精確輻照在生物學研究領域的應用



生物學X射線輻照儀是通過人工電子裝置產生的高能X射線(160kV-350kV)對細胞或小動物(清醒狀態和麻醉狀態)進行照射,從而用于干細胞(骨髓移植及分化,飼養層細胞制備、細胞誘變等)、DNA損傷、Cell cycle、細胞培養、血制品照射、腫瘤、信號轉導、免疫、基因治療、放射生物學、藥物研發等生物技術研究。

在生物學研究領域,對需要照射部位的照射劑量過大或過小對實驗結果的影響都是巨大的。下面從幾方面來說明精確輻照的重要性。

第一、電壓越高,X射線的穿透能力越強,如果用一臺160KV的機器發射出的X射線去照射小鼠或大鼠,有的廠家會建議客戶延長照射時間來達到客戶的要求。但是由于X射線的穿透能力不足,能力都集中在表皮,極易造成小鼠或大鼠脫毛、表皮燒焦,甚至死亡。這時就需要有高電壓的X射線輻照儀來照射小鼠或大鼠,一般來說,如果單純的照射細胞、離體組織等,160KV就足夠了;如果需要照射小鼠,就需要225KV以上的電壓;當實驗動物為大鼠的時候,由于大鼠的體積較大,皮膚較厚,就需要320KV以上電壓才能達到實驗要求。有一些不良廠商本身只有160KV的機器,但是為了達到銷售的目的,不管實驗材料是細胞還是小鼠,甚至是大鼠、兔子,都非常不負責任的說他們的這臺設備可以完成客戶的實驗。更有甚者在機器中安裝兩根160KV的球管,就說這是一臺320KV的輻照儀。

第二、從圖一可以看出,在初始照射的5秒內,電壓緩慢升高,最終趨于穩定,這段時間也存在大約2%的照射劑量;在照射完成電壓下降的3秒內,存在大約5-10%的照射劑量。這部分的照射劑量在手動時間控制模式下是被忽略的,所以實際的照射劑量是遠大于設定的照射劑量的。傳統的輻照儀都采用工業PLC系統,在這個系統上只有手動時間控制模式,多年來從未升級。如果采用了基于Windows操作系統的雙向劑量控制模塊就能克服這一弊端,使實際照射劑量基本和設定的照射劑量基本相等。


圖一、手動時間控制模式和劑量自動控制模式的區別

第三、電動升降臺可以準確的調節X射線球管和樣品之間的距離,滿足不同樣品的精確輻照。

第四、多元化、綜合全面的附屬模塊涵蓋了從細胞到小動物,從整體輻照到局部精確輻照,從微小劑量輻照到高劑量的所有需求。所有的配件均為PXi原廠生產,而有的廠家并不是原廠生產,而是國內仿制,質量無法保證。



圖二、電動旋轉載物臺

圖二是一個電動旋轉載物臺,可以保證血液等粘稠類液體的精確輻照。



圖三、PXI-225/320專用細胞& 動物專用輻照培養箱

圖三是一個細胞、動物專用的輻照培養箱,可分別調節溫度、O2和CO2濃度,為細胞 & 動物照射提供一個適宜或特殊的微環境,為輻照生物學的精確化提供了一種合理和有益的解決思路。



圖四、高通量分隔式輻照專用鼠籠

圖四所示的高通量分隔式輻照鼠籠即能滿足高通量小動物輻照的需求,又可避免輻照過程中小動物隨意移動帶來的照射結果不確定性。



圖五、小動物專用局部照射倉

圖五所列為部分小動物專用局部照射倉,可滿足客戶對小動物身體各個部位(包括頭部、頸部、脊椎、四肢等)照射所用。




圖六、各種規格的限束器

  圖六中展示的固定照射野限束器,可精準確定照射野形狀和面積。既有直徑尺寸范圍從小于0.5cm到30cm的標準孔徑限束器,也有適合脊椎或頭部照射的特殊開口限束器。

  第五、使用過X射線輻照儀的人都知道,業界公認最好的瑞士COMET球管和美國GE的高壓發生器,可以保證X射線的穩定性,也可以減少客戶后期的維護成本。

  第六、迅速降低X線球管使用壽命的三個因素。1.燈絲在冷卻狀態下突然升溫,在強大的電子流作用下,燈絲極容易拉斷;2.冷陽極靶面受到高壓撞擊時,靶面易龜裂;3.球管預熱不充分或不規律,也容易導致管芯玻殼裂痕。預熱的目的,是使X射線球管燈絲逐步加溫到正常穩定的工作狀態,基于Windows操作系統的智能自動預熱功能,可以達到自動預熱的目的,延長球管的使用壽命。

  第七、傳統的輻照儀關機時冷卻系統也會立即停止運行,為了保證X射線球管的溫度降至正常水平,因此運行完輻照程序后必須等待5-10分鐘后才能關機。基于Windows操作系統的智能關機冷卻模式,用完后可以直接關機,冷卻系統會繼續自動運行,直到X射線球管的溫度降至允許范圍才會停止,可以節省用戶的寶貴時間。

  第八、下面列舉的文獻從不同的研究方向證實精確輻照在生物學研究領域的應用,供參考。

1、Clinical Cancer Research


2、PLOS ONE


3、Cancer Cell International


4、Cancer Nanotechnology


5、Journal of Orthopaedic Surgery and Research


6、Cell Death and Disease


7、PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY


8、BioMed Research International


9、Oncotarget







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