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新材料助人类首次观测单原子衰变,可提高癌症放疗安全性

美国塔夫茨大学的E. Charles H. Sykes博士和PerkinElmer公司、伦敦大学学院的化学家们近期在《Nature Materials》报道了一种新材料,在它的帮助下,人类有史以来第一次目睹了原子水平的元素衰变,该材料还很有希望用于高安全性的癌症放射治疗。

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Sykes博士带领的团队研究的对象是碘-125,一种经常在癌症治疗中使用的放射性同位素。研究人员将一滴水和碘-125的混合物滴在一层薄薄的金上,水蒸发后,碘原子就和金结合形成了厚度仅有一个原子的薄膜,并且能在环境中保持稳定。随后,科学家们使用扫描隧道显微镜来观测单个原子的衰变,碘-125一旦衰变就会失去一个质子并变成非放射性的碲-125。


碘-125的半衰期为59天,这意味着衰变随时可能发生而且无法预测。因此,为了不错过衰变,研究人员持续几个星期每天工作18个小时。最终,他们成功地获得了单原子衰变的扫描隧道显微镜图像,并在理论化学家的帮助下对这些图像进行了解读。


为了验证他们看到的确实是元素衰变,研究人员用X射线光电子能谱仪研究了那些样品好几个月,以确定它们确切的化学成分。“通过每个星期或每两个星期一次的检测,我们可以看到从一个元素到另一个元素的变化,”Sykes说,样品中大多数碘都变成了碲。


除了在原子水平观测元素衰变,该碘-125/金薄膜还有更吸引人的用途。碘-125之所以在癌症放疗中经常使用,是因为它在衰变时可以放出大量的低能电子(low-energy electrons),这些低能电子可以很有效地破坏癌细胞的DNA;而且,这些电子的覆盖范围仅有1到2纳米,不会影响附近的健康组织和器官。


该研究团队发现该碘-125/金薄膜的低能电子发射量是平面碘-125的六倍,Sykes解释说,“金起的作用像一个反射器和放大器。”


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