РАРАФ - RARAF

РАРАФ
Құрылды1984 (қазіргі орналасқан жерінде)
Зерттеу түріРадиобиология
Зерттеу саласы
Microbeam
ДиректорДэвид Дж. Бреннер
Мекен-жайП.О. 21-қорап
Орналасқан жеріИрвингтон, Нью Йорк
СеріктестіктерКолумбия университеті
Ұлттық денсаулық сақтау институттары
Ұлттық биомедициналық бейнелеу және биоинженерия институты
Веб-сайтwww.raraf.org

The Радиологиялық зерттеу үдеткіші (РАРАФ),[1] орналасқан Колумбия университеті Невис зертханалары кампус Ирвингтон, Нью Йорк Бұл Ұлттық биомедициналық бейнелеу және биоинженерия институты биотехнологиялық ресурстар орталығы (P41)[2] мамандандырылған микро сәуле технология. Нысан қазіргі уақытта 5 МВ Синглетрон айналасында салынған, а бөлшектер үдеткіші ұқсас Ван де Граф.

RARAF микро сәулесі жоғары дәлдікпен өндіре алады:

Тарих

РАРАФ-ты Виктор П.Бонд пен Харальд Х.Росси 1960 жылдардың аяғында ойластырған. Олардың мақсаты моноэнергетикалық көзді қамтамасыз ету болды нейтрондар оқуға арнайы жасалған және жұмыс істеген радиациялық биология, дозиметрия, және микродозиметрия. Нысан 4 МВ шамасында салынған Ван де Граф бөлшектер үдеткіші бастапқыда инжектор ретінде қызмет етті Космотрон, а GeV акселератор жұмыс істейді Брукхавен ұлттық зертханасы (BNL) 1950-1960 жж.

RARAF BNL-де 1967 жылдан 1980 жылға дейін жұмыс істеді, содан кейін ол үшін орын босатылды ISABELLE жобасы, ешқашан аяқталмаған өте үлкен үдеткіш. RARAF үшін жаңа сайт табылды Невис зертханалары туралы Колумбия университеті қайда ол циклотрон бөлшектеліп жатқан болатын. The АҚШ Энергетика министрлігі RARAF-ты Невис зертханаларына көшіруге және оны циклотрон ғимаратында салынған көп деңгейлі жаңа ғимаратқа жинауға қаражат бөлді. Жаңа RARAF 1984 жылдың ортасынан бастап зерттеу үшін жүйелі түрде жұмыс істейді.

RARAF алғашқы үштіктің бірі болды микро сәуле нысандар[3] салынуы керек, және ол әлі күнге дейін жұмыс істеп тұрған жалғыз микро сәуле шығаратын қондырғы.

2006 жылы Ван де Граф орнына жоғары кернеулі инженерлік Еуропадан (HVEE) 5 МВ синглетрон келді Нидерланды.

Microbeam дамыту

NIBIB биотехнологиялық ресурстық орталығы ретінде, RARAF микро сәулелер технологияларын дамытуға және жетілдіруге арналған. Зерттеулер қолданыстағы микро сәулеге бейнелеу техникасын қосуға және жетілдіруге бағытталған. Нейтронды және рентгендік сәулелер де дамуда. Төменде микро сәуленің дамуының кейбір мысалдары келтірілген.

Microbeam объективі

RARAF микро сәулесінде зарядталған бөлшектерді фокустау үшін ан электростатикалық линза алтыдан тұрады квадрупол әрбір үшбұрышпен өз осінің айналасында 90 ° айналдырылған екі үшемге орналастырылған. Әр төртбұрышты триплет алтын электродтар жалатылған 4 керамикалық шыбықтан тұрады. Бұл конструкция үшемдегі үш төртбұрыштың теңестірілуін қамтамасыз етеді және кішкене полюсте және жақсы фокустау қасиеттерінде мүмкіндік береді.

