När levande celler bombarderas med snabba, tunga joner, deras interaktioner med vattenmolekyler kan producera slumpmässigt spridda "sekundära" elektroner med ett brett spektrum av energier. Dessa elektroner kan sedan fortsätta att utlösa potentiellt skadliga reaktioner i närliggande biologiska molekyler, producerar elektriskt laddade fragment. Än så länge, dock, forskare har ännu inte bestämt exakta energier vid vilka sekundära elektroner producerar vissa fragment. I en ny studie publicerad i EPJ D , forskare i Japan under ledning av Hidetsugu Tsuchida vid Kyoto University definierar för första gången de exakta exakta intervallen inom vilka positivt och negativt laddade fragment kan produceras.

Genom en bättre förståelse för hur biomolekyler som DNA skadas av joniserande strålning, forskare kan göra viktiga nya framsteg mot effektivare cancerterapier. Som molekylära kulor, tunga joner kommer att lämna spår i nanometerskala när de passerar genom vatten; sprider sekundära elektroner när de avsätter sin energi. Dessa elektroner kan sedan antingen fästa sig till närliggande molekyler om de har lägre energier, potentiellt få dem att splittras efteråt; eller så kan de utlösa mer direkt fragmentering om de har högre energier. Eftersom vatten utgör 70 % av alla molekyler i levande celler, denna effekt är särskilt uttalad i biologiska vävnader.

I deras tidigare forskning, Tsuchidas team bombarderade flytande droppar innehållande aminosyran glycin med snabba, tunga koljoner, identifierade sedan de resulterande fragmenten med hjälp av masspektrometri. Utifrån dessa resultat, forskarna har nu använt datormodeller som innehåller slumpmässiga provtagningsmetoder för att simulera sekundär elektronspridning längs en koljons vattenspår. Detta gjorde det möjligt för dem att beräkna de exakta energispektra för sekundära elektroner som produceras under jonbombardement; avslöjar hur de förhåller sig till de olika typerna av producerade glycinfragment. Genom detta tillvägagångssätt, Tsuchida och kollegor visade att medan elektroner med energier lägre än 13 elektronvolt (eV) fortsatte att producera negativt laddade fragment inklusive joniserad cyanid och format, de i intervallet mellan 13 eV och 100 eV skapade positiva fragment såsom metylenamin.