Схема захвата нейтрона атомом гадолиния

2. Основной принцип нейтронозахватной терапии Схема захвата нейтрона атомом гадолиния 157Gd + n → 158*Gd → 158Gd + γ+ 2,2 МэВ (7,9 МэВ) Электроны внутренней конверсии Электроны Оже-Кростера-Кронига 1 http://www.irsovet.ru/publish/numer3-2007.html

3. Цель работы – синтез нанокомпозитов, перспективных для применения в нейтронозахватной терапии, магниторезонансной томографии. Модифицированный магнетит опухоль Введение препарата Терапия Для нанокомпозитов на основе магнетита возможна селективная доставка и концентрирование препарата в опухоли или пораженном органе с помощью магнитного поля. Диагностика 2

4. Наноструктуры типа ядро-оболочка Ковалентная : • Gd2O3 • GdFeO3 • GdBO3 Координационная: • γ-АПС/ДТПК/Gd • ДМСК/Gd Gd-содержащая оболочка ядро Fe3O4 3

5. Синтез и свойства наноструктур Fe3O4/ Gd2O3Fe3O4/ GdFeO3 Схема синтеза Gd3+ + Fe2+ + Fe3++ ОН- Fe3O4/ Gd2O3 К раствору смеси солей двух- и трехвалентного железа (1М:2М) добавляли 1 моль раствора cоли Gd, тщательно перемешивали, нагревали до 80–90 °С и медленно осаждали раствором аммиака. Осадок отфильтровывали, промывали дистиллированной водой до pH = 7. а Рис. 2. Дифрактограммы магнетита, допированого Gd3 +: 1 – образец, синтезованный при Т = 20 ° С; 2 – образец отожженный при 1000 ° С Петли гистерезиса ансамблей частиц : а – магнетита, б - магнетита, допированого Gd3 +, в - магнетита, допированого удвоенным количеством Gd3 + б в 4

6. Синтез и свойства Fe3O4 /GdFeO3 Исходя молярного соотношении Fe2+: Fe3+ = 1:2 трехвалентную соль железа заменяли, полностью или частично, на соль гадолиния. Рис. 5. ИК-спектры образцов: 1 - магнетит, допированный ионами гадолиния, 2 - высокодисперсний магнетит, 3 - образец, отожженый при 1000 ° С (фаза GdFeO3) Рис. 1. Дифрактограммы нанокомпозитов, полученных замещением Fe3 +в магнетите на Gd3 + в соотношении 2 моль Gd3 +: 1 моль Fe2+ (образец 1); замещением в соотношении 1 моль Fe3 + : 1 моль Gd3 +: 1 моль Fe2+ (образец 2), отожженый при Т = 1000 ° С а б Петли гистерезиса ансамблей частиц : а – магнетита, б- GdFeO3 5

7. Исследование нанокомпозитов Fe3O4/ Gd2O3 методом РФС Fe2p-спектры образцов нанокомпозитов Fe3O4/Gd, полученных при разных темпера турах (спектры 1, 2) и удвоенном содержании Gd3+ (спектр 3) Образцы нанокомпозитов Fe3O4/Gd, полученных при разных температурах: а – Gd4d-спектры; б – O1s-спектры; На поверхности наночастиц магнетита гадолиний присутствует в трехвалентном состоянии Gd3+. ЕсвGd4d5/2 = 141,3 и 142,7 эВ, что соответствует Gd2О3, а ЕсвGd4d5/2 = 144,7 эВ – Gd(ОН)3). В области ЕсвGd4d5/2 = 139,9 эВ присутствует сигнал, который можно связать с образованием связи Gd–О–Fe. В области Есв = 708,5 эВ присутствует сигнал от субоксида железа, который исчезает в спектре 2 (рис. 3) при отжиге. В области Есв = 712,1 эВ зафиксирован сигнал, который одновременно может быть связан как с фазой FeOOH, так и с вкладом сателлитной структуры и пропорционален магнитным характеристикам. 6

