SnO2纳米颗粒在X射线辐照水相有机体系中的自由基生成新机制：化学增强效应的突破性证据

本研究通过自旋捕获技术首次揭示SnO2纳米颗粒（NPs）在无氧水-甲醇体系中能显著提升X射线（45 kVp）辐照产生的自由基产率（增强因子1.45±0.11），并提出全新的化学增强（CE）机制：SnO2表面还原形成(SnO2)n•??中间体促进•H原子生成。该发现突破了传统物理增强（PE）理论的局限，为氧化物NPs在放射治疗和生物体系中的自由基调控提供了创新视角。

　　

Highlight

本研究亮点在于发现小尺寸（5-6 nm）SnO₂纳米颗粒在X射线辐照无氧水-甲醇体系中展现出显著的自由基产率提升（k_exp = 1.45±0.11），而蒙特卡洛模拟证实物理增强（PE）效应仅贡献1.02倍剂量吸收。这一反常现象揭示了全新的化学增强（CE）机制。

Results and Discussion

通过自旋捕获-电子顺磁共振（EPR）技术证实，SnO₂@8%SiO₂纳米颗粒表面会发生Sn(IV)还原反应，生成亚稳态的(SnO₂)_n^•??中间体。该物种能高效催化水辐解产物•H原子的生成，进而与甲醇反应产生额外自由基。尺寸效应实验显示，当NPs粒径增大时效应消失，印证了表面反应的关键作用。

Conclusions

我们首次报道了SnO₂纳米颗粒通过非PE机制实现辐射化学增强的现象。这种基于表面还原-催化循环的CE新路径，为设计高效低毒放射增敏剂提供了理论依据，特别适用于乏氧肿瘤治疗等生物医学应用场景。