การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการตอบสนองทางรังสีทางชีวภาพของ DNA ต่อการฉายรังสีของอนุภาคที่มีประจุเป็นสิ่งสำคัญในการช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการบำบัดด้วยอนุภาคและปรับปรุงกลยุทธ์การป้องกันรังสี ความเสียหายของดีเอ็นเอในสภาวะที่รุนแรง (เช่น ประสบการณ์ของนักบินอวกาศ เป็นต้น) อาจส่งผลให้เกิดการแตกของเส้นใยคู่ ซึ่งอาจนำไปสู่การกลายพันธุ์ ความผิดปกติของโครโมโซม
และการเปลี่ยนแปลง
ของการแสดงออกของยีน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมีประจุและโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของ DNA นั้นซับซ้อน อย่างไรก็ตาม มีช่องว่างที่สำคัญในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการพึ่งพาความเสียหายของ DNA ประเภทต่างๆ กับโปรตอนพลังงานสูง นักวิจัยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่
เพื่อระบุกลไกที่รังสีไอออไนซ์อาจทำให้สาย DNA เส้นใดเส้นหนึ่งหรือทั้งสองเส้นขาด การค้นพบของพวกเขา ซึ่งรายงานในหนังสือทบทวนทางกายภาพสามารถช่วยปรับปรุงการบำบัดด้วยโปรตอนสำหรับการรักษามะเร็ง และช่วยให้มีการป้องกันที่ดีขึ้นในระหว่างการบินในอวกาศของมนุษย์
และเพื่อนร่วมงานใช้การจำลองทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นขึ้นกับเวลาตามเวลาจริง ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เป็นวิธีที่คำนวณความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของระบบหลายอิเล็กตรอนโดยใช้ฟังก์ชันเดียว จึงถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการคำนวณโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของระบบขนาดใหญ่
ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจึงใช้ เพื่อหาปริมาณในระดับโมเลกุลของการถ่ายโอนพลังงานจากโปรตอนพลังงานสูงไปยัง DNA ที่ถูกละลาย (DNA ล้อมรอบด้วยน้ำ) ซึ่งเป็นสถานะที่ DNA ถูกแยกออกเป็นโซ่ด้านข้างของน้ำตาลและฟอสเฟต และส่วนประกอบแกนหลักของนิวคลีโอเบส
การคำนวณ อธิบายปฏิสัมพันธ์ขนาดใหญ่ระหว่างอิเล็กตรอน โดยใช้ชุดค่าประมาณที่ทำให้สามารถคำนวณโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของ DNA ที่ซับซ้อนเมื่อสัมผัสกับรังสีไอออไนซ์ และศึกษาความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ขึ้นกับเวลา วิธีการคำนวณ สำหรับการคำนวณ นักวิจัยมุ่งเน้นไป
ที่พลังงาน
ทั้งหมดของระบบดีเอ็นเอที่ถูกละลาย ในพลังงานทั้งหมดเป็นฟังก์ชันของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน และโดยการเคลื่อนที่ของโปรตอนด้วยความเร็วคงที่ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานทั้งหมดสามารถใช้วัดการถ่ายโอนพลังงานทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ นักวิจัยได้ศึกษาเส้นทาง
ของโปรตอนที่แตกต่างกันสองเส้นทาง โดยแต่ละเส้นทางใกล้กับบริเวณที่แตกต่างกันของ DNA ได้แก่ โซ่ด้านข้างของน้ำตาล-ฟอสเฟตหรือนิวคลีโอเบส พวกเขาพบว่าการเปลี่ยนแปลงการแพร่กระจาย (การวัดการแยกส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์) ของ DNA เกิดขึ้นใกล้กับเส้นทางของโปรตอนที่ฉายรังสี
