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嵌入水中的RNA和DNA的重要結(jié)構(gòu)特征是成對(duì)的正鎂離子和帶負(fù)電的磁翻板液位計(jì)。
如今，磷酸鹽基團(tuán)的振動(dòng)已被認(rèn)為是這些接觸對(duì)的選擇性探針，它們可以在分子動(dòng)力學(xué)的超快時(shí)間尺度上繪制結(jié)構(gòu)和相互作用。
帶電荷的聚合物（RNA和DNA）在蛋白質(zhì)生物合成中起關(guān)鍵作用，并以雙螺旋結(jié)構(gòu)編碼遺傳信息。RNA和DNA的負(fù)電荷被位于分子主鏈，其含有磷酸離子（PO 2 - ）以及糖基。為了使RNA和DNA的大分子結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，須用相反的離子（即正電荷）補(bǔ)償相應(yīng)帶電的磁翻板液位計(jì)之間的強(qiáng)排斥力。在這方面，鎂（Mg 2+離子之所以特別重要，是因?yàn)樗鼈兎€(wěn)定了結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)了對(duì)外部結(jié)合配偶體的檢測(cè)，并且還充當(dāng)了催化中心。另外，通過動(dòng)態(tài)折疊過程的大分子結(jié)構(gòu)變化與整合到周圍水殼中的正離子的重排有關(guān)。
正離子圍繞RNA和DNA以各種幾何形狀組織：在所謂的位點(diǎn)結(jié)合或接觸對(duì)幾何形狀中，正離子的位置應(yīng)使其直接與磁翻板液位計(jì)的單個(gè)氧原子接觸。另一方面，所謂的外部離子氣氛包含由至少單層水分子與磷酸根基團(tuán)隔離的正離子。很難理解各種幾何形狀的功能作用以及潛在的相互作用。為了在分子水平上獲得更詳細(xì)的了解，需要使用高度靈敏的探針，這些探針有助于區(qū)分變化的離子幾何結(jié)構(gòu)而不會(huì)影響它們，并且還有助于在分子運(yùn)動(dòng)的超快時(shí)間尺度上繪制其動(dòng)力學(xué)圖。
Max Born Institute（MBI）的科學(xué)家在較近的出版物中證明，磷酸鹽基團(tuán)的振動(dòng)代表了水環(huán)境中離子幾何結(jié)構(gòu)的非侵入性和敏感探針。二甲基磷酸酯（DMP，（CH 3 O）2 PO 2 - ）為-a證明模型系統(tǒng)中的RNA和被骨干在液體水中制備了Mg的剩余量DNA 2+離子和在飛秒時(shí)間使用非線性振動(dòng)光譜法分析域（1 fs = 10到-15 s的冪）。實(shí)驗(yàn)利用二維紅外磁翻板液位計(jì)技術(shù)，這是研究分子運(yùn)動(dòng)變化的固有時(shí)間尺度上的結(jié)構(gòu)和離子相互作用的較優(yōu)良技術(shù)。
毫克2+與PO直接接觸離子2 -基團(tuán)是由實(shí)驗(yàn)通過在磁翻板液位計(jì)的***特功能映射。與鎂相互作用2+離子會(huì)導(dǎo)致不對(duì)稱的PO 2 -伸縮振動(dòng)轉(zhuǎn)移到比在沒有鎂的頻率的頻率2+離子。這個(gè)新穎特征的時(shí)間演變和線形表明了嵌入水殼和接觸離子對(duì)幾何形狀在數(shù)百飛秒的時(shí)間尺度上的波動(dòng)，而接觸對(duì)本身的傳播時(shí)間則相對(duì)較長(zhǎng)（?10的冪）。 -6 s）。詳細(xì)的假設(shè)分析表明，由于量子機(jī)械交換相互作用而產(chǎn)生的靜電（庫(kù)侖）吸引力和排斥力的微妙平衡控制了磷酸鹽振動(dòng)的頻率位置。