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Previous issue date: 2016-07-29 / O avanço dos estudos teóricos e experimentais dos processos de interação de radiações ionizantes com o DNA [1]–[7] demonstrou que estas radiações, ao interagirem com sistemas biológicos, podem levar à produção de um número significativo de elétrons secundários. Tais elétrons, por sua vez, ao realizarem colisões inelásticas com biomoléculas, as levam a estados excitados (estados vibracionais e eletrônicos) e à produção de estados ressonantes. Estudos recentes [1], [3], [6] reportam que estes processos têm a real capacidade de causar mutação celular ou necrose, devido à simples e dupla quebra da cadeia de DNA, possuindo, portanto, grande potencialidade danosa a qualquer tecido vivo. Com o intuito de entender melhor estas interações de elétrons de baixa energia com as espécies encontradas em sistemas biológicos, no presente trabalho utilizou-se a Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons para estudar as seções de choque diferenciais (SCD) e integrais (SCI). A região de energias de impacto utilizada foi capaz de promover excitação de níveis vibracionais do tetrahidrofurano (THF) e do álcool α-tetrahidrofurfuril (THFA - α-tetrahydrofurfuryl álcool) e bandas de Rydberg de estados eletrônicos do THFA. Estas espécies moleculares foram escolhidas por serem quimicamente análogas aos anéis de açúcar presentes na estrutura do fosfato-desoxirribose, constituintes do DNA, sendo THFA identificado recentemente, como uma melhor opção análoga à estrutura desoxirribose, quando comparado a sua espécie química semelhante, a molécula de THF. As energias de impacto de elétrons utilizadas para o THFA, foram de 20, 30, 40 e 50eV, enquanto o intervalo angular dos elétrons espalhados foi de 10°- 90°. Já para a molécula de THF, tais energias foram de 15, 20, 30 e 50eV, enquanto que os processos de espalhamento foram estudados na faixa angular de 15º - 90º. Nesse sentido, as SCD’s e SCI’s de THFA, apresentaram sutil diferença das obtidas por Khakoo et al. [8] para THF, em razão de suas propriedades físico-químicas diversas. A importância do momento de dipolo e polarizabilidade das moléculas nos espalhamentos de elétrons foi verificada, principalmente seus reflexos nas SCD’s para os baixos ângulos de espalhamento (≤30°). Foram utilizados, ainda, cálculos teóricos, realizados pela parte teórica deste grupo de pesquisa, para a comparação com os dados experimentais aqui apresentados, obtendo-se excelente concordância, o que levou a comprovação dos modelos utilizados. Ademais, realizou-se a revisão do trabalho de Garland et al. [9], o que demonstrou que a faixa de energia e os poucos modos vibracionais considerados em seu trabalho, derivados de Allan [10], deixam a desejar no que tange a completude dos estudos das propriedades de transporte. A apresentação do trabalho inclui primeiramente os embasamentos teóricos importantes para a análise dos dados obtidos e dos cálculos teóricos realizados. Posteriormente, é apresentado uma descrição do Espectrômetro de Perda de Energia de Elétrons utilizado e a estrutura de análise de dados. Por fim, são apresentados os dados experimentais e teóricos obtidos no trabalho e as discussões. Adicionalmente, é feita uma revisão do conjunto de dados de excitações de estados vibracionais do THF utilizados em outros estudos publicados na literatura, para a obtenção de propriedades de transporte de elétrons neste gás. / The progress of theoretical and experimental studies of ionizing radiation interaction processes with DNA [1]–[7] demonstrated that such radiation when interacting with biological systems can lead to the production of a significant number of secondary electrons. These electrons, in turn, carry the inelastic collisions with biomolecules, leading to the excited states (vibrational and electronic states) and the production of resonant states. Recent studies [1], [3], [6] report that those processes have the actual ability to cause cell mutation or necrosis, due to single and double break of the DNA chain, having therefore, great potential harmful to any living tissue. In order to better understand these interactions of low-energy electrons with the species found in biological systems, we used in this thesis the Electron Energy Loss Spectroscopy to study the differential (DCS) and integral cross sections (ICS). The region of impact energies used was able to promote excitation of vibrational levels of the tetrahydrofuran (THF) and α-tetrahydrofurfuryl alcohol (THFA), and bands of electronic Rydberg states of TFA. These molecular species were chosen because they are chemically similar to sugar rings present in phosphate-deoxyribose structure, DNA constituents, and the THFA recently identified as a best analogous option for deoxyribose structure, when compared to their similar chemical species, the THF molecule. The electron impact energies used for THFA, were 20, 30, 40 and 50eV, while the angular interval of the scattered electrons was 10 ° - 90 °. The THF molecule was studied for energies of 15, 20, 30 and 50eV, while scattering processes were studied in the angular range of 15º - 90º. In this sense, the DCS's and ICS's of THFA showed subtle difference from those obtained by Khakoo et al. [8] for THF, because of their different physical and chemical properties. The role of the dipole moment and polarizability of the molecules in the electron scattering process was observed, especially its effects on DCS's for low scattering angles (≤30 °). Theoretical calculations, carried out by the theoretical part of this research group, were used also in order to compare with the experimental data presented here, resulting in an excellent agreement, which led to confirmation of the models used. In addition, there was a review of work of Garland et al. [9], which has shown that the energy range and the few vibrational modes considered in their work, derived from Allan [10], were underestimating the role of vibrational excitation with respect to completion of studies of the transport properties. The presentation of this work firstly includes the important theoretical background for data analysis and theoretical calculations performed. Posteriorly, is presented a description of the Electron Energy Loss Spectrometer used and the data analysis framework applied. Finally, the experimental and theoretical data at work and discussions are presented. Additionally, is made a review of the set of vibrational states excitations data of THF used in other studies published in the literature for obtaining electron transport properties of this gas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/6109 |
| Date | 29 July 2016 |
| Creators | Duque, Humberto Vargas |
| Contributors | Lopes, Maria Cristina Andreolli, Brunger, Michael James, Fellows, Carlos Eduardo, Costa, Romarly Fernandes da, Cappa, Luiz Fernando, Furones, Maikel Yusat Ballester |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Física, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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