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袁航，小型化离子束生物工程装置研制，合肥工业大学2003年硕士学位论文，2003，3，导师：罗乐副教授 　　小型化离子束生物工程装置(Miniature Ion-implanting facility for　Bioengineering Research})是一种宽束装置，该应用技术己经得到世界范围内的重视。为了发展我国首创的离子束生物工程技术、进一步推广低能离子注入生物技术的需要，对现有的50KeV离子注入诱变装置进行改进，研制一台小型化、傻瓜化的离子束生物工程装置，为辐射一生物学研究提供了一个简便、可靠、实用的物理平台。 　　离子束生物工程装置的主要功能是提供一定能量、电荷态的稳定离子束，在无菌、温度适宜的、无其它干扰因素的环境下注入生物样本，使之发生诱变效应。因此小型离子束生物工程装置的主要部件包括:离子源(包括放电室和引出系统)、真空系统、靶室(植物样本使用)、小靶室(微生物样本使用)、电源系统、冷却系统和监测、控制系统。原有的装置结构复杂，非专业人员操作难度太大，因此研制小型化装置目的在于简化结构，使用方便，成本降低，使离子束生物工程装置能够为广大生物科研机构所接受，进而推广离子束生物工程装置。 本课题的任务就是研制这样一台小型化离子束生物工程装置。本文是在总结一年以来装置研制过程中的经验上写成的。从原理上分析了双潘宁离子源的结构，改进了阴极发射电子的能力，理论计算出离子源的几何参数，并根据实验矫正误差，从而设计出的引出系统可以更加稳定的引出强流离一子束。为了离子束生物工程装置的产业化，采用更简便的控制系统和监测系统。经过测试，研制的小型化离子束生物工程装置能够满足生物实验的要求。并根据这些实际工作经验和理论分析，对小型化离子束生物工程装置的进一步发展提出了新的观点:1,装置的智能控制系统的设想;2、采用更先进的离子源提供优质离子束。 七十多年来，物理化学方法等传统方法用于作物诱变育种取得了许多重要成果。但是这些传统的诱变育种方法往往存在诱变率不够高、突变谱不够广并且突变方向性差的问题。人们试图从自然基因库中获得有用的突变，但自然突变频率相当低，甚至低于10- }}}。因而寻求一种新的诱变率高、频谱广的诱变源，发展有效便利的诱变技术是诱变育种学研究的重要课题。 离子在自然界广泛存在。不管是在生物休内固有的离子还是环境辐射注入到生物体内的离子，都对生命活动产生着重要的影响。 经过60多年的研究讨论，人们不断开发新的诱变源，改进诱变方法。1986年，在中国科学院等离子体物理研究所余增亮研究员带领下，我国科学家.首次发现低能离子注入生物效应，并提出能量沉积、质量沉积和电荷交换三因子引起生物变异的假说，不断得到科学验证，“开辟了遗传改良新途径“。 中国科学院等离子体物理研究所离子束生物工程学重点实验室在低能重离子生物育种领域始终保持国际领先地位。从1989年起，中科院等离子体物理研究所在低能离子生物学方向承担了多项国家和部委科研项目。如国家计委”九五“重点科技攻关项目”离子束应用技术研究“、国家自然科学基金重大项目”低能离子与生物体相互作用研究“等。实验室致力于离子注入生物效应、离子束细胞加工转基因机理、离子束诱变育种及离子束生物工程装置的研究。随着研究的进一步深入，实验对离子束生物工程装置提出新的要求，因此中科院等离子体物理研究所离子成功申请了”十五“国家重点科技攻关项目”离子束应用技术研究”之“离子束育种装置小型化、实用化”子课题。研制小型化、简单化、傻瓜式的新型离子束生物工程装置，推进离子束育种技术的推广。 1. 2低能重离子生物学的发展及现状 地球上的所有生命物质都无时无刻不暴露在各种天然辐射的“轰击”之下，这些天然辐射包括来自太阳的可见光和紫外线，来自地球本身和外层空间的X,Y射线、宇宙射线和进入生物体内的放射性核素的辐射。19?7年MulJer首次发现X射线的诱变作用后，人们开始真正涉及到辐射生物学这个领域[4]，利用各种辐射源来引发生物效应，并研究其机理。直到197h年在Apollo-Soynz飞行中所做的实验刁‘真正发现宇宙射线中的高能重离子对一植物产生诱发突变的现象，这引起广大生物科学家对重离子生物效应的重视，并月.重离子生物学逐渐成为一门新型学科得以发展起来。 因为，高能离子能量高，使得其射程比较一长，实验中一般贯穿实验生物体，不停留在生物体内，所以高能离子与生物体相互作用原初过程研究的对象是追踪离子径迹上所发生的能量转移事件，并未涉及离子能量消耗后是否停在实验生物细胞内囚。虽然我们可以人工产生低能量的离子并使其沉淀在生物体内，但在大多数实验中，人们忽略了注入离子停留在生物体内会与生物体的分子相互作用而产生的效应。因此国外在高能重离子注入引发生物体效应的研究开展的较多，而并未深入开展低能重离子生物效应的