1. Efectos dosimétricos localizados por emisión de electrones secundarios y Auger en nanopartículas de alto Z.
2. Detección externa de emisiones por desexcitación en nanopartículas de alto Z.
3. Características de haces conformados, geométricamente (tal como haz convergente) o físicamente (como endurecimiento por filtrado) y sus efectos dosimétricos en teranóstica y nanomedicina.

1. Se utilizarán técnicas propias de mecánica cuántica aplicadas a física atómica y de radiaciones para describir los efectos individuales y colectivos, a nivel dosimétrico y de detección externa, debido a la desexcitación, por emisión de electrones secundarios y Auger, y por emisión de fotones característicos, en sistemas constituidos por materiales de alto Z tanto en dilución, como nanoparticulados. Los modelos se basarán, principalmente en el formalismo de Hartree-Fock-Slater y se utilizará bases de datos de acceso restringido para obtener información precisa sobre secciones eficaces relativas, específicamente para modelar ionizaciones por impacto en orbitales internos, a las que el IR del presente proyecto tiene acceso en calidad de liaison officer de Nuclear Energy Agency, NEA (https://www.oecd-nea.org/).
   Se considerará los efectos de bulk, de agregación y la morfología (dimensiones y formas) de las nanopartículas involucradas. Los efectos de auto-absorción, que distorsionan las predicciones teóricas, se abordarán en función de la morfología específica, caracterizando el impacto de ésta en la reducción del efecto. De modo similar, se abordará ña emisión de rayos X característicos, con especial foco en las emisiones K de los materiales de alto Z, caracterizando la eficiencia de producción (yield) en función de la conformación del haz incidente y la disposición de la técnica teranóstica y/o de nanomedicina.

2. Se implementará los modelos teóricos en códigos principales, y validados, de simulación Monte Carlo, a fin de desarrollar herramientas computacionales (subrutinas) capaces de modelar los procesos físicos en técnicas de teranóstica y nanomedicina. Se utilizarán principalmente, los códigos principales FLUKA y PENELOPE, propiedad de NEA. Se desarrollarán/adaptarán módulos específicos a estos códigos principales de simulación a fin de lograr una descripción apropiada de los efectos en sistemas constituidos por nanopartículas de alto Z en material biológico, o bien el empleo de haces conformados especialmente, en geometría o radiológicamente. La definición morfológica de las nanopartículas en el agente radiotrazador y/o radiosensibilizador se abordará por medio de adaptaciones/modificaciones específicas en los correspondientes gestores de geometrías en el tracking de los códigos principales, con el objeto de permitir la presencia de un muy elevado número de cuerpos (nanopartículas) en el sistema de estudio, aspecto que es, en modalidad estándar, limitado a unos pocos cientos o miles de cuerpos. Se realizará el cómputo en estructuras apropiadas (clusters/servers) de alto rendimiento y en cumplimiento de la legislación vigente de NEA a tal fin. Además, se considerará la técnica informática de cómputo multithread para lograr un aprovechamiento de las estructuras de alto rendimiento y reducir los tiempos necesarios para cada simulación.

3. Se utilizará información de mediciones experimentales de dosimetría avanzada, en colaboración con el CoInvestigador externo, para realizar inter-comparaciones sistemáticas con los resultados obtenidos por simulación Monte Carlo. La metodología experimental consiste, brevemente, en la fabricación de sistemas dosimétricos avanzados basados en materiales poliméricos o de oxidación, en los que se infunde suspensiones de nanopartículas de alto Z para cuantificar el realce/refuerzo dosimétrico, a nivel local, debido a la desexcitación de los materiales de alto Z, como respuesta a la radiación ionizante externa. Las propiedades físicas y radiológicas de estos materiales permiten obtener de forma prácticamente directa, y sin correcciones, la descripción de efectos a nivel tejido-equivalente y/o agua-equivalente, y constituyen, preliminarmente, la única herramienta con la capacidad de registrar el realce/refuerzo dosimétrico de manera precisa.

PUBLICACIONES

Modelos teórico-computacionales para procesos avanzados en física médica, teranóstica y nanomedicina.