Sob a liderança de Petr Cígler do Instituto de Química Orgânica e Bioquímica (IOCB Praga) e Martin Hrubý do Instituto de Química Macromolecular (IMC), uma equipe de pesquisadores desenvolveu um método revolucionário para a produção fácil e barata de nanodiamantes irradiados e outros nanomateriais adequados para uso em diagnósticos de doenças altamente sensíveis, incluindo vários tipos de câncer. Seu artigo foi publicado recentemente na revista científica Nature Communications .

O diagnóstico de doenças e a compreensão dos processos que ocorrem dentro das células em nível molecular requerem instrumentos de diagnóstico sensíveis e seletivos. Hoje, os cientistas podem monitorar os campos magnéticos e elétricos nas células com uma resolução de várias dezenas de nanômetros e com notável sensibilidade graças aos defeitos do cristal nas partículas de certos materiais inorgânicos. Nanodiamonds são um material quase ideal para esses fins. Comparado com os diamantes usados ​​em joias, os nanodiamantes são aproximadamente 1 milhão de vezes menores e são produzidos sinteticamente a partir do grafite em altas pressões e temperaturas.

Um nanodiamante puro não revela muito sobre seu ambiente. Primeiro, sua estrutura de cristal deve ser danificada sob condições controladas para criar defeitos especiais, os chamados centros de vacância de nitrogênio, que permitem imagens ópticas. O dano é mais comumente criado pela irradiação de nanodiamantes com íons rápidos em aceleradores de partículas. Esses íons acelerados são capazes de tirar átomos de carbono da rede cristalina de um nanodiamante, deixando para trás buracos conhecidos como vagas, que em altas temperaturas emparelham com átomos de nitrogênio presentes no cristal como contaminantes. Os centros de vacância de nitrogênio recém-formados são uma fonte de fluorescência observável, que dá aos nanodiamantes um grande potencial para aplicações em medicina e tecnologia.

Uma restrição fundamental para o uso desses materiais em uma escala mais ampla, Contudo, é o grande custo e a baixa eficiência da irradiação de íons em um acelerador, o que impede a geração deste material excepcionalmente valioso em grandes quantidades.

Os cientistas chefiados por Petr Cígler e Martin Hrubý publicaram recentemente um artigo na revista Nature Communications descrevendo um método inteiramente novo de irradiação de nanocristais. No lugar da irradiação cara e demorada em um acelerador, os cientistas exploraram a irradiação em um reator nuclear, o que é muito mais rápido e menos caro.

Os cientistas tiveram que empregar um truque - no reator, a irradiação de nêutrons divide os átomos de boro em íons muito leves e rápidos de hélio e lítio. Os nanocristais devem primeiro ser dispersos em óxido de boro fundido e, em seguida, submetidos à irradiação de nêutrons em um reator nuclear. A captura de nêutrons pelos núcleos de boro produz uma densa chuva de íons de hélio e lítio, que têm o mesmo efeito dentro dos nanocristais que os íons produzidos em um acelerador:a criação controlada de defeitos de cristal. A alta densidade dessa chuva de partículas e o uso de um reator para irradiar uma quantidade muito maior de material significa que é mais fácil e mais acessível produzir dezenas de gramas de nanomateriais raros de uma só vez, o que é aproximadamente 1000 vezes mais do que os cientistas foram capazes de obter até agora por meio de irradiação comparável em aceleradores.

O método tem se mostrado bem sucedido não apenas na criação de defeitos nas redes de nanodiamantes, mas também de outro nanomaterial - carboneto de silício. Por esta razão, os cientistas acreditam que o método pode encontrar aplicação universal na produção em grande escala de nanopartículas com defeitos definidos.

O novo método utiliza o princípio aplicado na terapia de captura de nêutrons de boro (BNCT), em que os pacientes são administrados com um composto de boro. Uma vez que o composto foi coletado no tumor, o paciente recebe radioterapia com nêutrons, que divide os núcleos de boro em íons de hélio e lítio. Estes então destroem as células tumorais nas quais o boro foi coletado. Este princípio retirado do tratamento experimental do câncer, portanto, abriu a porta para a produção eficiente de nanomateriais com potencial excepcional para aplicações em, entre outras áreas, diagnóstico de câncer.