离子束溅射生物活体靶刻蚀作用的物理机制研究

离子束溅射技术广泛应用于表面刻蚀和制备薄膜，对生物活体表面的刻蚀作用有重要应用前景。本项目研究注入离子能量、质量、入射角度和剂量等物理参数对生物靶材料溅射产额的影响，在离子束溅射与生物靶材料表面之间相互作用模拟基础上，利用SEM、STM和激光共聚焦显微镜等观察低能离子辐照后靶细胞损伤形貌、范围等变化以及溅射对活体组织内部的微损伤；通过对溅射碎片分析，探明生物靶主要组分（细胞壁、膜、骨架材料）对离子溅射刻蚀作用的差异；建立细胞电导率、染料排斥法和TTC染色脱氢酶活性定量分析技术的细胞通透性和活力分析评价体系，优化出生物靶材料细胞刻蚀的离子束注入物理参数。进一步优化细胞刻蚀加工的物理参数和方法，发展基于低能离子束刻蚀的活体细胞规模化加工技术，为离子束细胞加工和介导转基因技术提供理论和方法。

一、基于Monte Carlo计算的离子束植物细胞壁成分刻蚀.利用蒙特卡罗算法对离子束溅射生物靶单一组分的模拟计算，细胞壁是阻碍离子进入的第一道屏障，因此将细胞壁的各种成分纤维素、半纤维素、果胶等分别进行蒙特卡罗计算。结果表明，对于生物材料的主要组分，同一入射能量时，角度越大，则溅射率越大。而对于同一角度，在能量很小时，溅射率是先升高再降低，在能量很高时，溅射率下降很快。.采用质量损失方法验证蒙特卡罗计算结果，通过对纤维素、木聚糖等细胞壁成分离子束溅射，分析离子能量、质量等对不同靶材料刻蚀的情况。实验结果与Monte Carlo计算基本一致。纤维素作为细胞壁的最主要成分，受离子刻蚀程度较小。当在阈能附近溅射时，随着入射离子能量和数量的增加，溅射产额逐渐上升。.二、建立了基于α粒子和CR39检测低能离子辐照番茄皮通透性方法.利用α粒子穿透CR39的特点，构建一个离子束溅射番茄皮对其通透性检测的分析体系。随着离子束剂量增加，通过番茄表皮的α粒子不仅数目增加，而且通过后还剩余较大的能量。相比较N离子和Ar离子处理组的穿透α粒子能谱，Ar离子组的α粒子更多，可见Ar离子比N离子对生物靶的溅射损伤更大。.离子束处理番茄表皮损伤的程度与能量和剂量相关，随着注入离子剂量增加，透过番茄表皮的“外源”DNA分子越多。三、离子束辐照生物小分子和生物组织其成分溅射研究.以生物小分子尿素为靶材料研究结果显示：随着剂量上升和能量增加，尿素溅射产额增加。相同能量下显然氩离子辐照能引起的溅射更显著。.离子束辐照红辣椒表皮收集并分析不同能量、剂量条件下溅射产物中辣椒素含量结果显示。随着入射离子剂量的增加，能够检测到的辣椒素含量逐渐增大后减小，2000dose时达到最大值。使用不同能量的离子处理辣椒表皮样品时，15keV时可收集到的辣椒素含量达最大值。.另外还研究低能离子与中能离子穿透深度与种子存活、后代变异的关系，从更大尺度研究分析比较溅射的生物学效应。也研究低能离子辐照真空对存活的影响，对解释低能离子马鞍型剂量-效应曲线的形成机制，说明在低能离子溅射中真空可能存在一定的促进作用。.本项目已经发表和接收研究论文5篇，其中Sci收录3篇，另外在评审中论文2篇，培养硕士1人、博士研究生2人。