Клеткалық таргеттеу

RARAF микро сәулесінің табиғатына байланысты жасуша ядросы немесе жасуша цитоплазмасы сияқты жасушадан тыс нысандар бірнеше жылдар бойы мүмкін болды. Диаметрі кіші микрометрлік сәулемен ұялы жүйелердегі қосымша мақсатқа қол жетімді. Мысалы, митохондрияға бағытталған алдын-ала радиациялық тәжірибелер тыныс алу жолдарының эпителий жасушаларында жүргізілген.[1]

Микро сәулені бағыттаңыз және түсіріңіз

Микро сәулені сәулелендіру кезінде сәулеленуге жататын жасушалар жоғары жылдамдықты жоғары ажыратымдылықты үш білікті пьезо-электрлік саты көмегімен сәулелік позицияға ауыстырылады.[4] Мақсатты уақытты одан әрі қысқарту үшін және фокустық микро сәуленің коллиматталғаннан айырмашылығы, үдеткіштің шығу терезесіндегі жалғыз жерде шектелмейтіндігін пайдалану үшін біз магниттік катушкаға негізделген жылдам дефлекторды орналастырдық сәулелену кезінде жасушаларды бақылау үшін қолданылатын микроскоптың көру аймағындағы сәулені кез-келген позицияға бұруға мүмкіндік беретін екі квадруполды үштіктер арасында. Магнитті түрде сәулені ұяшық жағдайына жылжыту сахнаны жылжытқаннан гөрі жылдамырақ орындалуы мүмкін. Бұл жүйеде қолданылатын дефлектор сәулені сәулелену уақытын күрт қысқарта отырып, секундына 1000 бөлек орынға жылжыта алады - бұл сахна қозғалысының жылдамдығынан 5 есе артық.

Рентгендік сәуле

RARAF микро сәулесі рентгендік сәулені қосады тән Kα рентген сәулелері Ti-ден. Рентген сәулелері протондарды қалың Ti нысанасына фокустау үшін электростатикалық линзалар жүйесі арқылы жасалады. Пайда болған рентген сәулелері аймақтық тақтайшаның көмегімен демаграфияға ұшырайды. Сипатталған рентген сәулелерін алу үшін қазірдің өзінде фокусталған протондық микро сәулені қолдану арқылы монохроматтық рентген сәулесін (өте төмен шығымдылық) және ақылға қонымды шағын рентген көзін (диаметрі ~ 20 мкм) алуға болады, бұл талаптарды азайтады. аймақ тақтасы.

Механикалық және қауіп-қатерді бағалаудың соңғы нүктелері үшін жұмсақ рентгендік микро сәулелерді қолданудың айтарлықтай пайдасы бар. Заманауи заманауи рентгендік оптика элементтерімен қамтамасыз етілетін кеңістіктің жоғары ажыратымдылығы төмен энергиялы фотондардың (~ 1 кэВ) сіңірілуінен пайда болған локализацияланған зақымдармен үйлеседі, ішкі сәулелердің радио сезімталдығын зерттеудің бірегей құралы болып табылады. жасушалық және ақырында суб-ядролық мақсаттар. Сондай-ақ, аз қуатты рентген сәулелері өте аз шашырауға ұшырайтындықтан, энергиясы ~ 5 кэВ болатын рентген сәулелерін қолдану арқылы микрометрлік дәлдіктегі жеке жасушалармен және / немесе жасушалардың бөліктерімен бірнеше жүз микрометрге дейінгі тереңдікте сәулелендіруге болады. 3-өлшемді құрылымдық жасуша жүйелеріндегі әсер ету сияқты әсерлердің өзектілігін зерттеу үшін тіндік үлгі.

Микро сәулелер бойынша тәжірибелер

RARAF сонымен қатар микро сәулелерді зерттеуге мүдделі биологтарға арналған қондырғы болып табылады. RARAF микро сәулесін қолдана отырып жүргізілген зерттеудің көрнекті тақырыбы - бұл жасуша ішінде де, жасуша арасында да сигналдың берілісі, бұл ішінара ашылуына байланысты қызықтырады. сәулеленудің әсерінен болатын әсер. Ерте жасушааралық сигналды өткізуді зерттеу 2D моноқабатпен қапталған жасушалармен жүргізілді. Жақында жасушадан тыс орта мен технологиялық дамудың маңыздылығына байланысты 3D тіндік жүйелермен байланысты зерттеулер,[5][6] тірі организмдерді қоса,[7] кең таралған.

Микрофлюидтердің қолданылуы

RARAF әртүрлі дамуда микрофлюидті қондырғының сәулелену мүмкіндіктерін қосатын құрылғылар. Микрофлюидтер беретін сұйықтықтар мен биологиялық материалдарды дәл бақылау және манипуляциялау микро сәулемен интерфейс жасау үшін өте қолайлы. Қазіргі уақытта тізімнен тыс қосымша микро сұйықтық жүйелері әзірленуде.

