離子束濺射生物活體靶刻蝕作用的物理機制研究

《離子束濺射生物活體靶刻蝕作用的物理機制研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由吳躍進擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：離子束濺射生物活體靶刻蝕作用的物理機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳躍進
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

離子束濺射技術廣泛套用於表面刻蝕和製備薄膜，對生物活體表面的刻蝕作用有重要套用前景。本項目研究注入離子能量、質量、入射角度和劑量等物理參數對生物靶材料濺射產額的影響，在離子束濺射與生物靶材料表面之間相互作用模擬基礎上，利用SEM、STM和雷射共聚焦顯微鏡等觀察低能離子輻照後靶細胞損傷形貌、範圍等變化以及濺射對活體組織內部的微損傷；通過對濺射碎片分析，探明生物靶主要組分（細胞壁、膜、骨架材料）對離子濺射刻蝕作用的差異；建立細胞電導率、染料排斥法和TTC染色脫氫酶活性定量分析技術的細胞通透性和活力分析評價體系，最佳化出生物靶材料細胞刻蝕的離子束注入物理參數。進一步最佳化細胞刻蝕加工的物理參數和方法，發展基於低能離子束刻蝕的活體細胞規模化加工技術，為離子束細胞加工和介導轉基因技術提供理論和方法。

結題摘要

一、基於Monte Carlo計算的離子束植物細胞壁成分刻蝕 利用蒙特卡羅算法對離子束濺射生物靶單一組分的模擬計算，細胞壁是阻礙離子進入的第一道屏障，因此將細胞壁的各種成分纖維素、半纖維素、果膠等分別進行蒙特卡羅計算。結果表明，對於生物材料的主要組分，同一入射能量時，角度越大，則濺射率越大。而對於同一角度，在能量很小時，濺射率是先升高再降低，在能量很高時，濺射率下降很快。 採用質量損失方法驗證蒙特卡羅計算結果，通過對纖維素、木聚糖等細胞壁成分離子束濺射，分析離子能量、質量等對不同靶材料刻蝕的情況。實驗結果與Monte Carlo計算基本一致。纖維素作為細胞壁的最主要成分，受離子刻蝕程度較小。當在閾能附近濺射時，隨著入射離子能量和數量的增加，濺射產額逐漸上升。 二、建立了基於α粒子和CR39檢測低能離子輻照番茄皮通透性方法 利用α粒子穿透CR39的特點，構建一個離子束濺射番茄皮對其通透性檢測的分析體系。隨著離子束劑量增加，通過番茄表皮的α粒子不僅數目增加，而且通過後還剩餘較大的能量。相比較N離子和Ar離子處理組的穿透α粒子能譜，Ar離子組的α粒子更多，可見Ar離子比N離子對生物靶的濺射損傷更大。 離子束處理番茄表皮損傷的程度與能量和劑量相關，隨著注入離子劑量增加，透過番茄表皮的“外源”DNA分子越多。三、離子束輻照生物小分子和生物組織其成分濺射研究 以生物小分子尿素為靶材料研究結果顯示：隨著劑量上升和能量增加，尿素濺射產額增加。相同能量下顯然氬離子輻照能引起的濺射更顯著。 離子束輻照紅辣椒表皮收集並分析不同能量、劑量條件下濺射產物中辣椒素含量結果顯示。隨著入射離子劑量的增加，能夠檢測到的辣椒素含量逐漸增大後減小，2000dose時達到最大值。使用不同能量的離子處理辣椒表皮樣品時，15keV時可收集到的辣椒素含量達最大值。 另外還研究低能離子與中能離子穿透深度與種子存活、後代變異的關係，從更大尺度研究分析比較濺射的生物學效應。也研究低能離子輻照真空對存活的影響，對解釋低能離子馬鞍型劑量-效應曲線的形成機制，說明在低能離子濺射中真空可能存在一定的促進作用。 本項目已經發表和接收研究論文5篇，其中Sci收錄3篇，另外在評審中論文2篇，培養碩士1人、博士研究生2人。