La resonancia paramagnética electrónica (EPR) encuentra aplicaciones en el campo de la determinación de dosis para irradiación: pruebas de irradiación de alimentos y prevención de enfermedades profesionales

November 29, 2024

Con el uso generalizado de los rayos gamma en la industria, la agricultura, la medicina y la alimentación, la medición precisa de la dosis de radiación se ha vuelto cada vez más importante. EPR El espectrómetro es actualmente el único método directo para detectar electrones desapareados en una muestra, lo que permite medir con precisión la dosis de radiación al detectar los radicales libres generados en el material irradiado.

La dosis de radiación se puede clasificar en dosis baja (menos de 1 kGy), dosis media (1-10 kGy) y dosis alta (más de 10 kGy), y sus efectos pueden variar desde ningún síntoma clínico hasta síntomas graves. , síntomas clínicos fatales tempranos y muerte temprana.

Después de décadas de investigación, se han desarrollado diversos métodos químicos, físicos y biológicos para medir la dosis de radiación, incluidos productos multimodales con indicadores fotoacústicos. Con el desarrollo de la biología molecular, se ha reconocido que ciertas moléculas biológicas, como los cromosomas, son sensibles a la radiación y pueden usarse para medir la dosis de radiación. Sin embargo, a altas dosis de radiación, la inactivación de moléculas biológicas puede dificultar el proceso de detección, y los dosímetros biológicos basados en este principio requieren tiempos de procesamiento y análisis de muestras más largos.

Cuando un material es irradiado por diversas radiaciones o neutrones, genera radicales libres. Por lo tanto, utilizar la espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica (EPR) para detectar los radicales libres generados en el material irradiado es un método directo y conveniente. Los dosímetros diseñados con base en EPR para este propósito se denominan dosímetros EPR, que tienen ventajas únicas en comparación con otros dosímetros:

Alta sensibilidad para detectar niveles de dosis clínicamente significativos
Proporciona datos altamente específicos y confiables con suficiente precisión
Amplia gama de cobertura adecuada para una detección rápida
Puede trabajar en varios entornos
No invasivo y no destructivo para la muestra
Instrumentos especializados que son fáciles de operar

Caso 1: Pruebas de irradiación de alimentos

La irradiación de alimentos es el proceso de utilizar radiación para retrasar ciertos procesos fisiológicos (como la germinación y la maduración) en alimentos frescos o para tratar los alimentos con fines como el control de insectos, la desinfección, la esterilización y la prevención del moho, extendiendo así su vida útil. y estabilizar y mejorar su calidad.

Varios alimentos, incluidas carnes, huesos, frutas, frutos secos y alimentos, producen señales EPR detectables de radicales libres cuando se irradian. La intensidad de la señal de los radicales libres está relacionada con la naturaleza de los distintos materiales y métodos de procesamiento, en particular la dosis de radiación. La tecnología EPR es el método más directo para detectar radicales libres.

Figura 1muestra los espectros EPR de una determinada marca de leche en polvo antes y después de la irradiación, con dosis de radiación de 0 kGy, 2,0 kGy, 4,0 kGy, 6,0 kGy y 8,0 kGy. Se puede observar en la figura que casi no hay señal EPR detectable antes de la irradiación, pero después de la irradiación, aparece una señal clara de radicales libres con un valor g cercano a 2,0 y su intensidad aumenta linealmente con la dosis. .

Figura 1: Espectros EPR de leche en polvo con dosis de irradiación de 0 kGy, 2 kGy, 4 kGy, 6 kGy y 8 kGy

Caso 2: Prevención y tratamiento de enfermedades profesionales

La prevención y el tratamiento de enfermedades profesionales son de gran importancia a la hora de evaluar el estado de salud del personal que trabaja cerca de las instalaciones nucleares. A principios de la década de 1980, la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA) seleccionó la alanina como dosímetro para irradiaciones de dosis altas y estandarizó el sistema de medición de alanina-EPR.

La alanina puede formar radicales libres estables después de la irradiación ionizante y su espectro EPRmuestra un pico de cinco líneas con un valor g central de aproximadamente 2. La intensidad de la señal EPR se puede representar mediante la amplitud de la señal o el área bajo la segunda curva integral. Técnicamente, el reactivo de alanina en polvo se puede envasar en pequeñas bolsas o cápsulas para fabricar dosímetros en polvo, o se puede convertir una mezcla de alanina, aglutinantes y lubricantes en dosímetros de alanina sólidos mediante procesos como compresión, fundición o extrusión. Estos dosímetros se pueden llevar al campo junto con el personal y, luego de salir del campo, las muestras se pueden analizar en un espectrómetro EPR. La dosis de radiación recibida por el personal se puede analizar comparando la intensidad de la señal EPR detectada con una curva de calibración.

Figura 2: Espectro EPR del dosímetro de alanina irradiado a una dosis absorbida de 33,7 kGy (izquierda);

Curva de calibración dosis-respuesta de alanina(derecha)

Caso 3: Reconstrucción de la dosis de radiación

La reconstrucción de la dosis de radiación es esencial en caso de exposición accidental a radiaciones ionizantes debido a una guerra nuclear o accidentes nucleares, ya que ayuda a determinar el nivel de radiación nuclear, desarrollar planes de tratamiento de emergencia y realizar investigaciones de accidentes posteriores.

La tecnología EPR desempeña un papel importante en la reconstrucción de la dosis de radiación, especialmente en la evaluación de la dosis de radiación recibida por las personas como resultado de la exposición a la radiación. EPR se puede utilizar para analizar radicales libres inducidos por radiación en muestras de tejido biológico como esmalte dental, uñas y cabello. Estos radicales libres se forman en los tejidos biológicos tras la radiación ionizante, y su concentración es proporcional a la dosis de radiación recibida. Por lo tanto, midiendo la concentración de estos radicales libres, es posible estimar retrospectivamente la dosis de radiación recibida por un individuo.