I nanocristalli devono essere prima dispersi in ossido di boro fuso e quindi sottoposti a irradiazione di neutroni in un reattore nucleare. Attestazione:IOCB Praga
Sotto la guida di Petr Cígler dell'Istituto di chimica organica e biochimica (IOCB Praga) e Martin Hrubý dell'Istituto di chimica macromolecolare (IMC), un team di ricercatori ha sviluppato un metodo rivoluzionario per la produzione facile ed economica di nanodiamanti irradiati e altri nanomateriali adatti all'uso nella diagnostica altamente sensibile delle malattie, compresi vari tipi di cancro. Il loro articolo è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .
La diagnosi delle malattie e la comprensione dei processi che avvengono all'interno delle cellule a livello molecolare richiedono strumenti diagnostici sensibili e selettivi. Oggi, gli scienziati possono monitorare i campi magnetici ed elettrici nelle cellule con una risoluzione di diverse decine di nanometri e con una notevole sensibilità grazie ai difetti dei cristalli nelle particelle di alcuni materiali inorganici. I nanodiamanti sono un materiale quasi ideale per questi scopi. Rispetto ai diamanti utilizzati in gioielleria, i nanodiamanti sono circa 1 milione di volte più piccoli e sono prodotti sinteticamente dalla grafite ad alta pressione e temperatura.
Un nanodiamante puro non rivela molto sul suo ambiente. Primo, il suo reticolo cristallino deve essere danneggiato in condizioni controllate per creare difetti speciali, cosiddetti azoto-vacancy center, che consentono l'imaging ottico. Il danno è più comunemente creato irradiando nanodiamanti con ioni veloci negli acceleratori di particelle. Questi ioni accelerati sono in grado di espellere atomi di carbonio dal reticolo cristallino di un nanodiamante, lasciando buchi conosciuti come posti vacanti, che ad alte temperature si accoppiano agli atomi di azoto presenti nel cristallo come contaminanti. I nuovi centri di azoto vacanti sono una fonte di fluorescenza osservabile, che offre ai nanodiamanti un grande potenziale per applicazioni in medicina e tecnologia.
Una restrizione fondamentale all'uso di questi materiali su una scala più ampia, però, è il grande costo e la scarsa efficienza di irradiare ioni in un acceleratore, che impedisce la generazione di questo materiale eccezionalmente prezioso in quantità maggiori.
La cattura dei neutroni da parte dei nuclei di boro produce una densa pioggia di ioni di elio e litio, che hanno lo stesso effetto all'interno dei nanocristalli degli ioni prodotti in un acceleratore:la creazione controllata di difetti cristallini. Attestazione:IOCB Praga
Gli scienziati guidati da Petr Cígler e Martin Hrubý hanno recentemente pubblicato un articolo sulla rivista Comunicazioni sulla natura descrivendo un metodo completamente nuovo di irradiazione dei nanocristalli. Al posto dell'irradiazione costosa e dispendiosa in termini di tempo in un acceleratore, gli scienziati hanno sfruttato l'irradiazione in un reattore nucleare, che è molto più veloce e molto meno costoso.
Gli scienziati hanno dovuto usare un trucco:nel reattore, l'irradiazione di neutroni divide gli atomi di boro in ioni molto leggeri e veloci di elio e litio. I nanocristalli devono essere prima dispersi in ossido di boro fuso e quindi sottoposti a irradiazione di neutroni in un reattore nucleare. La cattura dei neutroni da parte dei nuclei di boro produce una densa pioggia di ioni di elio e litio, che hanno lo stesso effetto all'interno dei nanocristalli degli ioni prodotti in un acceleratore:la creazione controllata di difetti cristallini. L'elevata densità di questa pioggia di particelle e l'uso di un reattore per irradiare una quantità molto maggiore di materiale significa che è più facile e molto più conveniente produrre dozzine di grammi di nanomateriale raro contemporaneamente, che è circa 1000 volte più di quanto gli scienziati siano stati finora in grado di ottenere attraverso un'irradiazione comparabile negli acceleratori.
Il metodo si è dimostrato efficace non solo nella creazione di difetti nei reticoli dei nanodiamanti, ma anche di un altro nanomateriale:carburo di silicio. Per questa ragione, gli scienziati ritengono che il metodo potrebbe trovare un'applicazione universale nella produzione su larga scala di nanoparticelle con difetti definiti.
Il nuovo metodo utilizza il principio applicato nella terapia di cattura dei neutroni del boro (BNCT), in cui ai pazienti viene somministrato un composto di boro. Una volta che il composto si è raccolto nel tumore, il paziente riceve radioterapia con neutroni, che divide i nuclei di boro in ioni di elio e litio. Questi poi distruggono le cellule tumorali in cui si è raccolto il boro. Questo principio tratto dal trattamento sperimentale del cancro ha quindi aperto la porta alla produzione efficiente di nanomateriali con un potenziale eccezionale per applicazioni in, tra le altre aree, diagnostica del cancro.
