE RÉORGANISENT-ILS EN MOLECULA POUR ATTEINDRE SA FORME ISOMÉRIQUE? IL EST ESSENTIEL D’AVOIR ACCÈS AU CHANGEMENT DES STRUCTURES DE LA MATIÈRE EN TEMPS RÉEL AU COURS D’UNE RÉACTION CHIMIQUE OU D’UN PROCESSUS BIOLOGIQUE POUR RÉPONDRE À CES QUESTIONS ET COMPRENDRE LEUR FONCTION. BIEN QUE DE NOMBREUSES TRANSFORMATIONS STRUCTURELLES, COMME LE PLIAGE DES PROTÉINES, SE DÉVELOPPENT DANS DES PÉRIODES RELATIVEMENT LONGUES, ELLES SONT ISSUES D’EXCITATIONS ÉLECTRONIQUES QUI SE PRODUISENT À L’ÉCHELLE DE L’ATTOSECONDE, ET MÊME À DES ÉCHELLES PLUS LENTES DE QUELQUES FEMTOSECONDES LORSQUE L’ON TIENT COMPTE DES CHANGEMENTS ATOMIQUES DES DISTANCES PYCOMETRIC. IL EST VRAIMENT DIFFICILE DE CAPTURER CETTE DYNAMIQUE RAPIDE, MAIS AUJOURD’HUI, IL EST CONSENSUEL QU’UNE TELLE CAPACITÉ SOIT NÉCESSAIRE POUR FINALEMENT COMPRENDRE LES FONCTIONS LIÉES AUX CHANGEMENTS STRUCTURELS. EN 2016, DANS NOTRE GROUPE, NOUS SOMMES PARVENUS À ATTEINDRE UN VÉRITABLE JALON DANS CETTE LIGNE, NOUS AVONS RÉUSSI À CAPTURER DES IMAGES EN TEMPS RÉEL DE LA RUPTURE D’UNE LIAISON MOLÉCULAIRE ET DU RETRAIT D’UN PROTON DE LA MOLECULA ORIGINALE. LA MÉTHODE QUE NOUS UTILISONS EST CONNUE SOUS LE NOM D’AUTODIFFRACTION D’ÉLECTRONS INDUITES PAR LE LASER (LIED), ET NOUS MONTRONS QUE CETTE MÉTHODE RÉPOND À LA FOIS À LA RÉSOLUTION SPATIALE NÉCESSAIRE (PICOMÈTRE) ET À LA RÉSOLUTION TEMPORELLE (ATTOSECONDE). CEPENDANT, PLUS D’EFFORTS DE RECHERCHE ET DE DÉVELOPPEMENT SONT NÉCESSAIRES POUR DISPOSER D’UNE MÉTHODE QUI ASSURE UNE RÉORGANISATION COMPLÈTE DES ATOMES DANS LES MOLÉCULES LORS D’UNE RÉACTION CHIMIQUE. MOTIVÉE PAR NOS RÉSULTATS, JE PROPOSE DE DÉVELOPPER UN NOUVEAU DOMAINE PASSIONNANT DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE EN FAISANT UN PAS EN AVANT ET EN ÉTUDIANT À LA FOIS LES PETITES MOLÉCULES ET LES COMPLEXES D’ACIDES AMINÉS D’IMPORTANCE BIOLOGIQUE POUR LE PLIAGE DES PROTÉINES QUI IMPLIQUENT LA MUTAGÉNÈSE. MON PLAN DE RECHERCHE ÉTABLIRA UNE MÉTHODE DE RÉALISATION D’IMAGES EN TEMPS RÉEL, QUI A UN GRAND POTENTIEL DE CROISSANCE ET DE DÉVELOPPEMENT DANS UN NOUVEAU DOMAINE DE RECHERCHE AYANT UN IMPACT SUR LA PHYSIQUE, LA CHIMIE ET LA BIOLOGIE. (French)
5 December 2021
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WIE BRICHT ODER FORMEN SICH CHEMISCHE BINDUNGEN? WIE ORDNEN SICH ATOME IN EINE MOLECULA UM, UM IHRE ISOMERISCHE FORM ZU ERREICHEN? DER ZUGANG ZU DEN VERÄNDERUNGEN DER MATERIESTRUKTUREN IN ECHTZEIT WÄHREND EINER CHEMISCHEN REAKTION ODER EINES BIOLOGISCHEN PROZESSES IST UNERLÄSSLICH, UM DIESE FRAGEN ZU BEANTWORTEN UND IHRE FUNKTION ZU VERSTEHEN. OBWOHL SICH VIELE STRUKTURELLE TRANSFORMATIONEN, WIE DIE PROTEINFALTUNG, IN RELATIV LANGEN ZEITEN ENTWICKELN, ENTSTEHEN DIESE DURCH ELEKTRONISCHE ANREGUNGEN, DIE AUF DER SKALA DER ATTOSEKUNDE AUFTRETEN, UND SOGAR IN LANGSAMEREN SKALEN VON WENIGEN FEMTOSEKUNDEN, WENN MAN ATOMVERÄNDERUNGEN IN PYCOMETRIC-ABSTÄNDEN BERÜCKSICHTIGT. ES IST WIRKLICH SCHWIERIG, EINE SOLCHE SCHNELLE DYNAMIK