Efeitos da radiação ionizante em nanopartículas magnéticas de óxido de ferro

Abstract

Neste trabalho, investigou-se os efeitos da radiação de raios-X, raios-gama e prótons, em diferentes doses, na estrutura e propriedades de nanopartículas magnéticas de óxido de ferro. A preservação das propriedades fisico-químicas dessas nanoestruturas ao serem submetidas a radiação ionizante é de extrema importância para aplicações na área biomédica, tendo em vista a sua possível aplicação em novas tecnologias de diagnóstico e tratamento na área oncológica como o MR-Linac. As amostras utilizadas foram nanopartículas de óxido de ferro comerciais e sintetizadas em nossos laboratórios pelo método de coprecipitação e pela rota poliol, preparadas em diferentes formas (camada sob silício, pastilhas e suspensão aquosa). Para a irradiação das amostras foram utilizados um acelerador linear Clinac IX da Varian de 6 MV, uma bomba de cobalto-60 e um acelerador de íons Tandetron de 3 MV (feixe de H+ de 2 MeV). Para as irradiações com fótons, as doses utilizadas variaram entre 10 e 720 Gy.Os resultados indicam uma tendência a diminuição da magnetização de saturação nas doses mais altas. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão não mostram mudanças na morfologia das nanoestruturas. Análises de difração de raios-X, mostram uma redução da cristalinidade com o aumento da dose nas nanopartículas comerciais. As medidas de relaxação magnética nuclear realizadas em dispersões aquososa das nanopartículas sintetizadas com revestimento de dextrana demonstraram um aumento do tempo de relaxação transversal (T2) com o aumento da dose, provavelmente devido a defeitos induzidos pela irradiação. Apesar de ainda não ter sido possível estabelecer uma relação quantitativa clara entre dose e efeito sobre as propriedades das nanopartículas, pode-se afirmar que as mudanças ocorrem de forma mais expressiva apenas em doses muito maiores que as utilizadas no contexto clínico.

In this work, the effects of X-rays, gamma rays, and proton beams on the structure and properties of magnetic iron oxide nanoparticles were investigated. The preservation of the physical-chemical properties of these nanostructures when subjected to ionizing radiation is extremely important for applications in the biomedical area, in view of their potential application in new oncological technologies such as the MR-Linac. The samples used were commercial and home-made iron oxide nanoparticles synthesized using the coprecipitation method and the polyol route and prepared in different forms (film on silicon, composite tablets, and aqueous suspension). The equipments used for the irradiation of the samples were a Clinac IX linear accelerator from Varian of 6 MV, a cobalt-60 pump and a 3 MV Tandetron ion implanter (2 MeV H+ beam).The delivered doses varied between 10 and 720 Gy in the case of photon irradiations. The results indicate a slight decrease of the saturation magnetization after exposure to high doses. Images obtained by transmission electron microscopy do not show changes in the morphology of the nanostructures. Analyzes by X-ray diffraction show a reduction in crystallinity with increasing dose for the commercial NPs. The measurements of nuclear magnetic relaxation performed on the nanoparticles synthesized with dextran coating demonstrated an increase in the time of transversal relaxation (T2) with the increasing dose, possibly due to defects created during the irradiation process. Although it has not yet been possible to establish a clear quantitative dose-effect relation in the irradiated nanoparticles, it is clear that significant changes occur only at doses much higher than those used in the clinics.