8. Расчет параметров оболочки за данными вибрационной магнитометрии оболочка Gd2O3 ядро Fe3O4 ~ 2-5 нм ~ 12 нм 7

9. Синтез и свойства наноструктур Fe3O4 / GdBO3 Gd3+ + BO3- → GdBO3 Gd4d-спектры Gd3+ Сцинтилляторы – это материалы, которые при поглощении ими ионизирующих квантов или частиц (рентгеновских и гамма – квантов, нейтронов, электронов и т. д.) излучают световые вспышки, называемые сцинтилляциями Дифрактограмма нанокомпозитабората Gd после отжига при 1000° С Простые оценки показывают, что наносцинтилляторы размерами до 100 нм способны стабильно работать внутри активных зон ядерных реакторов, где потоки нейтронов и гамма квантов составляют 1012 1014 частиц в секунду на кв. см. 8

10. Использование наночастиц на основе магнитного ядра (напр. Fe3O4) и парамагнитных хелатов (напр. Gd3+ Mn2+) позволяет создавать гибридные материалыдля комплексного T1/T2МРТ исследования. 9

11. Схематическое изображениемеханизмовпарамагнитной релаксациии основные параметрырелаксации дляводного раствора хелата Gd3 Основными параметрами, влияющими на скорость релаксации протонов воды и представленными на рисунке являются: τR – время вращательной корреляции, (); Важной характеристикой является время релаксации Т1 и Т2,за которое спины 63% протонов возвращаются к равновесному состоянию или сдвигаются по фазе (расфазируются) под действием соседних протонов, соответственно. 1 2 Рис. 2. Строение комплексов Gd – ДТПК (1) и Gd-ДОТА (2) Gd3+является Т1 контрастирующим средством, а магнетит (Fe3O4) – Т2 – контрастирующим средством. 10

12. Нанокомпозит Fe3O4 /ДМСК/Gd + Fe3O4 мезо-2,3-димеркапто сукциновая кислота (ДМСК) а б б а в в ИК спектры: а – магнетита модифицированного ДМСК, б – высушенного при 115С, в – координированного с гадолинием S2p-спектры: а- ДМСК, б - магнетита модифицированного ДМСК, в – а, координированного с гадолинием 11

13. Схема иммобилизации ДТПК на поверхность нанокомпозита Fe3O4/γ-APS а б ДТПК Ангидрид-ДТПК ИК спектры: а-ДТПК, б- бис-ангидрида ДТПК Ангидрид-ДТПК Fe3O4/γ-APS б Fe3O4/γ-APS/ ДТПК Строение комплекса Gd – ДТПК а Fe3O4/γ-APS/ ДТПК-Gd N1s-спектры: а-магнетита- γ- АПС, б-Fe3O4/γ-AПС/ ДТПК-Gd 12

14. Копмлексообразование на поверхности нанокомпозита Fe3O4/γ-APS/ ДТПК-Gd Калибровочные графики для комплекса арсеназо-3 с Gd3 при разных его концентрациях Арсеназо-3 13 Адсорбция Gd3+нанокомпозитом Fe3O4/γ-APS/ ДТПК-Gd

15. Характеристики нанокомпозита Fe3O4/γ-APS/ ДТПК-Gd Нанокомпозит Fe3O4/γ-APS/ ДТПК-Gd Fe3O4 Fe3O4 /ДМСК/Gd 14

16. Выводы 1. Впервые синтезированы магниточувствительные Gd-содержащие перспективные для использования в области медицины и биологии для комплексного использования в НЗТ и Т1/Т2 МРТ-диагностике в режиме реального времени и исследованы некоторые их физико-химические свойства. 2. Синтезированные нанокомпозиты исследуются в ИЯИ НАН Украины с целью оценки эффективности их взаимодействия с микробиологическими объектами в режиме облучения тепловыми нейтронами. Работы выполнены в рамках программы НАНУ “Создание радиационно-облучающей установки и новейших магниточувствительных нанокомпозитов для нейтронозахватной терапии и медицинской диагностики” (проект № К-9-82)