Interaction of electrons and positrons with molecular systems of biological interest

Resumen

El uso biomédico de las radiaciones está ampliamente extendido hoy en día, tanto para terapia (radioterapia, terapia hadrónica, braquiterapia...) como para radiodiagnóstico. Estas aplicaciones demandan un conocimiento detallado de las interacciones básicas que tienen lugar entre la radiación primaria y los componentes moleculares del medio, a nivel molecular, incluyendo el efecto de las partículas secundarias generadas a lo largo del haz primario, con el fin de caracterizar el campo de radiación apropiado para cada terapia y la evaluación de los riesgos asociados con su aplicación. Dentro de este contexto se desarrolla la presente tesis, la cual proporciona un estudio tanto experimental como teórico de las interacciones de electrones y positrones con moléculas de interés biológico, estando enfocada principalmente en el rango de bajas energía. En primer lugar, durante la tesis se ha desarrollado un modelo combinado para el cálculo de secciones eficaces: a bajas energías se han usado los modelos de scattering SA-SCE o R-matrix, que proporcionan secciones eficaces válidas hasta el umbral de ionización. Estos resultados, se han unido con las CS calculadas en energías más altas mediante el método de IAM-SCAR, que es una forma corregida del modelo de átomos independientes. Con esta metodología combinada, se han calculado secciones eficaces y se han analizado las resonancias para un conjunto de biomoléculas representativas, cubriendo un amplio rango de energías: desde energías de termalización hasta 10 keV. Este procedimiento se ha aplicado a las moléculas no polares antraceno y pirazina, y a las moléculas polares HCN y pirimidina. Los datos obtenidos sirven de input de un modelo de interacción de Monte Carlo, y de esta forma se han incorporado los efectos de baja energía de electrones y positrones. Desde el lado experimental, también se ha estudiado el daño inducido en muestras de ADN por radiación ionizante y electrones de baja de baja energía en condiciones cercanas al ambiente celular, esto es, a temperatura ambiente y presión atmosférica, y rodeadas por diferentes niveles de hidratación y oxígeno. Por último, se ha diseñado y construido una nueva cámara de colisión móvil para su utilización en experimentos en grandes instalaciones.