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荷能离子生物效应的物理机理研究

苗琦  
【摘要】:随着重离子辐射生物技术在生物育种和治癌技术上的应用逐渐增多,以及太空重离子在人体内潜在生物效应的日益突显,人们迫切需要了解荷能重离子等高LET辐射与生物体的相互作用规律及理论。基于此,本论文主要以物理视角从分子水平和整体水平初步探讨了荷能重离子辐照对DNA分子和其组分等生物分子以及植物干种子的作用规律:(1)选择DNA分子及其基本组成单元:尿嘧啶、胸腺嘧啶、尿苷、胸苷等生物分子为我们的研究对象,以辐射对它们造成的分解量和生成物为参照量,一方面研究不同剂量和能量损失的离子对固体生物分子的作用,讨论离子的作用机制,另一方面研究样品分子结构对辐照结果的影响,讨论生物分子的损伤机理。我们的结果表明,①荷能重离子对生物分子的损伤辐解率和离子注量之间成指数衰减关系,符合辐射生物学靶模型的预期;②对比单个30keV的Ar离子和N离子对厚尿嘧啶分子的损伤,发现样品损伤效率对厚样品来说取决于入射离子在样品中的入射深度,通过与TRIM程序模拟计算结果比较,我们认为并不是核能损产生的移位原子均能给样品分子带来损伤,对一个离子来说,只有单次能量传递超过一定值的时候才能损伤分子,而绝大部分的低级别能量传递无法达到损伤分子的目的,换句话说,分子损伤仅仅跟大能量交换过程有关;③对比相同参数的入射离子对尿嘧啶和尿苷分子的损伤,发现分子结构的不同对样品损伤有着明显影响;④我们考察MeV能量离子的电子能损对样品的损伤效率的影响,发现离子的辐解产额随S_e的增加而增加,当S_e一直增大时,辐解产额趋于饱和;并且电子能损方式沉积的能量比核能损方式沉积的能量具有更高的损伤效率。(2)近代生物学研究结果表明:在活的生物体之间的分子水平的差别不如宏观(即细胞和组织)水平的差别来得显著。因此我们也从整体水平上讨论了生物体的辐照损伤。选用模式植物拟南芥干种子为研究对象,考察拟南芥种子被辐照后的发芽率和存活率两个生物学终点效应,讨论辐射生物学效应的辐射敏感性问题,进一步深入探讨低能离子对生物体的损伤机制。我们的结果发现,入射离子束流强度对拟南芥种子损伤的影响很大,离子辐照靶室的宏观热效


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