ق پرتو ? از دست میدهد. این در حالی است که هسته ای که ذرهی ? پر انرژی گسیل میکند در حالت پایه باقی میماند و از این رو تنها بخشی از پرتوزایی گسیل ذرات ? با تابش ? همراه است.
توانایی نفوذ ذرات ? در ماده بسیار محدود است. قدرت نفوذ ذرات آلفا در هوا در حدود 3 تا 9 سانتیمتر است. انرژی این ذرات به سرعت از بین میرود و به همین دلیل است که این ذره یک عامل یونیزه کننده بسیار قوی است. ضخامت لایهی خارجی و مردهی پوست بدن انسان برای جذب تمامی ذرات ? خارج شده از مواد پرتوزا کافی است.از این رو تابشهای ? که منبع آنها خارج از بدن قرار دارد خطر تابشی محسوب نمیشود. اما تابش ? که از منبع تابش در داخل بدن ساطع شود به دلیل عدم وجود لایه محافظ پوست شدیدا خطرناک است. از این رو، اهمیت بسیار دارد که هستهی پرتوزا که برای کاربرد براکیتراپی انتخاب میشود گسیل ? نداشته باشد.
-گسیل ?:
ذره? معمولا از بسیاری از هستههای پرتوزا گسیل میشود. این ذره یک واحد بار منفی دارد.گسیل ? در ایزوتوپهایی رخ میدهد که فزونی نوترون دارند و از لحاظ انرژی ،زمانی ممکن میشود که جرم هستهی مادر، بزرگتر از حاصل جمع هستههای دختر و ذره? باشد.البته این شرط در گسیلندههای ? هم وجود دارد. در گسیل ?بخش بسیار کوچکی از انرژی صرف واپسزنی هسته میشود.
قدرت یونیزهکنندگی این ذرات از ? کمتر است، ولی قدرت نفوذ بیشتری دارند.گسیل ? بسته به مقدار انرژی میتواند تا اعماق بافت نفوذ کند به همین دلیل یک خطر تابشی خارجی به شمار میرود. این نوع تابشها از این جهت دارای اهمیت هستند که در بسیاری از موارد درمان بیماران سرطانی در روش براکیتراپی با هستههای گسیلنده ? صورت میگیرد.
گسیل پوزیترون:
در مواردی که نسبت نوترون به پروتون خیلی پایین و گسیل ? هم از نظر انرژی ممکن نباشد، احتمال دارد هسته با گسیل پوزیترون به پایداری برسد. پوزیترون ذره ? با بار مثبت است. در حالی که الکترون در طبیعت به صورت آزاد یافت میشود، پوزیترون فقط به صورت گذرا میتواند وجود داشته باشد. چگونگی از بین رفتن پوزیترون به این ترتیب است که این ذره با یک الکترون ترکیب شده هر دو با هم نابود میشوند و دو پرتو گاما حاصل میشود. خطرهای تابشی پوزیترون دقیقا مثل گسیل ? است. اما پرتوهای گامای حاصل از نابودی پوزیترون باعث میشود که تمام ایزوتوپهای گسیلنده پوزیترون بصورت بالقوه خطر تابش خارجی تلقی شوند.
-پرتوهای گاما:
این پرتو در علوم پزشکی کاربرد گسترده ای دارد. انرژی این تابش بین KeV 50 تا MeV2است. پرتوهای گاما از نوع پرتوهای الکترومغناطیسی تکانرژی هستند که از هستههای برانگیخته حاصل از تبدیل پرتوزا گسیل میشوند. گسیل این پرتوها خود سازوکاری است که انرژی برانگیختگی هستهها توسط آن آزاد میشود و هستههای برانگیخته حاصل از شکافتگی هسته ها به حالت پایدار میرسند.
-اشعهX:
پرتوهای X تولید شده در مولدها یک طیف پیوسته انرژی دارند. در رادیوتراپی تفاوت پرتو گاما با اشعه X در این است که اشعهXدر خارج هسته تولید میشوند در حالی که گاما از هسته گسیل میشود یا نتیجه انهدام ماده است. در رادیوتراپی عمقی پرتوهای پر انرژی (سخت و تک فام) مورد نیاز است تا با کمترین مقدار جذب در بافتهای سطحی و کم عمق بتواند به بافتهای عمقی نفوذ نماید.
