Quando le cellule viventi sono bombardate con rapidità, ioni pesanti, le loro interazioni con le molecole d'acqua possono produrre elettroni "secondari" sparsi casualmente con un'ampia gamma di energie. Questi elettroni possono quindi continuare a innescare reazioni potenzialmente dannose nelle molecole biologiche vicine, producendo frammenti caricati elettricamente. Finora, però, i ricercatori devono ancora determinare le energie precise alle quali gli elettroni secondari producono determinati frammenti. In un nuovo studio pubblicato su EPJ D , ricercatori in Giappone guidati da Hidetsugu Tsuchida presso l'Università di Kyoto definiscono per la prima volta gli intervalli precisi esatti in cui possono essere prodotti frammenti con carica positiva e negativa.

Attraverso una migliore comprensione di come le biomolecole come il DNA vengono danneggiate dalle radiazioni ionizzanti, i ricercatori potrebbero fare nuovi importanti progressi verso terapie contro il cancro più efficaci. Come proiettili molecolari, gli ioni pesanti lasceranno dietro di sé tracce su scala nanometrica mentre attraversano l'acqua; che disperdono gli elettroni secondari mentre depositano la loro energia. Questi elettroni possono quindi attaccarsi alle molecole vicine se hanno energie inferiori, potenzialmente causandone la frammentazione in seguito; oppure possono innescare una frammentazione più diretta se hanno energie più elevate. Poiché l'acqua costituisce il 70% di tutte le molecole nelle cellule viventi, questo effetto è particolarmente pronunciato nei tessuti biologici.

Nella loro precedente ricerca, Il team di Tsuchida ha bombardato goccioline liquide contenenti l'aminoacido glicina con un rapido, ioni di carbonio pesante, quindi identificato i frammenti risultanti utilizzando la spettrometria di massa. Attingendo a questi risultati, i ricercatori hanno ora utilizzato modelli informatici che incorporano metodi di campionamento casuale per simulare la diffusione di elettroni secondari lungo la pista d'acqua di uno ione carbonio. Ciò ha permesso loro di calcolare gli spettri energetici precisi degli elettroni secondari prodotti durante il bombardamento ionico; rivelando come si relazionassero ai diversi tipi di frammento di glicina prodotto. Attraverso questo approccio, Tsuchida e colleghi hanno dimostrato che mentre gli elettroni con energie inferiori a 13 elettronvolt (eV) hanno continuato a produrre frammenti carichi negativamente tra cui cianuro e formiato ionizzati, quelli nell'intervallo tra 13 eV e 100 eV hanno creato frammenti positivi come la metilene ammina.