第２４卷第１期Ｖ０１．２４Ｎｏ．１
徐州工程学院学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ）
２００９年３月
ＭＡＲ．２００９低能离子束生物工程及其应用研究进展
王陶１，李文１，陈宏伟１，余增亮２
（１．徐州工程学院，江苏徐州２２１００８；２．中国科学院离子束生物工程学重点实验室，合肥２３００３１）
摘要：２０世纪８０年代中期，我国科学家发现了离子注入生物学效应，并以低能离子与生物体之间存在复杂的相互作用为基础，有目的地对生物体内的遗传物质进行加工、修饰、重组，开辟了农作物、微生物的遗传改良及转基因的新途径，由此开创了离子束生物工程学的先河．文章对离子束生物工程的装置、技术原理、离子注入的生物学效应及其应用作了综合评述．
关键词：低能；离子束生物工程；生物学效应
中图分类号：Ｑ６９１．５文献标志码：Ａ文章编号：１６７４—３５８Ｘ（２００９）０１一ｏ００６一０５
１９２７年，Ｍｕｌｌｅｒ［１］发现了Ｘ线对果蝇的诱变作用，以此为标志在２０世纪初逐步形成了一门新兴交叉学科——辐射生物物理学．此后，多种射线与物理因子被证实具有诱变作用．由于离子辐射是一种重要的辐射源，因而对其开展的一系列理论与应用研究已成为辐射生物学研究的一个重要领域．但长期以来，人们对离子辐射生物效应的研究仅限于高能离子，而低能离子的生物学效应研究由于受到辐射条件和辐照深度的限制，一直被物理学和生物学家所忽视．
离子注入技术最初被用于半导体和金属表面改性研究．上世纪８０年代中期，余增亮等［２３借鉴低能离子辐射对固体材料的表面改性作用，率先将低能重离子用于农作物的育种和改良，于１９８６年首次发现了低能离子注入水稻的生物学效应．为了解释这一现象，他们深入研究了注入离子与生物体相互作用过程，并发现低能离子作为一种优良的诱变源，具有损伤轻、突变率高、突变谱广的特点。此后，将这一原理应用于诱变育种、细胞加工和基因转移，从而开创了离子束生物工程学的先河．随着基础理论与应用研究等方面获得重大突破，特别是提出的质量沉积、动量传递、电荷交换等三因子联合作用来解释低能离子的生物学效应，引起了国内外专家的广泛关注与重视［３］．北京大学、兰州大学等多家单位先后开展并积极参与这方面研究；美国、英国、日本、泰国等国家也相继开展了这方面的研究Ｌ４－６０；Ｅｌ本还将离子束生物技术列为“人类前沿科学计划－Ｅ７３．这些研究不仅促进了核科学的发展，而且也促进了生命科学研究的变革，并有着广泛的应用前景．
１低能离子束生物工程装置与主要工作原理
加速器是用人工的方法产生带电粒子并加速到一定能量的装置，一般由离子源、束线和靶室三个部分组成．离子源产生离子，离子在束线上加速、偏转与聚焦，最终引入靶室辐照生物样品．根据经加速器产生的荷能粒子能量的大小，可以分为高能离子、中能离子与低能离子．高能离子的能量较高，每个离子的荷能在ＭｅＶ级左右，而低能离子，其能量仅有几百个乃至１０ｋｅＶ．低能离子生物工程装置所产生的荷能离子的能量为１００ｋｅＶ以下的离子．其装置示意图见图１，实物见图２．
低能离子束生物工程装置工作原理是由离子源产生离子，而离子源由两个基本部分组成：一是等离子体发生器；二是离子引出系统．等离子体发生器产生等离子体，经由离子引出系统的电场加速，再经过聚焦系统对离子束进行聚焦，而测量系统则对离子的能量、离子数目进行测量，引入靶室．由于荷能离子可以与空气中的气体分子碰撞与电离，因此还增加了真空系统，对装置内部抽真空．
收稿日期：２００８—１１一０６
基金项目：国家自然科学基金项目（１０３７５０６６）；徐州工程学院科研资助项目（ＸＫＹ２００７１０３）
作者简介：王陶（１９７６－），男，四川万潦人，讲师，博士。主要从事离子束生物工程学研究．
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万方数据