Medical Radiology and radiation safety Medical Radiology and radiation safety Медицинская радиология и радиационная безопасность 1024-6177 2618-9615 37197 10.12737/1024-6177-2020-65-2-50-56 Радиационная физика, техника и дозиметрия Radiation physics, technology and dosimetry Радиационная физика, техника и дозиметрия Development of Chemical Samples Preparation Method to Reduce the Lower Limit of Absorbed Dose Assessment by Electron Paramagnetic Resonance Spectrometry Разработка метода химической пробоподготовки для снижения нижнего предела оценки поглощенной дозы методом спектрометрии электронного парамагнитного резонанса Пантелькин В. П. Pantelkin V. P. Журавлева Валентина Е. Zhuravleva Valentina E. Цовьянов Александр Г. Tsoviyanov Aleksandr G. Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия State Research Center Burnasyan Federal Medical Biophysical Center, Federal Medical Biological Agency Moscow Russian Federation ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия State Research Center Burnasyan Federal Medical Biophysical Center, Federal Medical Biological Agency Moscow Russian Federation 65 2 50 56 https://naukaru.ru/en/nauka/article/37197/view

Цель: Разработка метода химической пробоподготовки для снижения нижнего предела оценки поглощенной дозы методом ЭПР-спектрометрии. Материал и методы: Для проведения работ по изучению влияния химической обработки образцов костного материала в органических растворителях на их ЭПР-спектры было подготовлено необходимое число образцов костей. Они были подвергнуты первичной обработке для отделения костей от остатков мягкой биологической ткани, затем была выделена плотная кость и проведено ее обезжиривание. Далее была проведена серия параллельных опытов по дополнительной химической обработке костных материалов в растворах трех органических восстановителей (гидразин гидрат, диэтитилентриамин и этилендиамин) для уменьшения величины нативного сигнала при проведении работ по реконструкции поглощенных доз методом ЭПР-спектрометрии. Запись спектров ЭПР производилась на спектрометре ELEXSYS E500 фирмы Bruker, снабженном высокодобротным цилиндрическим резонатором SHQE. Облучение образцов проводилось на рентгеновской биологической установке РУБ РУСТ-М1. Результаты: Для уменьшения нижнего предела измерения поглощенной дозы и повышения надежности получаемых оценок значений поглощенной дозы с помощью метода ЭПР требуется уменьшить нативную составляющую ЭПР сигнала, не затрагивая, по возможности, радиационную составляющую сигнала ЭПР. Для достижения такого эффекта была предложена химическая обработка образцов костного материала в растворах аминов, которые воздействуют на коллагеновые соединения, присутствующие в костях и ответственные за появление нативного сигнала в спектре ЭПР. После химической обработки образцов костного материала при 30 °С в течение 30 мин в растворе разных аминов произошло существенное уменьшение амплитуды нативного сигнала, которое составило: 4 для гидразин гидрата, 3,3 для диэтитилентриамина и 2,1 для этилендиамина. Для образцов костного материала, которые подвергались предложенной химической обработке в гидразин гидрате, удается уверенно определить амплитуду радиационного сигнала со значением 2–3 Гр против минимальных значений доз 6–8 Гр для образцов костного материала, которые не подвергались химической обработке. Выводы: Было установлено, что при проведении химической обработки происходит существенное уменьшение нативного сигнала в спектре ЭПР костных материалов, уменьшение же радиационного сигнала при этом незначительно. Сравнение результатов обработки костных материалов в трех органических восстановителях показало, что лучшие результаты дает применение гидразин гидрата при температуре 30 °С в течение 30 мин.

Purpose: Development of a method of chemical sample preparation to reduce the lower limit of the absorbed dose estimation by EPR spectrometry. Material and methods: The required number of bone samples was prepared to study the effect of chemical treatment of bone material samples in organic solvents on their EPR spectra. They were subjected to primary treatment to separate the bones from the remains of soft biological tissue, then a dense bone was isolated and its defatting was carried out. Further, a series of parallel experiments on chemical treatment of bone materials in solutions of three organic reducing agents (hydrazine hydrate, ethylenediamine and diethylenetriamine) were done to reduce the magnitude of the native signal when carrying out works on reconstruction of absorbed doses using EPR spectroscopy. Recording of EPR spectra was performed on the ELEXSYS E500 Bruker spectrometer equipped with a high-q cylindrical resonator SHQE. Irradiation of the samples was carried out on the X-ray biological unit RUB RUST-M1. Results: To reduce the lower limit of detection of the absorbed dose and improve the reliability of the assessment of the absorbed dose using the EPR method, it is required to reduce the native component of the EPR signal without affecting, if possible, the radiation component of the EPR signal. To achieve this effect, a chemical treatment in solutions of amines was proposed, which affect the collagen compounds that present in the bones and which are responsible for the appearance of a native signal in the EPR spectrum. After chemical treatment of bone material samples at 30°C for 30 minutes in a solution of different amines, there was a significant decrease in the amplitude of the native signal, which was: 4 for hydrazine hydrate, 3.3 for diethylenetriamine and 2.1 for ethylenediamine. For bone material samples that were subjected to the proposed chemical treatment in hydrazine hydrate, it is possible to confidently determine the amplitude of the radiation signal by a value of 2–3 Gy against the minimum dose values of 6–8 Gy for bone material samples that were not chemically treated. Conclusion: It was found that during the chemical treatment there is a significant reduction of the native signal in the spectra of EPR of bone materials, the decrease of the radiation signal at the same time was slightly. Comparison of the results of treatment of bone materials in three organic reducing agents showed that the best results are obtained by the use of hydrazine hydrate at a temperature of 30°C for 30 minutes.

