[发明专利]一种基于分光镜的应用于单离子微束装置的新型离子探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及离子探测及光学领域，尤其是一种基于分光镜的应用于单离子微 束装置的新型离子探测系统。

背景技术

随着人类知识水平的不断积累，认识自然的能力进一步提高，人们越来越关 注自身的生活环境，尤其是电离辐射对健康的影响。研究者为了探求由于电离辐 射引起的生物体损伤，尤其是低剂量辐照与活体细胞或组织相互作用的内在机 理，迫切的需要一种能够精确定位投射定量粒子的装置，即单离子微束。

单离子微束是一种能够精确产生单个离子、定位精度达微米尺度的辐照技术 平台，可以准确地将确定数目的离子投射到目标样品细胞的特定位点，定位精度 在微米至亚微米量级。迄今为止，世界上众多的微束装置中，只是把单粒子微束 作为一种精密辐照源使用，发展方向是离子如何打得更准确、更快，而研究的目 标仍然是生物学终点效应。倘若对现有的单离子微束平台的离子探测系统进行改 进，构建基于单离子束装置的在线检测和分析平台，通过在线无损定量探测单离 子束辐照环境下细胞内生理参量变化，如游离钙离子浓度、胞浆pH值、细胞膜 电位、线粒体膜电位、细胞膜磷脂和受体流动性、细胞内蛋白变化过程等来研究 确定数量的低能离子与活体细胞相互作用的原初过程，则不仅能对理解在外界扰 动因子作用下，在细胞乃至分子水平上所发生的物理、化学和生物学效应具有十 分重要的意义，而且必将对离子束生物学、放射医学、发育生物学、空间生命科 学以及材料辐照损伤微观机理等研究有重大的推动作用(Kadhim et al. Transmission of Chromosomal Instability after Plutonium Alpha-Particle Irradiation. Nature(1992))。

当前在世界各国的微束平台上所使用的离子探测系统基本上可分为两种，一 种为部分前置探测系统，英国著名的CRC Gray实验室的GCI microbeam和中国 科学院等离子体物理研究所的CAS-LIBB microbeam均采用了这种模式，附图 1(a)给出了其示意图(Hu ZW et al.High-localized cell irradiation at the CAS-LIBB single-particle microbeam.Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B-Beam Interactions with Materials and Atoms 2006；244(2)：462-466. Folkard et al.The use of radiation microbeams to investigate the bystander effect in cells and tissues.Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment 2007；580(1)：446-450.)，另一种为后置探测系统，美国哥伦比亚大学著名的RARAF microbeam就采用了该种模式，附图1(b)给出了该种探测模式的示意图(Bigelow et al.Single-particle/single-cell ion microbeams as probes of biological mechanisms. Ieee Transactions on Plasma Science 2008；36(4)：1424-1431)。这两种探测模式的工 作原理如下：