Beroende på dos och mål, strålning kan orsaka otroliga skador på friska celler eller så kan den användas för att behandla cancer och andra sjukdomar. För att förstå hur celler reagerar på olika doser av strålning, forskare måste rikta exakta mängder energi till specifika områden i cellen. Att mäta dosering kan vara utmanande, dock, speciellt när man arbetar med lågenergiprotoner.

Ett samarbete mellan forskare från Université de Bordeaux, Centre National de la Recherche Scientifique och CEA-LIST har utvecklat ett ultratunt diamantmembran som kan mäta antalet protoner i en stråldos med nästan perfekt noggrannhet. Detektorn fäster vid en laddad partikelmikrostråle och möjliggör leverans av strålning till ett område som är mindre än 2 mikrometer brett. Studien, publiceras denna vecka i Bokstäver i tillämpad fysik , representerar ett värdefullt tekniskt framsteg för strålningsbiologin.

Tidigare experiment hade redan fastställt att diamantmembran kan detektera och kvantifiera protoner, men fram till den aktuella studien, ingen hade utvecklat tekniken för biologiska undersökningar.

"Enheten är helt kompatibel med levande celler i deras flytande miljö, sa Philippe Barberet, en biofysiker vid Université de Bordeaux. "Det kommer att tillåta oss att bestråla olika typer av celler och organismer med enstaka protoner, vilket inte är så lätt att göra med lågenergiacceleratorer."

Barberet arbetade med Michal Pomorski på CEA-LIST, som skapade den ultratunna diamantsensorn genom att skära ner och sedan plasmaetsa en kommersiellt tillgänglig, enkristalldiamant till cirka 1 mikrometer tjock. De täckte båda sidor av detektorn med transparenta och elektriskt ledande elektroder för att samla in den elektriska signalen från protonstrålen när den passerar genom diamantmembranet. Denna design är kompatibel med mikroskopi, säkerställer god kontakt mellan detektorn och det biologiska provet, och räknar protoner med bättre än 98 procents noggrannhet.

För att testa effektiviteten av diamantmembranen vid bestrålning av levande celler, gruppen använde en cellinje konstruerad för att uttrycka ett DNA-reparationsprotein som heter XRCC1, märkt med grönt fluorescerande protein (GFP). När DNA-skador uppstår i dessa celler, GFP:n tänds på platsen för reparationen.

"XRCC1 är involverad i DNA-reparationsvägar och det är ett av de första proteinerna som rekryterats, " sa Barberet. "Du bestrålar och du ser omedelbart en effekt." De levererade 100 protoner med 5 mikrometers mellanrum till cellerna. Det resulterande mönstret av gröna bestrålningsfläckar bekräftade att strålen orsakade skada i cirklar som mätte mindre än 2 mikron tvärs över.

Diamantmembranen skulle kunna bli ett värdefullt verktyg för att öka precisionen inom strålbiologisk forskning. Forskarna konstaterar, dock, att deras användbarhet är begränsad till grupper som har tillgång till protonstrålar från partikelacceleratorer.