ZU ERFASSEN, ABER HEUTE IST ES EINVERNEHMLICH, DASS EINE SOLCHE FÄHIGKEIT ERFORDERLICH IST, UM SCHLIESSLICH DIE FUNKTIONEN IM ZUSAMMENHANG MIT STRUKTURELLEN VERÄNDERUNGEN ZU VERSTEHEN. IM JAHR 2016 GELANG ES UNS IN UNSERER GRUPPE, EINEN ECHTEN MEILENSTEIN IN DIESER LINIE ZU ERREICHEN, WIR HABEN ES GESCHAFFT, ECHTZEITBILDER ZU ERFASSEN, WIE EINE MOLEKULARE BINDUNG BRACH UND EIN PROTON AUS DER URSPRÜNGLICHEN MOLECULA ENTFERNT WURDE. DIE METHODE, DIE WIR VERWENDEN, IST ALS LASERINDUZIERTE ELEKTRONEN-SELBSTIFFRAKTION (LIED) BEKANNT, UND WIR ZEIGEN, DASS DIESE METHODE SOWOHL DIE NOTWENDIGE RÄUMLICHE AUFLÖSUNG (PICOMETER) ALS AUCH DIE ZEITLICHE AUFLÖSUNG (ATTOSECOND) ERFÜLLT. ALLERDINGS IST MEHR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG ERFORDERLICH, UM EINE METHODE ZU HABEN, DIE EINE VOLLSTÄNDIGE NEUORGANISATION DER ATOME IN MOLEKÜLEN WÄHREND EINER CHEMISCHEN REAKTION ERMÖGLICHT. MOTIVIERT DURCH UNSERE ERGEBNISSE, SCHLAGE ICH VOR, EINEN NEUEN UND SPANNENDEN BEREICH DER WISSENSCHAFTLICHEN FORSCHUNG ZU ENTWICKELN, DER EINEN SCHRITT NACH VORNE MACHT UND SOWOHL KLEINE MOLEKÜLE ALS AUCH AMINOSÄUREKOMPLEXE VON BIOLOGISCHER RELEVANZ FÜR DAS FALTEN VON PROTEINEN MIT MUTAGENESE UNTERSUCHT. MEIN FORSCHUNGSPLAN WIRD EINE METHODE ZUR HERSTELLUNG VON ECHTZEITBILDERN ETABLIEREN, DIE GROSSES POTENZIAL HAT, IN EINEM NEUEN FORSCHUNGSFELD MIT AUSWIRKUNGEN AUF PHYSIK, CHEMIE UND BIOLOGIE ZU WACHSEN UND ZU ENTWICKELN. (German)
9 December 2021
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HOE BREKEN CHEMISCHE OBLIGATIES OF VORMEN ZICH? HOE REORGANISEREN ATOMEN IN EEN MOLECULA OM ZIJN ISOMERE VORM TE BEREIKEN? TOEGANG HEBBEN TOT DE VERANDERING VAN MATERIESTRUCTUREN IN REAL TIME TIJDENS EEN CHEMISCHE REACTIE OF BIOLOGISCH PROCES IS ESSENTIEEL OM DEZE VRAGEN TE BEANTWOORDEN EN HUN FUNCTIE TE BEGRIJPEN. HOEWEL VEEL STRUCTURELE TRANSFORMATIES, ZOALS HET PROTEÏNE VOUWEN, ZICH IN RELATIEF LANGE TIJDEN ONTWIKKELEN, ZIJN DEZE ONTSTAAN DOOR ELEKTRONISCHE OPWINDINGEN DIE PLAATSVINDEN OP DE SCHAAL VAN DE ATTOSECONDE, EN ZELFS OP LANGZAMERE SCHALEN VAN WEINIG FEMTOSECONDEN WANNEER MEN REKENING HOUDT MET ATOOMVERANDERINGEN IN PYCOMETRIC AFSTANDEN. HET IS ECHT MOEILIJK OM EEN DERGELIJKE SNELLE DYNAMIEK VAST TE LEGGEN, MAAR VANDAAG IS HET CONSENSUEEL DAT EEN DERGELIJK VERMOGEN NODIG IS OM UITEINDELIJK DE FUNCTIES MET BETREKKING TOT STRUCTURELE VERANDERINGEN TE BEGRIJPEN. IN 2016 SLAAGDEN WE ERIN OM IN ONZE GROEP EEN ECHTE MIJLPAAL TE BEREIKEN IN DEZE LIJN, WE ERIN GESLAAGD OM REAL-TIME BEELDEN VAST TE LEGGEN VAN HOE EEN MOLECULAIRE BINDING BRAK EN EEN PROTON WERD VERWIJDERD UIT DE OORSPRONKELIJKE MOLECULA. DE METHODE DIE WE GEBRUIKEN STAAT BEKEND ALS LASER-GEÏNDUCEERDE ELEKTRONEN ZELF-DIFFRACTIE (GELIED), EN WE LATEN ZIEN DAT DEZE METHODE VOLDOET AAN ZOWEL DE NODIGE RUIMTELIJKE RESOLUTIE (PICOMETER) ALS DE TEMPORELE RESOLUTIE (ATTOSECONDE). ER IS ECHTER MEER ONDERZOEK EN ONTWIKKELING NODIG OM EEN METHODE TE HEBBEN