慢电子对抗癌症

2019-12-04 175健康相关癌症

慢电子对抗癌症:慢速电子可以用来摧毁癌细胞——但这究竟是如何发生的还没有被很好地理解。现在科学家们已经能够证明以前很少观察到的效应实际上起着关键作用:慢电子对抗癌症,由于原子间库仑衰变的过程,离子可以把额外的能量传递给周围的原子。这释放了大量的电子,正好有足够的能量对癌细胞的DNA造成最佳的损害。

慢电子对抗癌症,离子束如今常用于癌症治疗:这涉及到向肿瘤发射带电原子来摧毁癌细胞。虽然,实际上并不是离子本身造成了决定性的损害。当离子穿透固体材料时,它们可以与许多单独的电子分享部分能量,然后这些电子继续以相对较低的速度移动——而正是这些电子摧毁了癌细胞的DNA。

这个机制很复杂,还没有被完全理解。德国维也纳大学的研究人员现在已经能够证明,一种以前很少观察到的效应实际上在这种背景下起着关键作用:由于原子间库仑衰变的过程,离子可以把额外的能量传递给周围的原子。这释放了大量的电子,正好有足够的能量对癌细胞的DNA造成最佳的损害。为了了解和进一步提高离子治疗的有效性,必须考虑这一机制。研究结果最近发表在《物理化学快报》的专业期刊上。

一个快粒子,或者很多慢粒子

当一个带电粒子穿透材料以极大的速度,如人体组织,它让一个巨大的原子混乱的:“这可能引发一连串的影响,”Janine Schwestka,他是该论文的第一作者,目前正在Friedrich Aumayr 教授和Richard Wilhelm博士领导的研究小组中撰写论文。。当离子穿过其他原子时,这些原子和其他粒子会被电离,快速的电子四处飞,然后与其他粒子碰撞。最终,一个快速的带电离子可以触发数百个电子的粒子簇,每个电子的能量要低得多。

在日常生活中,我们习惯于速度快的物体比速度慢的物体产生更强烈的效果——在瓷器店里,全力踢出的足球造成的损害要比轻轻滚进的足球大得多。然而,在原子水平上,这并不适用:“一个缓慢的电子破坏一条DNA链的可能性要大得多。相反,一个速度极快的电子通常只是飞过DNA分子而不留下任何痕迹,”Janine Schwestka解释说。

从一个电子层到另一个电子层

德国维也纳大学的研究小组最近仔细研究了一种极其特殊的效应——原子间库仑衰变。“离子的电子可以呈现不同的状态。根据它们有多少能量,它们可以位于原子核附近的内壳层,也可以位于外层,”Janine Schwestka说。并不是所有可能的电子空间都被占据了。如果一个处于中等能量范围的电子层是自由的,那么一个电子就可以从一个具有更高能量的电子层转移到那里。这就释放了能量,这些能量可以通过原子间库仑衰变传递到材料中:“离子同时将这些能量传递到直接邻近的几个原子中。一个电子从这些原子中分离出来,但是因为能量被分散在几个原子中,所以我们讨论的是很多非常慢的电子,”Schwestka解释说。

氙和石墨烯

在一个巧妙的实验装置的帮助下,现在已经有可能证明这个过程的有效性。多重电荷的氙离子射向石墨烯层。来自外氙壳层的电子转换到另一壳层能量较低的位置,导致电子与石墨烯层中大量的碳原子分离,然后被探测器记录下来,以测量它们的能量。“事实上,通过这种方式,我们能够证明原子间库仑衰变在材料中产生大量自由电子方面起着至关重要的作用,”Friedrich Aumayr教授说。

为了正确地描述离子束与固体材料或有机组织的相互作用,必须考虑这种效应。一方面,这对优化离子束疗法治疗癌症很重要,但对其他重要领域也很重要,比如保护空间站宇航员的健康,因为你暴露在来自宇宙辐射的持续粒子轰击下。

引用

Vienna University of Technology. "Slow electrons to combat cancer." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 August 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190822101429.htm.

上一篇下一篇