Os feixes de íons são frequentemente usados ​​hoje no tratamento do câncer:isso envolve átomos eletricamente carregados sendo disparados contra o tumor para destruir as células cancerosas. Embora, não são os próprios íons que causam o dano decisivo. Quando os íons penetram através do material sólido, eles podem compartilhar parte de sua energia com muitos elétrons individuais, que então continuam a se mover a uma velocidade relativamente baixa - e são precisamente esses elétrons que destroem o DNA das células cancerosas.

Este mecanismo é complexo e ainda não totalmente compreendido. Os pesquisadores da TU Wien agora foram capazes de demonstrar que um efeito anteriormente pouco observado na verdade desempenha um papel central neste contexto:devido a um processo chamado decaimento Coulombic interatômico, um íon pode passar energia adicional para os átomos circundantes. Isso libera um grande número de elétrons, com precisamente a quantidade certa de energia para causar dano ideal ao DNA das células cancerosas. A fim de compreender e melhorar ainda mais a eficácia particular da terapia iônica, este mecanismo deve ser levado em consideração. Os resultados foram publicados recentemente na publicação especializada Journal of Physical Chemistry Letters .

Uma partícula rápida - ou muitas outras lentas

Quando uma partícula carregada penetra em um material em grande velocidade - como o tecido humano - ela deixa uma confusão atômica gigante em seu rastro:"Isso pode desencadear uma cascata inteira de efeitos, "diz Janine Schwestka, autor principal da publicação recente, que está atualmente trabalhando em sua dissertação na equipe liderada pelo Prof. Friedrich Aumayr e Dr. Richard Wilhelm. Quando o íon se move através de outros átomos, essas e outras partículas podem ficar ionizadas, elétrons rápidos voam e colidem com outras partículas. Em última análise, um rápido, íons carregados podem desencadear uma chuva de partículas de centenas de elétrons, cada uma com energia muito menor.

Na vida cotidiana, estamos acostumados a objetos rápidos com efeitos mais dramáticos do que os mais lentos - uma bola de futebol chutada com força total causa muito mais danos em uma loja de porcelana do que uma que é levemente enrolada. Em um nível atômico, Contudo, isso não se aplica:"A probabilidade de um elétron lento destruir uma fita de DNA é muito maior. Por outro lado, um elétron extremamente rápido normalmente passa direto pela molécula de DNA sem deixar vestígios, "explica Janine Schwestka.

De uma camada de elétrons para outra

A equipe da TU Wien recentemente examinou mais de perto um efeito extremamente especial, ou seja, decadência Coulombic interatômica. "Os elétrons do íon podem assumir diferentes estados. Dependendo de quanta energia eles têm, eles podem estar localizados em uma das camadas internas, perto do núcleo, ou em uma camada externa, "diz Janine Schwestka. Nem todos os espaços possíveis de elétrons estão ocupados. Se uma camada de elétrons na faixa de energia média estiver livre, um elétron pode então cruzar para lá a partir de uma camada com energia mais alta. Isso libera energia, que pode então ser passado para o material via decaimento coulômbico interatômico:"O íon transfere essa energia para vários átomos na vizinhança direta ao mesmo tempo. Um elétron é separado de cada um desses átomos, mas porque a energia é dividida entre vários átomos, nós estão falando sobre muitos elétrons realmente lentos, "explica Schwestka.

Xenon e Grafeno

Com a ajuda de uma configuração experimental engenhosa, já foi possível comprovar a eficácia desse processo. Íons de xenônio com carga múltipla são disparados em uma camada de grafeno. Os elétrons das camadas externas de xenônio mudam para uma posição em outra camada com menos energia, fazendo com que os elétrons sejam destacados de vários átomos de carbono na camada de grafeno, que são então registrados por um detector, para medir sua energia. "Na verdade, desta maneira, fomos capazes de mostrar que o decaimento Coulombic interatômico desempenha um papel vital na geração de um grande número de elétrons livres no material, "diz o Prof. Friedrich Aumayr.

Para descrever corretamente a interação de feixes de íons com materiais sólidos ou tecidos orgânicos, este efeito deve ser absolutamente levado em consideração. Isso é importante, por um lado, para otimizar terapias de feixe de íons para o tratamento do câncer, mas também para outras áreas importantes, como proteger a saúde das tripulações da estação espacial, onde você está exposto a um constante bombardeio de partículas da radiação cósmica.