Nanopartículas de cobre para dosimetría de radiación ionizante para teranóstica

Abstract

En el presente trabajo se estudia el efecto de la presencia de nanopartículas de cobre infundidas en un sistema dosimétrico PAGAT, por medio de un abordaje basado en simulaciones Monte Carlo, empleando el código PENELOPE, de un sistema compuesto por nanopartículas de cobre estabilizadas y recubiertas con ácido ascórbico. Se caracterizó la respuesta del sistema al ser irradiado con un haz monoenergético de fotones de 150 keV, representativo de aplicaciones de ortovoltaje, y se evaluó el efecto de tres factores principales: el tamaño de la nanopartícula de cobre (de 10 a 300 nm), el espesor del recubrimiento (de 25 a 400 nm) y la densidad del recubrimiento (de 1.162 a 1.650 g/mL). Los resultados indican que existe un ligero aumento en el refuerzo de dosis absorbida en el material de gel dosimétrico PAGAT en función del tamaño de la nanopartícula, una disminución del refuerzo de dosis en el PAGAT a medida que aumenta el espesor del estabilizante, y un efecto competitivo, aunque comparativamente menos significativo, de cambios debido a la densidad del estabilizante. Finalmente, se analizó el espectro de fluencia de fotones para los tres casos estudiados con el fin identificar y evaluar las líneas de fluorescencia características del cobre confirmando la presencia de fotones de rayos X característicos derivados de la presencia de las nanopartículas de cobre, cuya presencia representa un potencial punto de partida para técnicas específicas de imaging.

The present investigation is focused on the effect of copper nanoparticles infused in a PAGAT dosimetry system. Monte Carlo simulations using the PENELOPE code were employed to analyze a system composed of stabilized copper nanoparticles coated with ascorbic acid. The system was subjected to irradiation with a 150 keV monoenergetic photon beam, representative of orthovoltage applications. The study evaluated the influence of three key factors: the size of the copper nanoparticle (ranging from 10 to 300 nm), the coating thickness (ranging from 25 to 400 nm), and the coating density (ranging from 1.162 to 1.650 g/mL). The findings indicate a slight increase in dose enhancement with increasing nanoparticle size. Conversely, an increase in stabilizer thickness leads to a decrease in dose enhancement in the PAGAT system. The effect of changes in stabilizer density on dose enhancement is found to be less significant. Additionally, the photon fluence spectrum was analyzed for the three studied cases to identify and evaluate the characteristic fluorescence lines of copper. This analysis confirms the presence of characteristic X-rays derived from the presence of copper nanoparticles, which could potentially serve as a foundation for specific imaging techniques.