Превращение элементов наблюдали впервые на атомном уровне
Химики из Университета Тафтса в сотрудничестве с представителями Перкин Элмери Университетского колледжа Лондона впервые стали свидетелями того, как атомы одного химического элемента превращаются в атомы другого химического элемента - результаты их неожиданного наблюдения могут стать основой для нового способа безопасной радиотерапии рака.
В группе Чарльза Сайкса (Charles H. Sykes) исследования проводили с йодом-125 - радионуклидом, который обычно применяется при радиотерапии рака. С помощью сканирующего туннельного микроскопа, способного получить изображение каждого отдельного атома на поверхности материала, исследователям удалось наблюдать акты радиоактивного превращения индивидуальных атомов 125I. Этот нуклид «трансмутирует» по механизму электронного захвата, в результате чего протон в ядре, взаимодействуя с электроном, превращается в нейтрон, и нуклид 125I превращается в стабильный нуклид 125Te.
Превращение одного элемента в другой происходило, когда исследователи наносили крошечную каплю воды, содержащую 125I на поверхность тонкого слоя золота. При испарении воды атомы йода связывались с золотом, после чего исследователи помещали небольшой образец под сканирующий электронный микроскоп.
Период полураспада нуклида 125I составляет около 59 дней, однако поскольку период полураспада - величина статистическая, невозможно предсказать, когда конкретно какой-либо индивидуальный атом йода-125 трансмутирует в теллур. Чтобы не пропустить случаи распада, исследователи работали по 18 часов в день в течение нескольких недель.
В конечном итоге исследователям удалось получить изображения с помощью сканирующего туннельного электронного микроскопа, демонстрирующие наличие небольших точек размером с атомы на поверхности образца, наличие этих точек было интерпретировано как изображение свежеобразовавшихся атомов теллура.
Для подтверждения того, что действительно наблюдалось превращение, исследователи изучали один из образцов в течение нескольких месяцев с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра - такие наблюдения позволяли определять химический состав образца. Проводя измерения раз в неделю или два раза в неделю, исследователям удалось подтвердить, что они наблюдали превращение одного элемента в другой- постепенно йод превращался в теллур.
На очередном этапе исследования один из участников исследовательской группы - Алекс Проншиске (Alex Pronschinske), предположил, что исследователи фиксируют электроны, испускаемые образцом самопроизвольно, без активации рентгеновскими лучами фотоэлектронного спектрометра. В особенности исследователя интересовала эмиссия низкоэнергетических электронов, которые, как было показано ранее, продемонстрировали эффективность в радиационной онкологии, поражая опухолевые клетки. Благодаря тому, что длина пробега таких электронов составляет 1-2 нанометра, они не воздействуют на находящиеся рядом здоровые ткани и органы. Эксперименты и расчеты показали, что связанный с золотом 125I испускает в шесть раз больше медленных, низкоэнергетических электронов, чем несвязанный 125I. По словам Сайкса, золото одновременно играет роль отражателя и усилителя - специалистам по химии и физике поверхности известно, что направление любого источника излучения на золото приводит к увеличению количества исходящих низкоэнергетических электронов.
Результаты исследования позволяют предложить новое направление радионкологии - получение наночастиц золота, их связывание с 125I, модификация наночастиц антителами, распознающими злокачественные опухоли и помещение таких наночастиц в жидкость, которую можно ввести в организм пациента простой инъекцией. Теоретически такие наночастицы должны связываться с клетками опухоли и испускать низкоэнергетические электроны, разрушая ДНК злокачественного новообразования. Сайкс предполагает, что наночастицы из золота могут впоследствии полностью выводиться из организма, в отличие от радиоактивного 125I, вывод которого из организма осложняется накоплением в щитовидной железе, повышающей риск зарождения опухоли в этом органе.
Источник: Nature Materials, 2015 DOI: 10.1038/nmat4323
Отсюда: http://www.chemport.ru/datenews.php?news=3943