浅议核分析技术这门应用科学在生命科学中的应用(第2页)
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探讨微量元素与疾病的关系:在用中子活分析法对常见病患者微量元素的测定过程中,发现这些疾病的发生是与某些微量元素的含量发生变化有关,适当的补充不足的微量元素有助于疾病的治愈和机体的康复I“z。
3、质子激发X射线荧光分析(PIXE)
3.1基本原理
当高能质子辐照某种元素时,如果入射的高能粒子的能量大于被辐照元素原子的内层电子结合能,就可使内层电子电离,使原子处于激发态。根据量子力学的原理,激发态原子不稳定,将遵照一定选择定则产生一系列的电子跃迁,同时发射出元素的特征X射线光量子,使原子从激发态回到基态。根据谱线的能量进行定性,谱线的强度进行定量。
3.2应用
环境科学研究中的应用:采用PIXE分析法可对大气气溶胶样品中10多种元素进行测定,借以探讨大气污染源[‘J。生命科学研究中的应用:有人用PIXE方法对414例食管癌、食管上皮重度增生病人和正常人的头发样品中的12种元素进行
了测定,显示癌症病人与正常人的10种元素(51、S、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Pb、Sr)有显著的差异。食管上皮重度增生病人与正常人的9种元素(51、p、S、Ca、er、Mn、Fe、Ni、Zn)有显著差异,表明头发中微量元素的变化先于食管的癌变,其研究结果可应用于食管癌的早期诊断[“1。
.同步辐射X射级荧光分析同步辐射具有高强度(比X光机发出的X射线强105~10略倍)、天然准直(集中在贮存环电子轨道平面切线方向为中轴的细长光锥内,垂直张角只有零点几个毫弧度)、高度极化(在同步辐射束流中心一接近100%极化)、宽的连续潜等特性。充分利用这些特性,可以显著地提高X射线荧光的灵敏度,改善X射线荧光的信噪比,从而降低X射线荧光检测物质元素含量的检测限。由于同步辐射无韧致辐射本底,对样品损伤极小,因此特别适合于生物、医学样品的无损伤分析。同时它具有大的扫描范围。如高能物理所同步辐射国家实验室的X荧光样品的扫描平台可扫描石0x60mm2。
应用同步辐射亚毫米探针对正常及胃癌病人的胃粘膜切片进行多元素分析,得到P、S、CI、K、Ca、TZ、Mn、Fe、C:、Zn、Se、Br和Rb等元素在组织内的分布情况,结果表明:在胃癌组织中P和K的浓度高于正常组织,而Cl、Ca、Se和Br的情况则相反。在正常组织向癌
组织过渡中,这些元素的浓度呈现有规则地逐渐变化[.1。
S扫描质子橄裸针(SPM)SPM是我国近年来建立的核分析技术,具有几微米的空间分辩率,检测限为10Ppm以上。可作微区多元素分布分析和超微结构分析。
当质子束被聚焦系统收缩成几个微米的微束之后,用一对无铁芯扫描线圈使质子微束在样品表面进行扫描,扫描线圈的电流由IBM一PC计算机控制,通过改变扫描线圈中电流的频率、幅度和偏置,控制微束在样品表面的扫描形式。实验数据按快速随机事件的方式被记录下来。每个事件包括特征X射线能量和对应的XY座标位置信息,经过计算机处理后绘制成元素等面线分布图。上海原子核所199。年建立了SPM系统,质子能量Ep=3MeV,束斑直径为2卜m,束流为1一loPA最大扫描范围为400x400林mZ。
4、扫描艘道显橄技术(STM)
工作原理:在样品和STM的具有单原子大小的针尖之间加偏置电压时,当针尖与样品表面间的距离为10A时,产生隧道电流。这个隧道电流I,它与间距r的关系,为I正比于间距的3次方。针尖在样品表面作X,Y平面扫描时便得到三维隧道电流,将I通过放大器放大后与标志位置的信号送入计算机,经过数据和图象处理得到反映原子排列的STM图象。在同一样品中的不同原子在STM图象上灰度不同,根据图象绘出的信息可进行微区结构的研究。
当今生命科学研究的焦点集中在蛋白质及核酸这两种生物大分子的结构及功能的研究上,生命现象虽然在数百万种生物种属中的表现形式是多种多样的,但生命现象中最本质的东西在不同生物种属中确是高度一致的。蛋白质及核酸这两种生物大分子正是千差万别错综复杂的多层次的生命现象中最本质而又高度一致的物质基础。但是蛋白质及核酸这两种重要的生命大分子的功能只有在活细胞中进行。生命过程所必斋的能量代谢、物质代谢、信息代谢众多的生化生理过程,均是在细胞这个肉眼看不见的处于微米结构范围内的微小王国里进行的。


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