Ағын және ату

Flow and Shoot микро сәулесі жүйесі жасушаларды микрофлюидті канал арқылы нүктемен қиылысатын микро сәуле арқылы тасымалдауға мүмкіндік береді.[8] Жоғары жылдамдықты камера ағыны 1 - 10 мм / с жылдамдықпен ағып жатқан ұяшықтарды динамикалық бағыттауға мүмкіндік береді, бұл сағатына 100000 ұяшыққа жоғары өткізу қабілеттілігін қамтамасыз етеді.

Оптофлюидті жасуша манипуляциясы

Ан оптоэлектронды пинцет платформа RARAF микро сәулесімен байланысқан.[9] Бұл сәулеленуге дейін, сәулелену кезінде және одан кейін жасушалардың орналасуын дәл басқаруға мүмкіндік береді.

Caenorhabditis elegans иммобилизация

RARAF иммобилизациялау үшін микрофлюидтік платформа енгізді Caenorhabditis elegans микро сәулелену кезінде.[10] Құрылғы қалыпты физиологиялық процестерге кедергі келтіретін анестетиктерді қолданудан аулақ болады C. elegans тарылған микрофлидті каналдардағы құрттар. Ішінде нақты қызығушылық аймақтарын бағыттауға болады C. elegans осы технологияны қолдана отырып.

Басқа технологиялар

Кең сәулелену мүмкін. Бөлшектер энергияның сызықтық берілуі (LET) протондар, дейтерондар, гелий-3 және гелий-4 иондарының сәулелерін қолдана отырып, 10-нан 200 кэВ / мкм аралығында болады. Сонымен қатар, жігерлі және жылу нейтрондары және рентген кең сәулелену кезінде қолдануға болады.

Ғалымдарды оқыту

RARAF барлық деңгейдегі ғалымдарды дайындады: орта мектеп оқушылары, магистранттар, аспиранттар, п.ғ.к., аға ғалымдар. Зертхананың бағалауы бойынша, соңғы 5 жылда 45-ке жуық ғалымдар микро сәулелер физикасы мен биологиясы бойынша білім алды.

RARAF - Колумбия университетінің магистранттарға арналған зерттеу тәжірибесі бағдарламасының белсенді қатысушысы.

Сонымен қатар, RARAF а іс жүзінде жаңа микро сәулелерді жасаушыларға арналған оқу орталығы. A виртуалды микро сәулелерді оқыту курсы, бейнематериалдармен және үлестірме материалдармен толықтырылған, Интернетте қол жетімді.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б http://www.raraf.org
  2. ^ http://www.nibib.nih.gov/Research/ResourceCenters/ListState
  3. ^ Б.Д. Майкл, М.Фолкард және К.М. Сыйлық. Кездесу туралы есеп: Жасушалық радиацияға жауап берудің микро сәулелері зондтары, 4-ші Л.Г. Грей семинар, 8-10 шілде 1993 ж. Int. Дж. Радиат. Биол. 65:503-508 (1994). PMID  7908938
  4. ^ Bigelow A, Garty G, Funayama T, Randers-Pehrson G, Brenner D, Geard C. RARAF, АҚШ-тағы бір жасушалы микро сәулелердің сұраққа жауап беру әлеуетін кеңейту. J Radiat Res (Токио). 50 Қосымша A: A21-8 (2009). PMID  19346682
  5. ^ Беляков О.В. т.б. Адамның сәулеленбеген тініндегі биологиялық әсерлер 1 мм-ге дейінгі сәулелену әсерінен пайда болады. PNAS 102:14203-8 (2005). PMID  1612670
  6. ^ Седельникова О.А. т.б. ДНҚ-ның екі тізбекті үзілістері қоршаған тіндердің үш өлшемді модельдерін микро сәулелендіруден кейін қоршаған жасушаларда пайда болады. '«Қатерлі ісік ауруы 67:4295-302 (2007).
  7. ^ Bertucci A, Pocock RD, Randers-Pehrson G және Brenner DJ. C. elegans нематодының микро сәулеленуі. Дж. Радиат. Res. 50 Қосымша A.: A49-54 (2009). PMID  19346684
  8. ^ Гарти Дж т.б. Роман-ағынның жаңа сәулесін жобалау. Radiat Prot дозиметриясы 143(2-4):344-348 (2011). PMC  3108275
  9. ^ Град М т.б. Биологиялық микро сәулеге арналған оптофлюидті жасуша манипуляциясы. Аян. Аспап. 84:014301 (2013). дои:10.1063/1.4774043
  10. ^ Буонанно М т.б. Микроэлементтерде C. elegans нематодының микро сәулелік сәулеленуі. Радиациялық және қоршаған орта биофизикасы 1-7 (2013). дои:10.1007 / s00411-013-0485-6