基于细胞红外光谱预测乙酰化细胞的辐射敏感性

组蛋白乙酰化是表观遗传修饰的一种重要方式。肿瘤细胞的组蛋白大部分呈现低乙酰化状态,而组蛋白去乙酰化酶抑制剂（histone deacetylase inhibitor,HDACi）可以增加肿瘤细胞的乙酰化水平,诱导细胞周期阻滞及凋亡。曲古菌素A （trichostatin A,TSA）是组蛋白去乙酰化酶抑制剂的代表药物之一,能够提高肿瘤细胞组蛋白和非组蛋白的乙酰化水平。傅里叶变换红外（Fourier Transform Infrared,FTIR）光谱可以对无染色、无标记的生物样品进行无损检测,具有特征性明显、快速、分辨率高、重复性好等优点,已被广泛用于细胞的微观生物过程的研究。本文利用红外光谱技术结合免疫荧光技术的手段,研究TSA处理细胞后的乙酰化作用效果,发现红外光谱中甲基与亚甲基的伸缩振动强度之比能够表征细胞内的乙酰化水平变化,然后基于红外光谱的分析结果预测了乙酰化状态不同的细胞辐射敏感性的变化。结果表明,乙酰化细胞的辐射损伤效应可以通过甲基与亚甲基的伸缩振动强度之比进行评价,且该比值与细胞的辐射敏感性呈正相关,表明红外光谱技术可以辅助预测细胞的辐射敏感性,并进行细胞表观遗传学特征与辐射效应关系的研究。Histone acetylation is one of important epigenetic modifications, and histone in most of tumor cells shows low acetylation state. However, histone deacetylase inhibitor (HDACi) can correct abnormal acetylation status, induce cell cycle arrest and apoptosis. Trichostatin A (TSA) is one of the representatives of histone deacetylase inhibitors, which can inhibit histone deacetylase, increase the acetylation level of histone and nonhistone in cell. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy is a powerful analytical tool which can detect nondestructively, quatitatively and quantitatively biological samples without bio-tagging and bio-labeling. FTIR spectroscopy technology has multiple advantages, including finger-print characteristics, rapid analysis, high resolution and good repeatability. Therefore, it has been widely used in the research of biological processes. This work applied FTIR spectroscopy to study the changes in cells treated with TSA, compared the acetylation level according to FTIR intensity ratio of methyl to methylene stretching vibration, and based on the FTIR analysis predicted the radiosensitivity of the cells with different acetylation levels. As a result, we have verified that the damage caused by radiation in acetylated cells can be evaluated by the ratio of methyl and methylene intensity which is positively correlated with cellular radiosensitivity. Therefore, this work demonstrates that FTIR spectroscopy can be useful for the prediction of radiosensitivity and may also open a door for the study of relationship between epigenetics and radiation bio-effects.     

20 keV质子在聚碳酸酯微孔膜中传输的动态演化过程

测量了20 ke V质子穿过倾斜角为+1?的聚碳酸酯微孔膜后,出射粒子的位置分布、相对穿透率以及电荷纯度随时间的演化.实验发现,能量电荷比E/q≈10~1k V的质子穿过绝缘纳米微孔的物理机理与E/q≈10~0k V和E/q≈10~2k V区域离子有显著不同.对于E/q≈10~1k V的质子穿过绝缘纳米微孔,存在一段相当长的导向建立之前(导向前)的过程,在该时期内出射质子及氢原子的特性和导向建立后的特性有很大差异.在导向前的演化过程中,我们可以观察到出射质子的峰位逐渐向孔轴向附近转移;出射氢原子由束流方向的尖峰以及孔轴向的主峰构成,峰位角保持基本不变且尖峰逐渐消失.这一过程的主要机理为微孔内表面以下的多次随机二体碰撞和近表面镜面反射两种传输方式逐步向电荷斑约束下的"导向效应"过渡的过程.对E/q≈10~1k V区间离子"导向前过程"的完整观测,使得对低能向中能过渡区间离子穿过绝缘微孔膜物理机制和图像有更深入和完整的认识,有助于约10 ke V离子微束的精确控制和应用.     

