Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2015. Том 60. № 2. С. 60-65

ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА

В.Ф. Демин^1,2, А.А. Анцифирова², Ю.П. Бузулуков², В.А. Демин^2,1, В.Ю. Соловьев¹

ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ МЕТОД ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ И ДРУГИХ ОБРАЗЦАХ НА ОСНОВЕ АКТИВАЦИИ ЗАРЯЖЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ*

1. Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ; 2. Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва

* Прикладные научные исследования проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (RFMEFI60414X0114)

РЕФЕРАТ

Цель: Разработка метода радиоактивных индикаторов на основе активации заряженными частицами для исследования биокинетики химических элементов и наночастиц в биологических образцах и окружающей среде.

Материал и методы: Проведен теоретический анализ и тестовый эксперимент по исследованию возможности применения различных ядерно-физических методов детектирования химических элементов в биологических и других образцах, в том числе в составе наночастиц, с использованием активации различных изотопов потоком заряженных частиц. Проанализированы продукты различных ядерных реакций. При облучении природных изотопов титана потоком быстрых нейтронов образуются радиоактивные изотопы ⁴⁶Sc и ⁴⁷Sc (с периодами полураспада T_1/2 равными соответственно 83,8 и 3,35 дня), потоком быстрых протонов - ⁴⁸V (T_1/2 = 15,98 дня), а альфа-частицами - ⁵¹Cr (T_1/2 = 27,7 дня). При облучении быстрыми протонами природной смеси изотопов платины образуется радиоактивный изотоп ¹⁹⁵Au (T¹_/2 = 186,12 дня), изотопов железа - ⁵⁶Co (T_1/2 = 77,7 дня), изотопов марганца с образованием изотопа ⁵⁵Mn (T_1/2 = 312,1 дня), изотопов европия - изотопы гадолиния ¹⁵¹Gd и ¹⁵³Gd (T_1/2 составляет, соответственно, 124 и 241,6 дня). Рассмотрена также возможность облучения изотопов железа быстрыми дейтронами с образованием того же изотопа ⁵⁶Co. Все образующиеся радиоактивные изоптопы являются гамма-излучателями и имеют удобные для целей измерения на гамма-спектрометре энергетические линии. Особое внимание уделяется детектированию наночастиц из двуокиси титана, занимающими одно из первых мест в списке приоритетных наноматериалов. При количественной оценке доли наночастиц серебра или других наночастиц, проходящих через гематоэнцефалический барьер, оценка содержания железа в крови может дать недостающую ключевую информацию. При выборе оптимальной процедуры проведения эксперимента получаемые радиоактивные продукты будут иметь активность ниже минимально значимой активности.

Результаты: Применение рассмотренных ядерно-физических методов в дополнение к традиционному нейтронно-активационному анализу существенно расширяет список химических элементов, на такие как титан, железо, платина, магний, европий и др., для детектирования которых они могут быть успешно применены.

Ключевые слова: ядерно-физические методы, радиоактивный индикатор, заряженные частицы, биокинетика, лабораторные животные, окружающая среда, наночастицы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Demin V.A., Demin V.F., Buzulukov Yu.P. et. al. Formation of certified reference materials and standard measurement guides for development of traceable measurements of mass fractions and sizes of nanoparticles in different media and biological matrixes on the basis of gamma ray and optical spectroscopy // Nanotechnologies in Russia. 2013. Vol. 8. No. 5-6. P. 347-356.
2. Methodological recommendations MR 1.2.0048-11 “Procedures and methods for determining organotropona and toxicokinetic parameters of engineered nanomaterials in tests on laboratory animals”. M.: Federal Center of Hygiene and Epidemiology of Rospotrebnadzor. 2011. 33 p.
3. Frontasyeva M.V. Neutron activation analysis for the life sciences. A Review // Phys. Part. Nucl. 2011. Vol. 42. No. 2. P. 332-378.
4. Kuznetsov R.A. Activation analysis. M.: Atomizdat. 1974. 343 p.
5. Buzulukov Yu.P., Arianova E.A., Demin V.F. et al. Bioaccumulation of silver and gold nanoparticles in organs and tissues of rats studied by neutron activation analysis // Biol. Bulletin. 2014. Vol. 41. No. 3. P. 255-263.
6. Gmoshinski I.V., Khotimchenko S.A., Popov V.O. et al. Nanomaterials and nanotechnologies: methods of analysis and control // Russian Chem. Rev. 2013. Vol. 82. No. 1. P. 48-76.
7. Gorbunov A.V., Lyapunov S.M., Okina O.I. et al. Assessment of human organism’s intake of trace elements from staple foodstuffs in central region of Russia. Preprint of the Joint Institute for Nuclear Research. Dubna..2004.
8. Kreyling W.G., Wenk A., Semmler-Behnke M. Quantitative biokinetic analysis of radioactively labelled, inhaled titanium dioxide nanoparticles in a rat model. URL: http://www.uba.de/uba-info-medien-e/4022.html.
9. Sigubayashi K., Todo H., Kimura E. Safety evaluation of titanium dioxide nanoparticles by their absorption and elimination profiles // J. Toxicol. Sci. 2008. Vol. 33. No. 3. P. 293-298.

Для цитирования: Демин В.Ф., Анцифирова А.А., Бузулуков Ю.П., Демин В.А., Соловьев В.Ю. Ядерно-физический метод детектирования химических элементов в биологических и других образцах на основе активации заряженными частицами. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2015. Т. 60. № 2. С. 60-65. English

PDF (ENG) Полная версия статьи