Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo DESY e pelo Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) no Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL) alcançou um avanço na compreensão de como ocorrem os danos da radiação. Usando o laser de elétrons livres de raios X mais poderoso do mundo, a equipe, que também envolve pesquisadores da Universidade de Aarhus e da Universidade de Hamburgo, observou em tempo real como o dano se inicia em um cristal molecular orgânico. Seus resultados fornecem informações detalhadas sobre os mecanismos fundamentais dos danos causados ​​pela radiação em escala atômica.

Os danos causados ​​pela radiação são um problema sério em muitos campos, incluindo a medicina e a ciência dos materiais. Pode causar degradação significativa nas propriedades dos materiais e também pode levar a efeitos colaterais prejudiciais em pacientes submetidos à radioterapia. Apesar da sua importância, os mecanismos exatos dos danos causados ​​pela radiação ainda não são totalmente compreendidos, particularmente para materiais orgânicos, como tecidos biológicos e produtos farmacêuticos.

O novo estudo, publicado na revista Nature Physics, representa um grande passo em frente na nossa compreensão dos danos causados ​​pela radiação. A equipe usou o laser de elétrons livres de raios X LCLS no SLAC National Accelerator Laboratory, na Califórnia, para gerar pulsos intensos de raios X que foram usados ​​para irradiar um cristal da molécula orgânica tetrafenilciclopentadienona (TPCP). Os raios X criaram danos à estrutura cristalina e a equipe usou uma variedade de técnicas para medir os danos em tempo real.

Os resultados do estudo mostram que o dano por radiação inicia-se através de um processo chamado “quebra de ligação induzida por ionização”. Isso ocorre quando um fóton de raio X arranca um elétron de um átomo ou molécula, criando uma espécie instável e altamente reativa chamada “radical”. O radical pode então reagir com outras moléculas no cristal, causando danos à estrutura cristalina.

A equipe também observou que o dano estava localizado na região do cristal que foi irradiada pelos raios X. Isto sugere que os danos da radiação podem ser minimizados através da utilização de feixes de raios X altamente focados, o que permitiria aos investigadores estudar materiais a nível atómico sem causar danos significativos.

O novo estudo fornece uma compreensão detalhada em nível atômico de como ocorrem os danos da radiação em materiais orgânicos. Esta informação é essencial para o desenvolvimento de novas estratégias para prevenir ou minimizar os danos causados ​​pela radiação numa ampla gama de aplicações, incluindo medicina, ciência dos materiais e imagens de raios-X.

Além dos pesquisadores do DESY, MPSD, da Universidade de Aarhus e da Universidade de Hamburgo, a equipe também incluiu pesquisadores da UC Berkeley, da Universidade de Chicago e da Universidade da Califórnia, Irvine.