1-5 منابع انرژی مورد استفاده در براکی تراپی
هستههای پرتوزا مورد استفاده در براکی تراپی با توجه به طراحی درمان متنوع است.در ابتدا منابعی که برای این نوع کاربرد مورد استفاده قرار میگرفتنداورانیم و رادیوم بودند.سالهاست که عناصر دیگری نیز که بهصورت مصنوعی رادیواکتیو میشوند به این منظور مورد استفاده قرار میگیرند.از جملهی عناصر پرکاربرد برای براکی تراپی میتوان به فسفر-32 ] 3و 8[، رنیوم-186] 11[، ید – 125 ، پالادیم -103] 12[، ایردیوم – 192 ] 13[ اشاره کرد.از ویژگیهای مهم یک منبع تابش میتوان به نکات زیر اشاره کرد:
1. منبع نباید تابشهای ناخواسته از جمله تابش آلفا یا پوزیترون داشته باشد.
2. گسیل تابش بتا برای انجام رادیوتراپی دارای اهمیت است.
3. در براکیتراپی انتخاب منبع رادیواکتیو با نیمه عمر کوتاه دارای اهمیت است. نیمه عمر کوتاه هسته عوارض جانبی این نوع درمان را کاهش میدهد.
در علوم پزشکی مزایای ایزوتوپهای با نیمهعمر کوتاه نسبت به رادیوایزوتوپهای با نیمهعمر طولانی به چند دلیل است :
1) دوز کمتری به بیمار میرسد و این به چند خاصیت رادیو ایزوتوپ مربوط میشود.
– داشتن نیمه عمر کوتاه کنترل مقدار تابش بعد از دوره درمان را آسان میکند.
– فقدان اثر اوژه
– فقدان تابش بتای پرانرژی
– پایین بودن انرژی فوتونهای ایکس حاصل از گیراندازی الکترون و تبدیل داخلی
2) امکان استفاده از دوزهای مکرر به ویژه برای مطالعه تغییرات فیزیولوژیک
3) درصدهای بالای تابش گاما
هلمیوم از فلزاتی است که به همین دلیل برای کاربرد براکی تراپی بسیار مورد توجه است. نیمه عمر این هسته رادیواکتیو حدود 24 ساعت است. بههمین دلیل این عنصر از بهترین انتخابها برای کاربرد براکیتراپی است.
1-6 براکی تراپی با کمپلکس هلمیوم
سالهاست که از هلمیوم فعال شده در براکیتراپی بافتهای سرطانی استفاده میشود. به این منظور فلز هلمیوم با تابش نوترون حرارتی فعال شده و با یکی از روشهایی که توضیح داده شد وارد بدن میشود. در یکی از این روشها ، هلمیوم در یک بستر پلیمری وارد شده و سپس به صورت پوشش یک استنت یا به صورت کاشتنی در نزدیکی سلولهای سرطانی قرار داده میشود. مشکل این روش در فرآیند کردن این سیستم و دستیابی به یک سیستم همگن از هلمیوم در بستر پلیمر است. وقتی فلز هلمیوم به صورت فلز با والانس صفر یا نمک هلمیوم وارد بستر پلیمر میشود به عنوان یک فاز معدنی با داشتن انرژی سطحی بالا قابلیت پخش مناسب در بستر فاز آلی پلیمر را ندارند. به منظور غلبه بر این مشکل و افزایش زیستسازگاری این سیستمها فکر ایجاد کمپلکس از این فلز با لیگاندهای آلی مناسب مورد بررسی قرار گرفت. در سال 2011 ، نیجسن10 و همکاران از کمپلکس Ho-AcAc (که در همان سال سنتز و بررسی خواص آن توسط همین گروه گزارش شده بود) برای کاربرد براکی تراپی استفاده کردند]14[.آنها خواص زیست سازگاری این سیستم را نیز مورد بررسی قرار دادند. نتایج این بررسیها قابل قبول بود]15[.
شهرامی‌فر در سال 1388 از همین کمپلکس به عنوان رادیو دارو استفاده کرده است. در این پایاننامه علاوه بر سنتز و شناسایی این کمپلکس، به وارد کردن این کمپلکس در بستر یک پلی استر غیر اشباع و بررسی رفتار این سیستم به عنوان یک سامانهی دارورسانی توجه و خواص زیست سازگاری آن بررسی شد ]7[.
