離子與生物材料作用的原初過程及DNA分子動力學模擬.pdf

1、摘要i輻照生物學的建立，是以1927年Muller發(fā)現(xiàn)X射線的誘變作用為標志的。輻照的種類是多種多樣的。按照荷能載體是否具有靜止質(zhì)量，輻照可分為電磁輻照和粒子輻照。按照能量作用方式的不同，又可分為電離輻照和非電離輻照。1986年首先發(fā)現(xiàn)了低能離子注入生物效應，并很快把這一原理應用于誘變育種、細胞加工和基因轉(zhuǎn)移等領(lǐng)域。在分子和細胞水平上的研究也發(fā)現(xiàn)，離子注入能引起DNA結(jié)構(gòu)的變化和堿基分子結(jié)構(gòu)損傷，使DNA分子單鏈和雙鏈斷裂。低能離子生物

2、學作為輻照生物學與離子注入技術(shù)相交叉的一個全新的分支學科自此獲得很快的發(fā)展。低能離子與生物體相互作用的機理是非常復雜的，其中一個重要課題就是如何解釋人們熟知的低能離子在均質(zhì)材料中理論注入深度小與實際生物效應深度大的矛盾。按照凝聚態(tài)物質(zhì)的阻止本領(lǐng)理論，幾十至幾百keV的離子在生物物質(zhì)中的射程僅為微米量級，不可能穿透4070lxm厚的作物表皮組織而達到胚部。因此，離子如何穿透厚的作物表皮而達到胚部引起遺傳物質(zhì)的變異以及離子注入對生物靶材料的

3、貫穿特性的研究是一個重要的課題。)本工作測量了玉米種皮、葡萄果皮和西紅柿果皮中H.He離子貫穿的透射能譜，這些能譜具有相似的行為大部分在半對數(shù)坐標中有幾乎固定的斜率，這一結(jié)果表明隨著透的增加，透射離子原子數(shù)呈叭廠臺匕拉V.`nna射能量IT指數(shù)形式衰減。因此，我們可以合理地認為很多透射離子原子在貫穿過程中沒有遇到近距離的核碰撞，從而透射能譜具有能依據(jù)電子阻止理論解釋的清晰特征。透射能譜的另一個特征是具有一個截止于非常接近于H`.He`離

4、子入射能量的道數(shù)。這一實驗證據(jù)表明在本實驗所采用的入射能量下，部分He離子可以穿透這些厚生物樣品，并且其中一部分離子在貫穿樣品后僅損失很少一部分能量。摘要品的RBS譜的尾沿與第二層樣品的RBS譜的前沿可以很光滑地連接起來。這表明注入的Ar十離子能夠穿過樣品的第一層(55pm)到達第二層的所有深度。200keVAr離子注入的玉米種皮樣品的三層樣品中均有Ar元素瑞特征X射線信號，表明三層樣品中均有Ar元素存在。電子微探針X射線顯微分析和RB

5、S給出了基本一致的結(jié)果。用電子微探針X射線顯微分析測得的第一層樣品與第二層樣品中的Ar濃度之比(117:47)與RBS測得的結(jié)果符合得很好(兩層樣品中Ar信號的積分計數(shù)之比)。根據(jù)電子微探針X射線顯微分析測量結(jié)果與Ar離子注入劑量，種皮中Ar的濃度分布可表示為以下指數(shù)形式:N(x)=Noe式中No=1.05X10“Jc廳，a=2.1X102Jcm.。這一表達式表明200keVAr離子在玉米種皮中有超常規(guī)的深度分布。以上相關(guān)實驗均證實了低

6、能輕離子和重離子在生物樣品的的深貫穿行為。這一現(xiàn)象無法依據(jù)相同質(zhì)量厚度的傳統(tǒng)凝聚態(tài)靶中的離子射程理論進行解釋。因此這些生物靶的質(zhì)量分布肯定是不均勻的，存在著入射離子很容易貫穿的開放通道。根據(jù)植物解剖學可知，生物靶具有很復雜的質(zhì)量分布不均勻的多相結(jié)構(gòu)。植物種子在成熟和變干的過程中失去水份而留下空洞微區(qū).這種微區(qū)可能會為入射離子提供貫穿開放通道。據(jù)此可以理解生物樣品中的離子深貫穿現(xiàn)象以及由此引起的低能離子入射到種子胚胎部分導致DNA結(jié)構(gòu)變化