Elucidation of the role of low-energy electrons in biomolecular damage in liquid water by ion beams

本研究の目的は、生体分子の放射線損傷過程を原子レベルで理解するため、水中における生体分子と、水や生体分子に吸収された放射線のエネルギーで生じた二次電子との相互作用について、特に、重粒子線で発生した二次電子による生体分子損傷を解明することである。本年度は、イオンビームによる生体分子損傷における水和の影響について、実験とシミュレーション計算によって行った。用いた生体分子は、核酸の構成単位であるヌクレオチドのうち、水の溶解度が高いウリジル酸を選択した。この水溶液標的に加速器からのMeV領域の炭素イオンビームを照射した。このエネルギー領域は、重粒子線がん治療の特徴である「Braggピーク領域」に相当する。比較のため、水和していない生体分子の標的として、先の水溶液をシリコン基板上に滴下・乾燥させた標的を用いた。炭素イオンビーム照射によって、標的から放出する生体分子の分解イオン（正または負に帯電したイオン）を、飛行時間型二次イオン質量分析計で測定した。得られた主な結果として、正に帯電した分解イオンは、入射イオンによる電離と水から発生した50-200 eVの二次電子による電離の2つの直接作用であること、この直接作用で最も支配的な損傷はリン酸基とリボース部位の中で結合が切断する鎖切断であること、一方、負に帯電した分解イオンは水から発生したOHラジカルによる間接作用で生じ、支配的な損傷はリン酸・リボース間のO-グリコシド結合は切断する鎖切断であること、OHラジカルは水からの二次電子によって生成しその際の二次電子のエネルギーは50-200 eVであること、などが分かった。

本研究の目的は、生体分子の放射線損傷過程を原子レベルで理解するため、水中における生体分子と、水や生体分子に吸収された放射線のエネルギーで生じた二次電子との相互作用について、特に、重粒子線で発生した二次電子による生体分子損傷を解明することである。本年度は、イオンビームによる生体分子損傷における水和の影響について、実験とシミュレーション計算によって行った。用いた生体分子は、核酸の構成単位であるヌクレオチドのうち、水の溶解度が高いウリジル酸を選択した。この水溶液標的に加速器からのMeV領域の炭素イオンビームを照射した。このエネルギー領域は、重粒子線がん治療の特徴である「Braggピーク領域」に相当する。比較のため、水和していない生体分子の標的として、先の水溶液をシリコン基板上に滴下・乾燥させた標的を用いた。炭素イオンビーム照射によって、標的から放出する生体分子の分解イオン（正または負に帯電したイオン）を、飛行時間型二次イオン質量分析計で測定した。得られた主な結果として、正に帯電した分解イオンは、入射イオンによる電離と水から発生した50-200 eVの二次電子による電離の2つの直接作用であること、この直接作用で最も支配的な損傷はリン酸基とリボース部位の中で結合が切断する鎖切断であること、一方、負に帯電した分解イオンは水から発生したOHラジカルによる間接作用で生じ、支配的な損傷はリン酸・リボース間のO-グリコシド結合は切断する鎖切断であること、OHラジカルは水からの二次電子によって生成しその際の二次電子のエネルギーは50-200 eVであること、などが分かった。