DIE VOLLEDIGE REORGANISATIE VAN DE ATOMEN IN MOLECULEN TIJDENS EEN CHEMISCHE REACTIE BIEDT. GEMOTIVEERD DOOR ONZE RESULTATEN, STEL IK VOOR OM EEN NIEUW EN SPANNEND GEBIED VAN WETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK TE ONTWIKKELEN EN EEN STAP VOORUIT TE ZETTEN EN ZOWEL KLEINE MOLECULEN ALS AMINOZUURCOMPLEXEN VAN BIOLOGISCHE RELEVANTIE TE BESTUDEREN VOOR HET VOUWEN VAN EIWITTEN DIE MUTAGENESE IMPLICEREN. MIJN ONDERZOEKSPLAN ZAL EEN METHODE ONTWIKKELEN VOOR HET MAKEN VAN REAL-TIME BEELDEN, DIE EEN GROOT POTENTIEEL HEEFT OM TE GROEIEN EN TE ONTWIKKELEN IN EEN NIEUW ONDERZOEKSVELD MET IMPACT OP FYSICA, CHEMIE EN BIOLOGIE. (Dutch)
17 December 2021
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COME SI SPEZZANO O SI FORMANO I LEGAMI CHIMICI? COME FANNO GLI ATOMI A RIORGANIZZARSI IN UNA MOLECULA PER RAGGIUNGERE LA SUA FORMA ISOMERICA? AVERE ACCESSO AL CAMBIAMENTO DELLE STRUTTURE DELLA MATERIA IN TEMPO REALE DURANTE UNA REAZIONE CHIMICA O UN PROCESSO BIOLOGICO È ESSENZIALE PER RISPONDERE A QUESTE DOMANDE E COMPRENDERNE LA FUNZIONE. ANCHE SE MOLTE TRASFORMAZIONI STRUTTURALI, COME IL RIPIEGAMENTO PROTEICO, SI SVILUPPANO IN TEMPI RELATIVAMENTE LUNGHI, QUESTE SONO ORIGINATE DA ECCITAZIONI ELETTRONICHE CHE SI VERIFICANO SULLA SCALA DEL ATTOSECONDO, E ANCHE A SCAGLIE PIÙ LENTE DI POCHI FEMTOSECONDI QUANDO SI TIENE CONTO DEI CAMBIAMENTI ATOMICI NELLE DISTANZE PYCOMETRIC. È DAVVERO DIFFICILE CATTURARE TALI DINAMICHE RAPIDE, MA OGGI È CONSENSUALE CHE TALE CAPACITÀ SIA RICHIESTA PER CAPIRE ALLA FINE LE FUNZIONI LEGATE AI CAMBIAMENTI STRUTTURALI. NEL 2016, NEL NOSTRO GRUPPO SIAMO RIUSCITI A RAGGIUNGERE UNA VERA PIETRA MILIARE IN QUESTA LINEA, SIAMO RIUSCITI A CATTURARE IMMAGINI IN TEMPO REALE DI COME UN LEGAME MOLECOLARE SI È ROTTO E UN PROTONE È STATO RIMOSSO DALL'ORIGINALE MOLECULA. IL METODO CHE USIAMO È NOTO COME AUTODIFFRAZIONE DI ELETTRONI INDOTTI DAL LASER (LIED), E MOSTRIAMO CHE QUESTO METODO SODDISFA SIA LA RISOLUZIONE SPAZIALE NECESSARIA (PICOMETRO) CHE LA RISOLUZIONE TEMPORALE (ATTOSECONDO). TUTTAVIA, È NECESSARIO UN MAGGIORE SFORZO DI RICERCA E SVILUPPO PER AVERE UN METODO CHE FORNISCA UNA COMPLETA RIORGANIZZAZIONE DEGLI ATOMI NELLE MOLECOLE DURANTE UNA REAZIONE CHIMICA. MOTIVATO DAI NOSTRI RISULTATI, PROPONGO DI SVILUPPARE UNA NUOVA ED EMOZIONANTE AREA DI RICERCA SCIENTIFICA FACENDO UN PASSO AVANTI E STUDIANDO SIA PICCOLE MOLECOLE CHE COMPLESSI AMINOACIDI DI RILEVANZA BIOLOGICA PER LA PIEGATURA DELLE PROTEINE CHE COINVOLGONO MUTAGENESI. IL MIO PIANO DI RICERCA STABILIRÀ UN METODO PER REALIZZARE IMMAGINI IN TEMPO REALE, CHE HA UN GRANDE POTENZIALE DI CRESCITA E SVILUPPO IN UN NUOVO CAMPO DI RICERCA CON IMPATTO SULLA FISICA, LA CHIMICA E LA BIOLOGIA. (Italian)
16 January 2022
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Castelldefels
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Identifiers
FIS2017-89536-P
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