1-7 ضرورت انتخاب لیگاند مناسب برای فلز هلمیوم در کاربرد براکی تراپی
هدف بررسی حاضر سنتز کمپلکسی حجیم از هلمیوم است. از سوی دیگر، از آنجا که کمپلکس مورد نظر همراه با پلیمر وارد بدن میشود، نباید هیچگونه برهمکنش سویی با بدن داشته و باعث ایجاد التهاب یا هر گونه پاسخ ناخواستهی در بدن شود. لذا زیستسازگاری یکی از فاکتورهای مهم است که باید مورد توجه قرار گیرد. در جستجوی لیگاند مناسب برای این فلز به خانوادهی جدیدی از ترکیبات سیلسسکویی اکسان با نام اختصاری POSS11 برمیخوریم.که در چند سال گذشته برای کاربردهای متنوعی استفاده شده است. POSS، قفسی سیلیکونی است که مدتها است در کاربردهای زیستی برای بالا بردن زیستسازگاری و بهبود خواص مکانیکی (مثل مدول و استحکام) و همچنین خواص فیزیکی مثل کنترل اندازهی حفرات در داربستهای استخوانی و عصبی مورد استفاده قرار گرفته است. زیستسازگاری این سیستم ثابت شده و این یکی از مزیتهای انتخاب POSS برای این کاربرد ویژه خواهد بود]16[.
حجم این لیگاند نسبت به لیگاندهایی که در گذشتهبرای کمپلکس کردن هلمیوم مورد استفاده قرار گرفته قابل توجه است. از طرفی، در براکی تراپی یک مرحله فعالسازی هلمیوم با تابش نوترون حرارتی وجود دارد لذا واردکردن و پخشکردن کمپلکسهایی با لیگاندهای POSS از آن جهت که کامپوزیتهای حاوی این نانوذرات دارای خواص مقاومت حرارتی و تابشی بالایی هستند، میتواند زمینه جالبی باشد. افزایش خواص زیستسازگاری از یک سو،حجم بالای این ترکیب، داشتن قابلیت کمپلکسشدن با فلزات مختلف (به دلیل داشتن گروههای عاملی الکتروندهنده) و ارایه خواص ویژه در نانوکامپوزیتهایی که در آنها حضور دارد،این ترکیب را به یک انتخاب خوب به عنوان لیگاند هلمیوم در براکیتراپی تبدیل میکند. برای سنتز یک کمپلکس حجیم، ساختار قفس ناقص تری سیلانولی این ترکیب مناسب خواهد بود. در ادامه دربارهی ساختار، شیمی ترکیب POSS و خواص فیزیکی و مکانیکی ناشی از حضور این نانوذره در بسترهای پلیمری بیشتر بحث خواهد شد.
1-7-1 پلی هدرال الیگومریک سیلسسکویی‌اکسان (POSS)
POSS ،نانوذره‌ای است که درسالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار دارد و ابعادی حدود 5/1نانومتر دارد. این ترکیب در ساخت انواع نانوکامپوزیتها برای کاربردهای متفاوت مورداستفاده قرارگرفته است. ترکیب شیمیایی این ماده( (RnSinO1.5n بوده و ساختار آن میتواند از یک صفحه تاحدودی بیشکل تا انواع مختلف چندضلعی، منشوری و مکعبهای کاملا منتظم تغییرکند. این ساختار همچنین میتواند دارای گروههای عاملی فعال بوده یا ساختاری غیر واکنشگر داشته باشد. یکی از ساختارهای رایج این ترکیب قفس کامل است که به عنوان نانوذره در بسترهای پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد. درهرگوشه این مکعب اتمهای Si وجود دارند و به هر اتم سیلیسیوم یک گروه آلی (R) متصل است. این گروه متصل میتواند متیل، بوتیل، سیکلوهگزیل، سیکلوپنتیل و… باشد. در شکل1-3 این ساختار مشاهده میشود.
شکل 1-3 ساختار کلی POSS با گروههای R متصل
در صورتی که گروههای R از انواع سیکلوآلکیل باشند، POSS