[发明专利]用于单细胞辐射损伤机理研究的软X射线微探针装置

说明书

技术领域

本发明涉及对单细胞以及细胞内不同细胞器进行辐照，研究单细胞辐射损伤以及细胞内不同细胞器的辐射损伤机理，进而研究在辐射损伤中的邻近未照细胞的辐射“旁观”效应以及电离辐射对亚细胞的辐射损伤效应的对同步辐射光进行单色、聚焦，产生准单色的软X射线微探针装置。

背景技术

自1895年X射线被发现以来，部分从事辐射研究的科学家因没有进行有效的防护出现不同程度的辐射损伤以及在辐射治疗癌症过程中效果不理想，生物细胞辐射损伤效应就逐渐受到关注。早期对哺乳动物细胞的辐射损伤研究表明：不同能量的X射线辐射均能造成细胞失活、染色体的畸变、基因突变、DNA单双链的断裂等，进而造成细胞内大分子物质结构的破坏。同时，一般来说，X射线的能量降低，其辐射损伤效应有增强趋势；当X射线能量位于细胞内组成元素的吸收边时(K边、L边等)，由于元素的共振吸收效应，其辐射损伤效应将有所增加。

但是，早期的X射线辐射损伤效应的研究主要是群体的辐射损伤，即一次照射大量的细胞，这主要是因为X射线聚焦困难。直到近年来随着X射线光学元件技术的发展(如波带片)，可以将X射线聚焦到形成50nm甚至更细的光斑。借助于这种X射线微探针，使研究单细胞内细胞核的辐射损伤效应、其他细胞器的辐射损伤对细胞功能的影响以及邻近的未照细胞的辐射损伤效应(“旁观”效应)成为可能。

目前，已有利用不同X射线源产生的微探针进行单细胞辐射损伤的研究，但利用同步辐射所产生的位于“水窗”波段的软X射线微探针用于单细胞的辐射损伤效应研究还未见报道。“水窗”波段软X射线(因为C、O的K吸收边效应的影响，有机物对其的吸收系数要比水的高一个量级)属于低能X射线，细胞的主要组成元素C、N、O的K吸收边均位于该波段内。当该波段的软X射线微探针照射单细胞时，由于共振吸收，在细胞内不同部位产生很高的能量沉积。同时，因为“水窗”波段软X射线穿透能力有限，其在细胞内穿透深度可精确计算，可利用微探针实现对细胞内不同细胞器的定点照射，研究不同细胞器的辐射损伤效应以及其对细胞活性功能的影响。

发明内容

发展“水窗”波段软X射线微探针技术主要目的：

(1)不同剂量的电离辐射对细胞样品的辐射损伤机理，包括细胞内的剂量沉积、细胞内不同细胞器的辐射损伤机理以及其对细胞功能的影响。

(2)研究电离辐射对细胞死亡、辐射损伤修复、细胞内及细胞之间信号传导以及诱导突变等的响应。进而为辐射医药、辐射防护、辐射风险评估以及提高辐射治疗中的效果提供分析依据。

(3)为研究C、N、O元素的K吸收边辐射损伤增强效应提供有效工具。

综上所述本发明目的在于：提供一种用于单细胞辐射损伤机理研究的软X射线微探针装置。

实现上述目的的技术解决方案是这样的：

用于单细胞辐射损伤机理研究的软X射线微探针装置包括反射镜、汇聚波带片、光孔板、支撑膜和显微镜，其中汇聚波带片、光孔板、支撑膜和显微镜同轴，反射镜与汇聚波带片对应，反射镜的入射角为2.5度；

所述汇聚波带片为圆盘状，直径为9mm，中心部设有中心阻挡圆片，中心阻挡圆片以外的环带宽度为50nm；

所述光孔板中部设有小孔，小孔直径为30μm；

所述反射镜和汇聚波带片之间的间距为10500-11000mm，以获得很好的光源相干性。反射镜和汇聚波带片之间设有铝膜，铝膜与汇聚波带片同轴；工作时，光孔板位于汇聚波带片焦点前0.2mm处(汇聚波带片焦距为f≈D×δ/λ，D为汇聚波带片的直径，δ为汇聚波带片的最外环宽度，λ为工作波长)。工作波长不同，汇聚波带片和光孔板之间的距离也不一样。当波长选择2.4nm时，汇聚波带片和光孔板两者之间的间距为187.3mm。

汇聚波带片为衍射光学元件，它将不同波长的软X射线沿光轴方向汇聚在不同焦点上。波长越长，焦距越短。沿着光轴方向移动小孔位置，就可得到不同波长的准单色光。

所述反射镜为平面反射镜，以截除高能的同步辐射光。反射镜表面设有镀镍层以提高其对软X射线的反射效率。

所述铝膜厚度为200-300nm，用以将低能的同步辐射光(＜200eV)滤除，减少后面汇聚波带片的热负载。