และสูงกว่าในวิถีโคจรใกล้กับโซ่ฟอสเฟต ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลของห่วงโซ่น้ำตาลฟอสเฟตดูดซับพลังงานได้มากกว่านิวคลีโอเบส แม่นยำยิ่งขึ้น การจำลองแสดงให้เห็นว่าปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังระบบดีเอ็นเอที่ถูกละลายโดยโปรตอนพลังงานสูงที่เข้ามานั้นขึ้นอยู่กับส่วนของส่วนประกอบดีเอ็นเอ
ที่ใกล้เคียงที่สุด นักวิจัยระบุว่าพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังห่วงโซ่ด้านข้างของน้ำตาลฟอสเฟตนั้นมากกว่าพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังนิวคลีโอเบสมากกว่าสองถึงสามเท่าเมื่อโปรตอนอยู่ใกล้กับองค์ประกอบทั้งสองอย่างเท่าเทียมกัน ดังนั้นการฉายรังสีแบบ มีแนวโน้มที่จะส่งผลให้เกิดความเสียหาย
การค้นพบนี้บ่งชี้ว่ามีความชุกของการก่อตัวของรูอิเล็กตรอนพลังงานสูงในห่วงโซ่ด้านข้างของน้ำตาลและฟอสเฟต ซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของอนุมูลอิสระ อนุมูลอิสระ อะตอมหรือโมเลกุลที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่ จะมีปฏิกิริยาสูงกับสภาพแวดล้อมในท้องถิ่น
และเป็นผลให้สร้างความเสียหายอย่างมากได้ ดังนั้นปฏิกิริยาระหว่างโซ่ด้านข้างของน้ำตาล-ฟอสเฟตและอนุมูลที่สร้างขึ้นสามารถนำไปสู่การแตกหักและทำให้สาย DNA หนึ่งเส้นหรือมากกว่านั้นแตกในที่สุด ตามบทความ ที่มาพร้อมกัน งานนี้ให้ความก้าวหน้าในการศึกษาไดนามิกของปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อน
และพวกเขา
สามารถเป็นได้ ในขณะที่เครื่องสแกนทางการแพทย์เป็นที่ทราบกันดีว่ามีราคาแพงแต่จำเป็นต่อความต้องการของผู้ป่วย ไม่เป็นที่ทราบกันดีนักว่าระบบการตรวจเอกซเรย์ทางอุตสาหกรรมได้รับการออกแบบมาให้มีต้นทุนต่ำ ตัวอย่างของโทโมกราฟอุตสาหกรรมต้นทุนต่ำอาจเป็นระบบอิมพีแดนซ์ไฟฟ้า
ที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดจำนวนหนึ่ง เมื่อติดตั้งแล้ว จะสามารถสร้างภาพที่ให้ข้อมูลได้จากการวัดประมาณ 100 ครั้ง สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับเครื่องสแกนทางการแพทย์ที่อาจใช้ ความเข้มของรังสีเอกซ์100 x 10 6 เพื่อสร้างภาพที่มีรายละเอียดของร่างกายมนุษย์ คำถามสำคัญคือ เราสามารถเรียนรู้เพียงพอ
จากการวัดเพียงไม่กี่ครั้งเพื่อพิสูจน์เอกซเรย์ที่มีความละเอียดต่ำหรือไม่ มีพวกเราที่ตอบว่าใช่ และเรากำลังพัฒนาและสาธิตเครื่องมือและซอฟต์แวร์ แต่เช่นเดียวกับแนวคิดพื้นฐานของการตรวจเอกซเรย์ ความคืบหน้าต่อไปก็เป็นเรื่องของ “เฝ้าดูพื้นที่นี้” ด้านวิศวกรรมกระบวนการ ฟิสิกส์
และการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ยิ่ง เราสามารถรวมความรู้ เบื้องต้น ได้มาก เท่าไหร่ ภาพลักษณ์ที่เราได้รับก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ซึ่งยากต่อการทำซ้ำในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม ควรใช้ความระมัดระวังบางประการ จนกว่าการทดลองโดยละเอียดจะทดสอบแบบจำลองและผลการวิจัยของนักวิจัย
การดูดกลืนแสงโดยโมเลกุลในชั้นบรรยากาศโดยทั่วไปส่งผลให้เกิดกระบวนการทางโมเลกุลพื้นฐานสองกระบวนการ ได้แก่ การเปลี่ยนผ่านแบบไม่มีขอบเขตและการเปลี่ยนผ่านแบบมีขอบเขต การเปลี่ยนแบบไร้ขอบเขตเกิดขึ้นในบริเวณรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีพลังมากกว่าของสเปกตรัม
