11 августа 2022, 22:30

Новый сверхлегкий материал защитит от нейтронного излучения

Онкология
Радиология
Материаловедение

Международный коллектив ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Петербургского института ядерной физики имени Б.П. Константинова, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Института физики твердого тела (Будапешт, Венгрия) разработал новый сверхлегкий материал на основе кластерных анионов бора и аэрогеля диоксида кремния. Такие аэрогели способны эффективно поглощать нейтронное излучение, нетоксичны и перспективны для защиты пациентов и медицинского персонала в ходе проведения борнейтронзахватной терапии онкологических заболеваний.

Новый сверхлегкий материал защитит от нейтронного излучения

Развитие современных способов лечения сложных онкологических заболеваний, в первую очередь борнейтронозахватной терапии, требует не только создания новых эффективных терапевтических препаратов, но и средств защиты здоровых тканей пациентов. В основе борнейтронозахватной терапии лежит насыщение раковых клеток изотопами бора-10 и облучение опухоли пучком нейтронов. При столкновении нейтрона с ядром бора-10 происходит ядерная реакция, которая убивает опухолевую клетку. Однако облучить только злокачественное новообразование невозможно, и здоровые ткани также неизбежно подвергаются действию нейтронного излучения. 

Защитить окружающие рак ткани можно, однако соответствующие средства должны удовлетворять ряду требований: эффективно замедлять эпитепловые нейтроны, используемые при облучении (с этим хорошо справляются атомы водорода), а также поглощать уже замедленные нейтроны (для этого можно тоже использовать атомы бора-10). Кроме этого, они должны быть очень легкими и нетоксичными, чтобы не доставлять дополнительных неудобств пациентам, и так находящимся в очень тяжелом состоянии.

Ученые из России и Венгрии синтезировали материал, способный поглощать нежелательное для здоровых органов нейтронное излучение, и проанализировали его свойства на двух источниках нейтронов. 

«В отличие от широко применяемых на практике средств нейтронной защиты на основе металлических пластин или полимерных композитов, новый материал – борилированный аэрогель – обладает крайне низкой плотностью (всего 80 мг/см3, что в 12 раз меньше плотности воды), легко формуется и не проявляет токсических свойств. Новый материал отвечает и другим требованиям к специализированным средствам защиты – находящиеся в составе аэрогеля молекулы воды служат для замедления нейтронов, а атомы бора их полностью поглощают. При этом содержание бора в материале достаточно мало, всего около 1%, что заметно ниже, чем в известных аналогах (до 40–45%). Высокую эффективность материала удалось обеспечить благодаря очень равномерному распределению атомов бора по объему аэрогеля. Для этого мы синтезировали новое соединение, содержащее стабильный кластер из десяти атомов бора, и кремний-органический якорь, которым мы химически пришили кластер к аэрогелю из оксида кремния. Интересно, что глубина проникновения нейтронов в аэрогель из немодифицированного диоксида кремния и в борилированный аэрогель, в котором всего 1% бора, различается примерно в 300 раз. Если для нашего материала она составляет 1–10 см, то для обычного аэрогеля – 3–40 м», – прокомментировал работу заведующий лабораторией синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья ИОНХ РАН, кандидат химических наук Александр Баранчиков.

Полученные данные позволят в дальнейшем разработать эффективные отечественные нейтронозащитные материалы для медицины и промышленности.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда

Источник:  Пресс-служба ИОНХ РАН

Публикации из новости

[B10H10]2– Nanoclusters Covalently Immobilized to Hybrid SiO2 Aerogels for Slow Neutron Shielding Applications
Yorov K.E., Zhdanov A.P., Kamilov R.K., Baranchikov A.E., Kopitsa G.P., Pokrovskiy O.I., Popov A.L., Ivanova O.S., Almásy L., Kolyagin Y.G., Zhizhin K.Y., Ivanov V.K.
Q1 ACS Applied Nano Materials 2022 цитирований: 0