复旦大学单粒子微束研制进展

建设了一基于复旦大学2×3MV串列加速器的单粒子微束装置。离子束经分析磁铁30°水平偏转传输后再经90°偏转磁铁竖直上行至辐照终端,以内径1.5μm的毛细玻璃管微准直器获取离子微束。采用薄膜闪烁体结合光电倍增管的探测结构对微束离子进行精确探测和计数,并以高压静电偏转开关快速关断束流以实现对离子数目的精确控制。目前实验已获得在质子能量为3 MeV时,能散(能量分布曲线中半高宽FWHM)<60keV、束分辨<2.2μm、定量照射精度>95%的质子微束。本文对复旦大学单粒子微束的束流管道设计、微束获取、束开关及单粒子探测等核心环节的研制进展进行介绍。

单粒子微束品质优化装置研制的设想

对影响单粒子微束装置束品质的因素进行了全面分析,并提出了一种优化单粒子微束装置束品质的方 法——用束流发射度精确测量与粒子束聚焦自动调节装置改进单粒子微束装置瞄准器出口束斑。

单粒子微束装置的研究

介绍了一种用于生物学研究中细胞精确定位辐照的装置———单粒子微束装置的研究进展情况和发展目标。

单细胞单粒子微束的发展及放射生物学应用现状

综述了单细胞单粒子微束的发展及其在放射生物学方面的应用现状。通过准直或聚焦方式,可以将加速器粒子束流在空气中的束斑限定到微米或亚微米大小,而聚焦微束因其更高的空间分辨率和更快的电磁扫描照射速度成为发展主流;借助于先进的荧光显微镜及微速成像技术,当前的粒子微束能够对活细胞辐射诱导DNA损伤的早期响应进行在线可视化观测。微束对单个细胞或亚细胞结构进行精准定量和定位照射的特点,使其成为低剂量效应、辐射诱导旁效应以及亚细胞结构辐射敏感性研究的重要实验工具,正逐步将其应用从细胞培养模型拓展到更为复杂的组织或体内模型,用于研究受照生物样品辐射响应的空间和时间演化规律。

粒子微束辐射生物学效应研究进展

粒子微束能够将单个或精确数目的粒子定点、定位射入靶目标,使得辐射生物学效应的研究由定性走向了定量。本文介绍了辐射目标靶研究,以及低剂量辐射生物学效应、低剂量辐射旁效应和重离子微束辐射生物学效应的研究进展。现代精确粒子微束的建立,有助于进一步研究低剂量辐射和空间辐射等生物学效应。

毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析

利用GEANT4程序对复旦大学单粒子微束的毛细管准直过程进行了蒙特卡罗模拟。计算结果表明:当前采用的1μm孔径、1 mm长度的毛细玻璃管准直器能够引出峰值能量2.2 MeV、能量分辨130 keV、束径2.4μm的质子微束,可达到装置对微束能量与束径分辨的设计指标,从理论上明确了毛细管准直微束引出的可行性。针对影响入射目标细胞微束品质的主要因素,分析了微束品质与准直系统和入射束流各状态参数的依赖关系,为毛细管准直微束的引出与优化提供了必要的理论依据。

细胞质受照射的遗传损伤效应

通过使用精确单粒子微束装置照射人与中国仓鼠杂交AL 细胞细胞质 ,显示α粒子照射细胞质只有轻微的致死率 ,照射 16个α粒子后仍有 76%的细胞可以存活。诱变试验结果发现 ,尽管单个α粒子照射细胞质在CD59基因位点诱变频率较低 ,但 8个或多于 8个α粒子可诱导出高于未受照射对照 3倍的诱变频率聚合酶链式反应 (PCR)分析发现 ,照射细胞质诱导的CD59- 基因突变子其 11号染色体上Wilms肿瘤 (WT)、过氧化氢酶 (CAT)、(H -rasRAS)、甲状旁腺激素(PTH)、(脱脂蛋白 -A1APO -A1)等基因缺失率很小 ,其突变谱类似于自发突变子的突变谱。DMSO或BSO处理细胞的研究显示 ,自由基清除剂DMSO可降低照射细胞质所诱发的CD59基因突变频率 ;与此相反 ,能与细胞内的谷胱甘肽结合的BSO可增加突变频率。结果表明 ,自由基很可能是照射细胞质诱发突变的主要原因之一。此外 ,用IF7单克隆抗体进行的 8-羟基脱氧鸟苷免疫过氧化物酶染色反应发现照射细胞质可在核内引起DNA的氧化损伤。

样品架的计算机控制

在荷电单粒子微束技术中,能够对细胞进行"定点"辐射是这一技术最为显著的特点。要确保这一特点得以实现,必须精确的控制微束装置中样品架的移动。本文中通过对计算机串行端口编程,与连接在串口上的样品架控制器MultiControl 2000进行串行通信,成功地解决了微束系统中细胞在离子束线出口上方的精确定位问题,使定位精度高达到0.025μm,实现了定点辐射。