铁电存储器中高能质子引发的单粒子功能中断效应实验研究

利用中国原子能科学研究院的中高能质子实验平台,针对两款商用铁电存储器开展了中高能质子单粒子效应实验研究,发现其中一款器件在质子辐照下发生了单粒子翻转和单粒子功能中断.本文主要针对单粒子功能中断效应展开了后续实验研究.首先通过改变质子能量对器件进行辐照,发现单粒子功能中断截面随质子能量的提高而增加.为进一步研究器件发生单粒子功能中断的机理,利用激光微束平台开展了辅助实验,对铁电存储器的单粒子功能中断效应的敏感区域进行了定位,最后发现铁电存储器单粒子功能中断是由器件外围电路发生的微锁定导致的.     

SiGe BiCMOS低噪声放大器激光单粒子效应研究

随着CMOS工艺的日益成熟和SiGe外延技术水平的不断提高, SiGe BiCMOS低噪声放大器(LNA)广泛应用于空间射频收发系统的第一级模块. SiGe HBT作为SiGe BiCMOS LNA的核心器件,天然具有优异的低温特性、抗总剂量效应和抗位移损伤效应的能力,然而,其瞬态电荷收集引起的空间单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题.本文基于SiGe BiCMOS工艺低噪声放大器开展了单粒子效应激光微束实验,并定位了激光单粒子效应敏感区域.实验结果表明, SiGe HBT瞬态电荷收集是引起SiGe BiCMOS LNA单粒子效应的主要原因. TCAD模拟表明,离子在CMOS区域入射时,电离径迹会越过深沟槽隔离结构,进入SiGe HBT区域产生电子空穴对并引起瞬态电荷收集. ADS电路模拟分析表明,单粒子脉冲瞬态电压在越过第1级与第2级之间的电容时,瞬态电压峰值骤降,这表明电容在传递单粒子效应产生的瞬态脉冲过程中起着重要作用.本文实验和模拟工作为SiGe BiCMOS LNA单粒子效应抗辐射设计加固提供了技术支持.     

极紫外光源及高荷态离子诱导下甲烷的脱氢通道碎裂机制

CH₄广泛存在于行星大气之中,研究CH₄的解离动力学对了解宇宙中气体演化的过程具有重要的价值.目前,CH₄²⁺ →CH₃⁺+H⁺碎裂通道已被大量研究,但针对该通道的解离机制的解释尚存在一定争议.本实验利用高分辨反应显微成像谱仪,开展了25—44 eV的极紫外(extreme ultraviolet, XUV)光电离实验及1 MeV Ne⁸⁺与CH₄的碰撞实验.通过符合测量得到了CH₃⁺和H⁺两种离子的动能,重构了两体解离的动能释放(kinetic energy release, KER),并研究了CH₄²⁺解离产生CH₃⁺+H⁺解离路径下的碎裂动力学过程.在光电离实验中,观测到KER谱上存在4.75 eV和6.09 e...     

基于有限体积法数值模拟双撕裂模非线性演化

以磁流体理论为基础,采用基于有限体积法的通量差分分裂格式数值求解具有双曲保守律形式的电阻磁流体方程组。编写C++程序对平板几何位形下的等离子体双撕裂模进行了长时间数值模拟,得到双撕裂模不稳定性的演化图景,捕捉到了双撕裂模非线性发展过程中磁场重联的几个典型阶段,讨论了等离子体电阻和两个有理面之间的距离对双撕裂模不稳定性非线性发展的影响。为研究磁流体动力学提供了一种可行的高精度数值算法。     

飞秒激光脉宽对非绝热耦合分子波包运动的影响研究

利用含时波包法研究了强飞秒泵浦-探测激光场中激光脉宽对非绝热耦合NaI分子波包运动的影响.发现波包的振荡周期随脉宽增长而增大,而振荡幅度随脉宽增长而减小.非绝热效应引起的波包在交叉区域的分裂情况影响各态布居.脉宽增长,NaI分子的激发概率增大,而解离概率减小.研究表明调节激光场脉宽可实现对波包运动的控制从而控制态布居的选择性分布.研究结果可以为实验上实现分子的光控制以及量子调控过程提供一定的参考.     

