Wanneer levende cellen worden gebombardeerd met snelle, zware ionen, hun interacties met watermoleculen kunnen willekeurig verspreide 'secundaire' elektronen produceren met een breed scala aan energieën. Deze elektronen kunnen vervolgens mogelijk schadelijke reacties veroorzaken in nabijgelegen biologische moleculen, waardoor elektrisch geladen fragmenten ontstaan. Tot dusver, echter, onderzoekers moeten de precieze energieën bepalen waarmee secundaire elektronen bepaalde fragmenten produceren. In een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ D , onderzoekers in Japan onder leiding van Hidetsugu Tsuchida van de Universiteit van Kyoto definiëren voor het eerst de precieze exacte bereiken waarin positief en negatief geladen fragmenten kunnen worden geproduceerd.

Door beter te begrijpen hoe biomoleculen zoals DNA worden beschadigd door ioniserende straling, onderzoekers zouden belangrijke nieuwe vorderingen kunnen maken in de richting van effectievere kankertherapieën. Zoals moleculaire kogels, zware ionen zullen sporen op nanometerschaal achterlaten als ze door water gaan; secundaire elektronen verstrooien terwijl ze hun energie afzetten. Deze elektronen kunnen zich dan ofwel hechten aan nabijgelegen moleculen als ze lagere energieën hebben, mogelijk waardoor ze daarna fragmenteren; of ze kunnen meer directe fragmentatie veroorzaken als ze hogere energieën hebben. Aangezien water 70% van alle moleculen in levende cellen omvat, dit effect is vooral uitgesproken in biologische weefsels.

In hun eerdere onderzoek Tsuchida's team bestookte vloeibare druppeltjes met het aminozuur glycine met snelle, zware koolstofionen, identificeerde vervolgens de resulterende fragmenten met behulp van massaspectrometrie. Op basis van deze resultaten, de onderzoekers hebben nu computermodellen gebruikt met willekeurige bemonsteringsmethoden om secundaire elektronenverstrooiing langs het waterspoor van een koolstofion te simuleren. Hierdoor konden ze de precieze energiespectra berekenen van secundaire elektronen geproduceerd tijdens ionenbombardement; onthullend hoe ze zich verhouden tot de verschillende soorten geproduceerde glycinefragmenten. Door deze aanpak, Tsuchida en collega's toonden aan dat terwijl elektronen met energieën de 13 elektronvolt (eV) verlagen, negatief geladen fragmenten produceerden, waaronder geïoniseerd cyanide en formiaat, die in het bereik tussen 13 eV en 100 eV creëerden positieve fragmenten zoals methyleenamine.