医用质子和~(12)C离子束的物理性质研究

质子和重离子在现代放射治疗手段中已起着不可替代的作用,这主要取决于其独特的物理性质。利用一步过程和两步过程的物理模型解释了离子能量损失的机制,同时结合Geant4软件包模拟质子和12C在水中的运输过程,研究了离子束的物理性质,并讨论了计算的结果,说明了质子和12C在医学中应用的优缺点。

不同LET ~(12)C~(6+)离子对生防菌BJ1的辐射诱变效应

选取高低两个LET点(40和60keV/m),剂量点分别为50,100,200,400,600Gy进行辐照处理,研究了生防菌的存活率与突变率的关系,抑菌谱以及活性等。结果表明,在高LET条件下,低剂量辐照就可以得到较多的突变体,并且BJ1有较高的存活率和突变谱,有利于筛选优良的正突变体。因此高LET较低LET有更为明显的辐射诱变效应。

不同能量的高电荷态Ar~(12+)离子辐照对Au纳米颗粒尺寸的影响

报道了在兰州重离子加速器国家实验室电子回旋共振离子源原子物理实验平台上,在室温(293.15K)条件下,用固定剂量(4.3×1011/cm2)的高电荷态40Ar12+离子,辐照沉积在厚度为300nm的金膜表面上、平均直径约为35.3nm的Au纳米颗粒,使其大小发生改变的实验结果.实验中,通过改变入射离子的引出电压,选择不同的能量,利用原子力显微镜(AFM)对辐照前后颗粒的形态和大小进行表征,系统地研究了辐照后Au纳米颗粒的平均直径R与入射离子能量E的变化关系.同时利用碰撞混合模型、熟化(OR)和反熟化(IOR)模型对实验结果进行了详尽地定性讨论.实验和理论均表明:存在临界能量E*,当EE*时,R随E的增大而减小.

84.5MeV~(12)C~(4+)离子诱发金属靶原子发射的Kβ与Kα-X射线强度比值的研究

本实验是在中国科学院兰州近代物理研究所,国家实验室的重离子加速器上完成的.实验用OR-TEC公司生产的HPGe X射线探测器测量了84.5 MeV的12C4+离子轰击Cu,Mo,Ag,Cd,In,Sn,W和Au金属靶产生的K壳层特征X射线谱,计算了Kβ与Kα-X射线强度的比值,并将结果与Scofield用Hartree-Fock-Slater模型计算出的理论值与用其它方法(如:衰变幅射,用光子,电子,质子等粒子与靶相互作用)得到的实验值进行了比较.比较结果表明用84.5 MeV的12C4+离子轰击Cu,Mo,Ag,Cd,In,Sn,W和Au金属靶产生的Kβ与K-αX射线强度比值比理论值和其它实验值要大许多.

低剂量~(12)C~(6+)离子辐照对小鼠胸腺、脾脏细胞周期及DNA损伤的影响

研究低剂量12C6+离子全身辐照对小鼠胸腺、脾脏细胞周期进程及DNA损伤的影响。以0、10、50、75、100和250mGy12C6+离子全身辐照小鼠,照射后6h处死小鼠,用流式细胞仪检测受辐照小鼠胸腺、脾脏细胞在各细胞周期的百分率,用彗星电泳技术检测受辐照小鼠胸腺脾脏细胞的拖尾率和拖尾长度。所有照射组G0/G1期胸腺细胞百分率明显低于对照组,(p<0.05),10～100mGy照射组S期胸腺细胞百分率显著高于对照组(p<0.01),所有照射组(G2/M)期胸腺细胞百分率明显高于对照组(p<0.05);所有照射组G0/G1期脾细胞百分率明显高于对照组(p<0.01),S期脾细胞百分率显著低于对照组(p<0.05)。彗星电泳结果显示低剂量12C6+离子辐照以剂量依赖的方式引起小鼠胸腺脾脏细胞DNA迁移长度及拖尾率的增加。低剂量的碳离子辐射可促进小鼠胸腺细胞DNA合成,对小鼠脾脏细胞产生抑制作用,使其发生G1期阻滞;同时对胸腺及脾脏细胞造成具有明显剂量效应关系的DNA损伤。

硫代葡萄糖苷对~(12)C~(6+)离子束辐射损伤小鼠的保护作用研究

为研究硫代葡萄糖苷(Glucosinolate,简称硫苷)对辐射损伤小鼠的保护作用,预先给小鼠口服不同剂量的硫苷粗提物,两周后给予2Gy~(12)C~(6+)离子束全身均匀辐照。辐照后8h内用流式细胞仪检测受辐照小鼠脑、肝、肺细胞在各细胞周期的百分率,用彗星电泳技术检测受辐射小鼠脑、肝、肺细胞的拖尾率和拖尾长度。与单纯辐照未给药组相比,口服较低剂量的硫苷粗提物,可以使~(12)C~(6+)离子束全身辐照后小鼠的脑、肝、肺细胞中G_0/G_1期细胞百分比显著降低(p<0.05),G_2/M期和S期的细胞百分比明显上升(p<0.05),受辐照损伤细胞的拖尾率和拖尾长度也显著降低(p<0.05),而在中、高剂量组间差异都不显著,无统计学意义。研究表明,较低剂量的硫苷能够降低~(12)C~(6+)离子束辐照时对小鼠脑、肝、肺细胞的损伤,说明硫苷对小鼠辐射损伤具有一定的保护作用。