基于SiPM和TCMPC的时间分辨拉曼散射测量技术研究

报道了一种基于硅光电信增管(SiPM)的时间相关多光子计数(TCMPC)技术并将其应用于时间分辨拉曼散射测量。相比于常规基于光电倍增管(PMT)或单光子雪崩二极管(SPAD)的时间相关单光子(TCSPC)技术,由于SiPM可以分辨信号脉冲的具体光子数,基于SiPM的TCMPC技术消除了信号脉冲包含的光子数必须小于等于1的限制,光子计数效率提高了10倍以上,大大节省了测量时间。此外,多光子测量比单光子测量能够得到更好的时间分辨率,时间分辨拉曼散射系统的仪器响应函数(IRF)从单光子81.4 ps缩短至双光子59.7 ps,因而可以用更窄的时间门限抑制荧光本底等噪声对拉曼散射测量的影响。使用TCMPC技术测量CCl₄在0.5和1.5 p.e.两个不同光子数阈值的拉曼峰的峰本比,后者较高的光子数阈值能进一步降低SiPM暗计数噪声的影响,增加了拉曼信号测量的信噪比,测量得到的CCl₄ 459 cm-1拉曼峰的峰本比是前者的6.4倍。将所述新的拉曼散射测量技术与基于PMT和锁相放大器(LIA)的传统拉曼散射测量技术进行了比较研究,前者由于可以使用仅有数十皮秒的测量门限,可以有效抑制荧光、环境杂散光和SiPM暗计数等噪声的影响,所得光谱具有更好的峰本比,测得CCl₄的459 cm-1拉曼峰和Si的一阶拉曼峰的峰本比分别是后者的3.9倍和5.5倍。     

2.45 GHz ECR离子源的微波阻抗匹配

ECR离子源的等离子体阻抗对其微波传输与阻抗匹配设计至关重要。在中国科学院近代物理研究所现有的2.45 GHz ECR 质子源上,对等离子体阻抗进行了测量。首先用水吸收负载代替等离子体负载测量得到了所用微波窗阻抗,然后根据质子源测量数据,推算得到了等离子体阻抗。实验结果表明,脊波导输出端阻抗与后续负载不完全匹配,等离子体阻抗随微波功率变化呈非线性。这些结果为ECR离子源过渡匹配和微波窗的设计提供了参考依据。Plasma impedance of an ECR ion source is important for microwave transmission and impedance matching design. Plasma impedance was measured indirectly with the 2.45 GHz ECR proton source at the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences. In the test, we got microwave window mpedance by using water absorption load instead of plasma load, and the source plasma impedance was derived from the test data with the 2.45 GHz ECR proton source and microwave window impedance. The experimental results show that ridge waveguide output impedance and the subsequent load does not exactly match, plasma impedance variation is nonlinear with microwave power. The achievedresult is useful in the design of ridged waveguide and microwave window.     

强流ECR离子源引出系统研究

为了提高强流ECR 离子源的引出束流品质,分别设计了1# 和2# 引出系统,利用束流引出模拟软件PBGUNS 对1# 和2# 引出系统进行了质子束流引出与传输的模拟计算,结合实际测得的发射度数据分析引出系统,发现2# 引出系统比1# 引出系统引出束流品质高。对ECR 离子源引出系统的电势等位线分布等参数引起的球差进行了简单数学推导及MATLAB 绘图,并结合1# 和2# 引出系统束流相图模拟结果证明了球差会使引出束流品质有效发射度增长,通过适当加大电极孔径可改善束流聚焦情况,得到了束流光学聚焦较好的束流引出系统设计。To improve the quality of extracted ion beam from a high current ECR ion source, 1# and 2# extraction systems were designed and tested. The PBGUNS code was used to simulate the 1# and 2# extraction systems of proton ion beam. The emittance measurement results with the two different extraction systems were compared and analyzed with the simulation, the conclusion that more high quality beam extracted from 2# system than 1# system was got. The formula derivation of ECR ion source extraction system spherical aberration and MATLAB drawing was done by the analyzing on the distribution of extraction field equipotentials, effective emittance increasing caused by spherical berration was proved by 1# and 2# extraction systems beam phase space simulation result, beam focusing would be improved if electrode hole size increasing appropriately and a general concept on good optics focusing of ion beam extraction system was proposed finally.