Afhankelijk van de dosis en het doel, straling kan ongelooflijke schade toebrengen aan gezonde cellen of het kan worden gebruikt om kanker en andere ziekten te behandelen. Om te begrijpen hoe cellen reageren op verschillende doses straling, wetenschappers moeten precieze hoeveelheden energie naar specifieke delen van de cel sturen. Het meten van de dosering kan een uitdaging zijn, echter, vooral bij het werken met energiezuinige protonen.

Een samenwerking van onderzoekers van de Université de Bordeaux, Centre National de la Recherche Scientifique en CEA-LIST hebben een ultradun diamantmembraan ontwikkeld dat het aantal protonen in een dosis straling met bijna perfecte nauwkeurigheid kan meten. De detector wordt bevestigd aan een microbundel van geladen deeltjes en maakt de afgifte van straling mogelijk in een gebied van minder dan 2 micrometer breed. De studie, deze week gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven , vormt een waardevolle technologische vooruitgang voor de stralingsbiologie.

Eerdere experimenten hadden al aangetoond dat diamantmembranen protonen kunnen detecteren en kwantificeren, maar tot de huidige studie, niemand had de technologie voor biologisch onderzoek ontwikkeld.

"Het apparaat is volledig compatibel met levende cellen in hun vloeibare omgeving, " zei Philippe Barberet, een biofysicus aan de Université de Bordeaux. "Het zal ons in staat stellen om verschillende soorten cellen en organismen te bestralen met behulp van enkele protonen, wat niet zo eenvoudig is met energiezuinige versnellers."

Barberet werkte samen met Michal Pomorski bij CEA-LIST, die de ultradunne diamantsensor creëerde door een commercieel verkrijgbaar product in plakjes te snijden en vervolgens plasma te etsen, monokristallijne diamant tot ongeveer 1 micrometer dik. Ze bedekten beide zijden van de detector met transparante en elektrisch geleidende elektroden om het elektrische signaal van de protonenbundel op te vangen terwijl deze door het diamantmembraan gaat. Dit ontwerp is compatibel met microscopie, zorgt voor een goed contact tussen de detector en het biologische monster, en telt protonen met een nauwkeurigheid van meer dan 98 procent.

Om de effectiviteit van de diamantmembranen te testen bij het bestralen van levende cellen, de groep gebruikte een cellijn die was ontwikkeld om een ​​DNA-reparatie-eiwit genaamd XRCC1 tot expressie te brengen, gelabeld met groen fluorescerend eiwit (GFP). Wanneer er DNA-schade optreedt in deze cellen, de GFP licht op op de plaats van de reparatie.

"XRCC1 is betrokken bij DNA-herstelroutes en het is een van de eerste gerekruteerde eiwitten, "zei Barberet. "Je bestraalt en je ziet meteen een effect." Ze leverden 100 protonen op een onderlinge afstand van 5 micrometer aan de cellen. Het resulterende patroon van groene bestralingsvlekken bevestigde dat de straal schade aanrichtte in cirkels van minder dan 2 micron breed.

De diamantmembranen kunnen een waardevol hulpmiddel worden om de precisie in stralingsbiologisch onderzoek te vergroten. De onderzoekers merken op, echter, dat hun bruikbaarheid beperkt is tot groepen die toegang hebben tot protonenbundels van deeltjesversnellers.