Lần đầu tiên quan sát thấy các nguyên tố biến đổi ở phạm vi nguyên tử

Lần đầu tiên, các nhà hóa học tại Đại học Tufts, cùng với PerkinElmer và Đại học College London (UCL), đã quan sát được các nguyên tử của một nguyên tố hóa học biến đổi thành một nguyên tử khác - một kỳ tích đem lại một kết quả bất ngờ có thể đưa đến một phương pháp mới điều trị ung thư an toàn bằng xạ trị.

Công trình nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials. Các nhà nghiên cứu do GS. TS. E. Charles H. Sykes tại Tufts, tác giả chính của nghiên cứu, dẫn dắt, đã tiến hành nghiên cứu Iot-125 - một chất đồng vị phóng xạ thường được sử dụng trong các liệu pháp điều trị ung thư. Bằng cách sử dụng kính hiển vi quét chui hầm, có thể tạo ra hình ảnh của mỗi nguyên tử trên bề mặt của vật liệu, các nhà nghiên cứu đã quan sát được các nguyên tử riêng lẻ trong quá trình phân rã Iot-125. Khi mỗi nguyên tử phân rã, nó mất đi một proton và biến đổi thành telua-125, một chất đồng vị phi phóng xạ của nguyên tố telua.

Sự biến đổi của một nguyên tố thành một nguyên tố khác xảy ra khi các nhà nghiên cứu đổ một giọt nước nhỏ chứa Iot-125 và lắng đọng nó trên một lớp vàng mỏng. Khi nước bốc hơi, các nguyên tử Iot bám vào vàng. Sau đó, họ quan sát các mẫu có kích thước nhỏ hơn một đồng xu này bằng kính hiển vi.

Các nguyên tử Iot-125 có chu kỳ bán rã là 59 ngày, có nghĩa là tại một thời điểm nhất định, tất cả nguyên tử của đồng vị phóng xạ này sẽ phân rã, tỏa ra lượng năng lượng rất lớn và biến thành chất đồng vị của telua, với một nửa các nguyên tử phân rã mỗi 59 ngày. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu không thể dự đoán được khi nào một trong số hàng nghìn tỷ nguyên tử trong mẫu sẽ chuyển hóa thành telua, do vậy, họ đã nỗ lực làm việc đến 18 giờ/ngày trong suốt nhiều tuần lễ nhằm không bỏ sót bất kỳ sự biến đổi nào.

Cuối cùng, họ đã thành công trong việc chụp được những hình ảnh hiện rõ các chấm nhỏ cỡ nguyên tử ở khắp bề mặt bằng kính hiển vi quét chui hầm. Sự hợp tác với Angelos Michaelides, giáo sư, tiến sĩ hóa lý thuyết tại UCL và Philipp Pedevilla, phó tiến sĩ tại UCL, đã giúp làm sáng tỏ những hình ảnh này và xác định đó là các nguyên tử telua mới được hình thành.

Để kiểm chứng rằng họ đã thực sự quan sát được sự biến đổi của các nguyên tử, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu một trong các mẫu trong nhiều tháng bằng quang phổ kế quang điện tử  tia X để xác định chính xác cấu trúc hóa học của nó.

Sau đó, TS. Alex Pronschinske, tác giả đầu tiên của bài báo, đề xuất rằng họ nên đo các điện tử phát ra bởi mẫu này mà không kích thích các tia X trong quang phổ kế quang điện tử. Ông đặc biệt chú ý đến sự phát xạ của các điện tử năng lượng thấp, những điện tử đã được chứng minh là rất hiệu quả trong xạ trị ung thư do chúng có thể phá vỡ ADN của các tế bào ung thư thành các mảnh nhỏ. Do các điện tử này chỉ có thể di chuyển từ 1 đến 2 nanomet - một sợi tóc có chiều rộng khoảng 60.000 nanomet - nên chúng không gây ảnh hưởng đến các mô khỏe mạnh và các cơ quan lân cận.

Dựa trên một phần dữ liệu từ các mô phỏng được cộng đồng y khoa sử dụng, nhóm nghiên cứu đã tính toán được số lượng các điện tử năng lượng thấp và họ kỳ vọng chúng do các mẫu phát ra. Họ đã phát hiện ra rằng Iot-125 gắn kết vàng phát ra điện tử năng lượng thấp nhiều hơn 6 lần so với Iot-125 thuần khiết.

Theo Sykes cho biết, vàng đóng vài trò như một gương phản xạ ánh sáng và một bộ khuếch đại. Các nhà khoa học bề mặt đều biết rằng khi chúng ta chiếu bất kỳ một loại bức xạ nào vào kim loại,  chúng ta sẽ có được dòng điện tử năng lượng thấp mức độ lớn phát ra.

Phát hiện này đưa đến một cách tiếp cận mới cho các liệu pháp xạ trị ung thư đó là chế tạo các hạt nano vàng liên kết với Iot-125, sau đó gắn các hạt nano này với các kháng thể nhắm mục tiêu vào các khối u ác tính và bổ sung thêm chất lỏng để có thể tiêm cho các bệnh nhân ung thư một mũi tiêm duy nhất. Về mặt lý thuyết, các hạt nano này có thể gắn vào các khối u và phát ra các điện tử năng lượng thấp, tiêu diệt ADN của khối u. Các hạt nano bằng vàng sẽ bị rửa trôi khỏi cơ thể, không giống như Iot-125 tự do có thể tích tụ trong tuyến giáp và gây ung thư.

Nếu được chứng minh, cách tiếp cận này rất có tiềm năng cải thiện các phác đồ xạ trị hiện nay, trong đó các bác sĩ có thể điều trị một số bệnh ung thư bằng cách đưa các đồng vị phóng xạ, bao gồm Iot-125, vào trong các nang titan siêu nhỏ và cấy chúng vào trong các khối u. Thay vì việc phát ra một lượng lớn các điện tử năng lượng thấp như  khi Iot liên kết với vàng, các nang titan này ngăn cản bức xạ, khiến cho các liệu pháp này kém hiệu quả hơn so với khả năng của chúng. Ông đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho kỹ thuật mới này.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Sykes đang tiến hành đánh giá một cách chính xác các điện tử năng lượng thấp di chuyển qua các dung dịch sinh học như thế nào.

Theo Vista.gov.vn