 электронный парамагнитный резонанс радиационный сигнал нативный сигнал поглощенная доза кость химическая обработка Electron Paramagnetic Resonance radiation signal native signal absorbed dose bone chemical treatment

Местные лучевые поражения. В кн.: Радиационная медицина. Руководство для врачей-исследователей и организаторов здравоохранения. Под ред. Л.А. Ильина. Т. 2. - М.: ИздАт, 2001, С.161-202. Local Radiation Injuries in: Radiation Medicine. A Guide for Medical Researchers and Health Care Organizers. Ed. by L. A. Ilyin. Vol. 2. - Moscow. IzdAt, 2001:161-202. (in Russ.). Барабанова А.В., Баранов А.Е., Бушманов А.Ю., Гуськова А.К. Радиационные поражения человека. Избранные клинические лекции, методическое пособие. Под ред. А.Ю. Бушманова, В.Д. Ревы. - Москва. 2007. Barabanova AV, Baranov AE, Bushmanov AYu, Guskova AK. Radiation damage to humans. Selected clinical lectures, methodological guide. Eds. by AYu Bushmanov, VD Reva. Moscow, 2007. (in Russ.). Надежина Н.М., Галстян И.А., Сачков А.В., Малиновская И.А. Перспективы диагностики и лечения местных лучевых поражений. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2004:49(4):21-8. [Nadezhina NM, Galstyan IA, Sachkov AV, Malinovskaya IA. Prospects for the diagnosis and treatment of local radiation injuries. Medical Radiology and Radiation Safety. 2004:49(4):21-8. (in Russ.)]. Nadezhina NM, Galstyan IA, Sachkov AV, Malinovskaya IA. Prospects for the diagnosis and treatment of local radiation injuries. Medical Radiology and Radiation Safety. 2004:49(4):21-8. (in Russ.). Галстян И.А., Илевич Ю.Р, Клещенко Е.Д. и др. Возможности ретроспективного определения дозы при лучевых поражениях. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2004;49(5):5-13. Galstyan IA, Ilevich YuR, Kleshchenko ED, et al. Possibilities of retrospective dose estimation in radiation injuries. Medical Radiology and Radiation Safety. 2004;49(5):5-13. (in Russ.). Надежина Н.М., Барабанова А.В., Галстян И.А. Трудности диагностики и лечения пострадавших от воздействия потерянных источников ионизирующего излучения. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2005;50(4):15-20. Nadezhina NM, Barabanova AV, Galstyan IA. Difficulties in diagnosis and treatment of victims of exposure to lost sources of ionizing radiation. Medical Radiology and Radiation Safety. 2005;50(4):15-20. (in Russ.)]. Барабанова А.В. Местные лучевые поражения кожи. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2010;55(5):79-84. Barabanova AV. Local radiation lesions of the skin. Medical Radiology and Radiation Safety. 2010;55(5):79-84. (in Russ.)]. Козицина А.Н., Иванова А.В., Глазырина Ю.А., Цмокалюк А.Н., Ивойлова А.В., Петров А.С. ЭПР-спектроскопия, электрохимические и комбинированные методы анализа. Учеб.-метод. пособие. Под. ред. Ю.А. Глазыриной. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2018. 60 с. Kozitsyna AN, Ivanova AV, Glazyrina YA, Tsmokalyuk AN, Ivoylova AV, Petrov AS. EPR spectroscopy, electrochemical and combined methods of analysis. Training manual. Ed. by AYu Glazyrina. Ekaterinburg: publishing House of Ural University, 2018. 60 p. (in Russ.). Ikeya M. New applications of electron spin resonance: dating, dosimetry and microscopy. Singapore; River Edge: World Scientific, 1993. 500 p. Ikeya M. New applications of electron spin resonance: dating, dosimetry and microscopy. Singapore; River Edge: World Scientific, 1993. 500 p. Samoylov AS, Bushmanov AY, Galstyan IA, Nadezhina NA, Pantelkin VP, Aksenenko AV, et al. Local radiolesion in X-ray inspection specialists. Radiation Protection Dosimetry. 2016;171(1):117-20. Samoylov AS, Bushmanov AY, Galstyan IA, Nadezhina NA, Pantelkin VP, Aksenenko AV, et al. Local radiolesion in X-ray inspection specialists. Radiation Protection Dosimetry. 2016;171(1):117-20. The Radiological Accident in Lia, Georgia. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2014. The Radiological Accident in Lia, Georgia. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2014. Fattibene P, Callence F. EPR dosimetry with tooth enamel: A review. Appl Radiat and Isotopes. 2010;68(11):2033-116. Fattibene P, Callence F. EPR dosimetry with tooth enamel: A review. Appl Radiat and Isotopes. 2010;68(11):2033-116. Скрипник Д.Г. Влияние физико-химической обработки эмали зуба человека на сигнал ЭПР. Автореф. дисс. к.х.н. Обнинск, 2004, 23 с. Skripnik DG. Effect of physical and chemical treatment of human tooth enamel on the EPR signal. Abstract of thesis for the degree of PhD Chem, Obninsk, 2004, 23 p. (in Russ.)].