47 MeV/u ~(12)C与~(133)Cs反应中碘同位素产生截面的Q_(gg)依赖关系

用47 MeV/u 12C离子轰击133Cs靶,应用放射化学分离技术和离线γ射线谱学,得到碘同位素的产生截面。丰中子碘同位素的独立产生截面指数地依赖于Qgg值,而缺中子碘同位素的独立产生截面则偏离这一直线关系。这一事实可对在深部非弹转移过程中产生丰中子碘同位素予以解释。

~(12)C~(6+)离子辐射对细胞存活增殖及模拟失重和辐射对家蚕卵发育的影响

目的:观察重离子辐射后人骨肉瘤细胞MG-63、人胚胎皮肤成纤维细胞ESF-1和人胚胎肝正常细胞HEL-1的生存和增殖情况,及重离子辐射和模拟失重环境处理后家蚕卵的孵化和发育情况,初步探讨重离子辐射对细胞及复合环境对家蚕卵的一些生物学效应.方法:利用超导磁体模拟失重环境,利用重离子加速器产生12C6+离子,用不同剂量辐射细胞和家蚕卵,检测在重离子辐射后细胞的存活和克隆形成能力及复合条件下家蚕卵的发育情况.结果:HEL-1细胞在0.1Gy时存活率已经开始降低,且随辐射剂量的增大这种影响也增加,到1.5Gy时存活率降低50%.ESF-1细胞在1.5Gy时存活率下降约20%,但辐射对骨肉瘤MG-63细胞的存活率影响不大.HEL-1和ESF-1细胞受到0.1Gy的辐射后克隆形成能力就明显降低90.2%和79.1%,而MG-63细胞一直保持较高的克隆形成率,直到1.5Gy时迅速降低75%.家蚕的出蚁率随辐射剂量的增大而降低,到30Gy时出蚁率降到2.22%.当辐射剂量为0～10Gy时,家蚕卵在两种不同重力条件下的孵化率没有明显差异.但当辐射剂量增加到15,20和30Gy时,失重环境明显促进了家蚕卵的孵化.另外,失重环境下家蚕卵的孵化时间比正常条件下缩短约3d左右.同时,高剂量的辐射处理会延迟家蚕幼虫的生长.结论:重离子辐射降低了细胞的存活和增殖能力,同时影响了家蚕从受精卵到幼虫的发育,降低了出蚁率.失重环境可以缩短家蚕卵的孵化时间.

~(12)C与~(133)Cs反应中Ba同位素的Q_(gg)产额依赖

使用47MeV/u12C离子轰击133Cs靶,由多核子转移反应产生Ba同位素。使用放射化学方法,从133Cs和反应产物中分离出产物Ba,再使用高纯Ge探测器测量Ba放射性同位素的γ活性,根据Ba同位素的活度和其他相关数据,确定Ba同位素的产生截面。通过分析测得的Ba同位素的厚靶平均产生截面,发现缺中子Ba同位素的独立截面不遵从规则的Qgg系统性。该结果可用重离子碰撞中的次级过程加以解释。

~(12)C~(6+)重离子辐照对人肝细胞、肝癌细胞端粒酶活性表达的影响

为探索碳离子束辐照对细胞中端粒酶活性的变化,利用兰州近代物理研究所重离子研究装置(Heavy ion research facility in lanzhou,HIRFL)产生的碳离子(31MeV/μ12C6+),以人肝细胞HL-7702,肝癌细胞SMMC-7721为实验对象,用不同剂量1Gy、2Gy、3Gy、4Gy的重离子分别对两种细胞进行照射,用多聚酶链式反应-银染端粒重复序列扩增法(PCR-telomeric repeat amplification protocol,TRAP-PCR)银染端粒重复序列扩增法检测不同剂量下细胞端粒酶活性的变化。结果显示,人肝细胞HL-7702自身没有端粒酶活性,经1Gy辐照后也没有端粒酶活性,在2和3Gy处出现端粒酶活性,4Gy处端粒酶活性又消失。肝癌细胞SMMC-7721在1～3Gy处随着剂量的增大端粒酶活性升高,在4Gy处又开始下降;在1～3Gy处随着时间的推移端粒酶活性随着时间而加强(p<0.05)。分析得知,重离子辐射可以诱导人肝细胞产生端粒酶活性,也可以改变肝癌细胞的端粒酶活性。端粒酶参与细胞受辐照后DNA单链损伤的修复;辐照后DNA双链断裂导致端粒酶活性减弱。本实验使重离子在辐照治疗中的优势得以体现。

