Relation between biomolecular dissociation and energy of secondary electrons generated in liquid water by fast heavy ions

高速重イオンにより水中で発生した2次電子のエネルギーと生体分子解離の関係

土田 秀次*; 甲斐 健師   ; 北島 謙生*; 松谷 悠佑  ; 間嶋 拓也*; 斎藤 学*

Tsuchida, Hidetsugu*; Kai, Takeshi; Kitajima, Kensei*; Matsuya, Yusuke; Majima, Takuya*; Saito, Manabu*

水中における生体分子と重イオンの相互作用による基礎研究は、放射線生物影響の初期段階の解明へ向けて重要な知見を与えることが期待される。その中で、生体環境を模擬した真空中の液滴標的への重イオン照射実験が進められ、液滴から真空中に飛び出した生体分子グリシンの正イオン及び負イオンの生成収量が計測されているが、その生成メカニズムは未解明であった。そこで、PHITSのイオン飛跡構造解析モードを利用し、重イオンが真空から水に侵入した界面におけるエネルギー付与量を評価し、グリシンの正イオン及び負イオン分子が生成されるメカニズムを解析した。その結果、重イオン照射により発生した2次電子が関与する電離・励起、及び解離性電子付着の誘発量は、生成されたグリシンの正イオン及び負イオンの生成収量と相関があることを見出した。本成果は、放射線生物影響の初期段階の解明へ向けて、新たな科学的知見となるものである。

Fundamental study of interaction between biomolecules and heavy ions in water is very important to predict an initial stage of radiation biological effects. A heavy ion irradiation experiment into droplet target assumed as a biological system in a vacuum was performed to measure production yields of cations and anions for glycine, which was ejected from the droplet target to the vacuum. However, the production mechanisms have been unknown. The PHITS code adapting ion track structure mode was used to analyze the production mechanisms from the dose evaluation at the surface between the vacuum and the water. It is found that induction yields of ionization and excitation, and dissociative electron attachment involved in the secondary electrons were correlated with the production yields of cations and anions of the glycine. The results provide us newly scientific insights to predict an initial stage of radiation biological effects.