Новый аэрогель эффективно защищает от нейтронного излучения

Российские ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова, МГУ им. М.В. Ломоносова и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН совместно с венгерскими коллегами из Института физики твердого тела разработали аэрогель на основе бора и оксида кремния. Он эффективно поглощает нейтронное излучение, что особенно важно для защиты здоровых тканей и снижения побочных эффектов при борнейтронозахватной терапии опухолей. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.

Одним из новых методов лечения злокачественных опухолей является борнейтронозахватная терапия. В ходе нее раковые клетки насыщают изотопами бора-10, а затем подвергают нейтронному излучению. Когда нейтроны сталкиваются с атомами бора-10, происходит ядерная реакция, что приводит к гибели клеток рака. Однако, как и у других подобных подходов, при этом повреждаются также и соседние, здоровые ткани. Во избежание подобных побочных эффектов необходимы защитные материалы, которые могли бы поглощать два типа нейтронного излучения. К ним относятся эпитепловые и замедленные нейтроны. Первый тип нейтронов хорошо поглощается атомами водорода, второй — атомами бора-10. Что важно, защитные материалы не должны обладать токсическими свойствами и должны быть очень легкими, чтобы не причинять дискомфорт пациентам.

Российские и венгерские ученые разработали материал, который способен поглощать нейтронное излучение. Этот материал является аэрогелем — гелем, в котором жидкая фаза замещена воздухом. Это объясняет его легкость и низкую плотность, которая составляет всего 80 мг/см3 и в 12 раз ниже плотности воды. Основу аэрогеля составляет диоксид кремния. Для поглощения нейтронов ученые разработали кластер из 10 атомов бора, который прикреплен к диоксиду кремния через кремний-органическое соединение, которое играет роль якоря. При этом содержание бора в аэрогеле составляет всего 1%, а не 40-45%, как в других подобных разработках.

Входящие в состав нового материала молекулы воды отражают нейтроны, в то время как атомы бора их поглощают. Ученые сравнили глубину проникновения нейтронного излучения в немодифицированный и борилированный аэрогель из диоксида кремния. Она составляет 3-40 м и 1-10 см и различается в 300 раз.

В будущем исследователи планируют продолжить работу над разработкой новых материалов, служащих для защиты от нейтронного излучения. Они могут применяться не только в медицине, но и в промышленности.