~(12)C~(6+)离子辐照对4种农作物种子出苗率及幼苗生长的研究

以能量为80MeV/u的12C6+离子为诱变源辐照油菜、胡麻、大葱和兵豆的干种子后,研究了不同剂量处理对4种农作物M1和M2代种子出苗率及幼苗生长的影响。实验结果表明:重离子所导致的M1代生物学效应因不同的物种而表现出一定的差异,适当剂量C离子辐照促进了油菜和胡麻M1代出苗率和幼苗的生长;而不同剂量的C离子辐照抑制了大葱的出苗率和幼苗的生长;兵豆3个剂量下的出苗率和对照相差很小,但90Gy辐照有利于其生长。到了M2代,4种作物辐照组的发芽率都低于各自的对照组;30Gy剂量下的油菜、胡麻和兵豆长势最好;大葱依然是对照的长势最好。

~(12)C~(6+)照射对小鼠睾丸组织脂质过氧化、SOD活性及细胞周期的影响

为评估重离子照射的生殖毒性,探讨其损伤的可能机制,用0、0.5、1、2或3Gy剂量12C6+离子对性成熟昆明雄鼠下腹部进行局部照射,6h后处死小鼠,取睾丸组织,用流式细胞术检测睾丸细胞凋亡率和细胞周期,用化学试剂盒检测组织中超氧化物岐化酶(SOD)的活性以及脂质过氧化产物丙二醛(MDA)水平。结果表明,与对照组(0Gy)相比,低剂量照射(0.5Gy)组中睾丸组织SOD活性增加(P>0.05),但SOD活力随剂量增加而下降,在2Gy和3Gy照射组中呈显著抑制作用(P<0.05);睾丸组织中MDA含量随剂量增加,2Gy和3Gy照射组呈显著性差异(P<0.05)。流式细胞术检测结果显示,1～3Gy12C6+照射可导致睾丸组织中单倍体、二倍体及四倍体细胞数量显著减少(p<0.01),凋亡率明显增加(p<0.01)以及G2/M期阻滞(p<0.01)。提示12C6+照射可能通过自由基损伤途径,诱发细胞凋亡和细胞周期异常,从而造成睾丸组织损伤,生殖能力下降。本实验结果为抗氧化剂和自由基清除剂用于临床重离子治疗中对性腺的防护提供了理论依据。

~(12)C~(6+)重离子辐照油菜诱变效应研究

用30Gy、90Gy和180Gy 12C6+重离子辐照油菜干种子,研究其对油菜M1代的诱变效应。结果表明不同剂量12C6+重离子辐照使油菜的出苗率、株高和开花率有不同程度的提高,并使开花期提早;30Gy辐照使单株角果数和单株产量有了一定程度的提高;三种辐照剂量都造成了花粉生活力、千粒重和含油量的降低。RAPD扩增结果表明,42个随机引物中有13个引物扩增出差异条带,30Gy、90Gy和180Gy引起的RAPD变异率分别为22.1%、23.7%和36.2%。研究表明,12C6+重离子辐射能有效地引起油菜DNA序列发生改变,从而诱导基因变异,为油菜育种提供丰富的种质材料。

~(12)C~(6+)重离子辐照胡麻种子初步研究

本文研究了6×108cm-2、1.8×109cm-2和3.6×109cm-2的12C6+重离子束辐照对胡麻种子M1代生物学性状和DNA分子多态性等方面的影响。6×108cm-2辐照处理可引起胡麻发芽率提高,促进植株株高,增强花粉活力。同时辐照处理使胡麻种子千粒重和含油量有不同程度提高,辐射剂量越高,两者数值越大,3.6×109cm-2辐射剂量的胡麻种子千粒重和含油量与对照组的相比分别高出了16.5%和19.9%,此外在此剂量处发现了花粉发生了形态变化。辐照处理对胡麻DNA分子也产生了影响,筛选出的14个随机引物可以扩增出清晰、稳定、重复性好的DNA片段,有52个是多态性DNA片段,比率为52.5%。

彗星电泳检测~(12)C~(6+)离子束辐照人类肝L02细胞的DNA损伤效应

以传能线密度为30keV/μm的12C6+离子束辐照人类肝L02细胞,利用彗星电泳技术检测了以DNA链断裂为生物终点的DNA辐射损伤效应。CASP软件分析彗星图像,主要检测尾部DNA(TDNA%)、彗星全长(CL)、尾长(TL)、尾矩(TM)和Olive尾矩(OTM)等指标,SPSS11.5软件进行统计学分析,绘制并拟合TM-剂量曲线。结果显示,辐照以剂量依赖的方式引起L02细胞彗星图像各指标的增大,且TM值与剂量线性正相关。说明12C6+离子束对DNA有较强的致损伤效应,且与剂量正相关。研究为正确评价重离子对人体正常组织的辐射风险及危害提供了一定的基础数据和依据。