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新加坡首個(gè)原子能機(jī)構(gòu)協(xié)作中心:利用加速器進(jìn)行尖端研發(fā)

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離子束應(yīng)用中心將質(zhì)子束聚焦到納米級(jí)分辨率,用于各種應(yīng)用,包括材料科學(xué)研究、生物細(xì)胞成像、納米制造以及法證和遺產(chǎn)樣本研究計(jì)劃。(照片來源:新加坡國(guó)立大學(xué))

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)與新加坡國(guó)立大學(xué)離子束應(yīng)用中心達(dá)成協(xié)作協(xié)議,在從材料科學(xué)和文化遺產(chǎn)到癌癥護(hù)理等多學(xué)科應(yīng)用中強(qiáng)化利用加速器科學(xué)技術(shù)。這是原子能機(jī)構(gòu)在東南亞國(guó)家的首個(gè)協(xié)作中心。

根據(jù)本周簽署的新協(xié)議,原子能機(jī)構(gòu)指定離子束應(yīng)用中心為原子能機(jī)構(gòu)協(xié)作中心,直至2027年。離子束應(yīng)用中心的核心設(shè)施是一臺(tái)離子束加速器,供多學(xué)科研究使用。離子束應(yīng)用中心可以產(chǎn)生高能(兆電子伏)質(zhì)子束和α粒子束,最近借助離子束應(yīng)用中心開發(fā)的尖端納米聚焦系統(tǒng)形成了小到10納米的光斑,這在世界上尚無(wú)他例。一根頭發(fā)絲寬約10萬(wàn)納米。

原子能機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)核科學(xué)和應(yīng)用部的副總干事納賈特·穆赫塔爾說:“原子能機(jī)構(gòu)重視離子束應(yīng)用中心的創(chuàng)新研發(fā)方案及其用于開發(fā)基于快離子的新技術(shù)的無(wú)與倫比的研究基礎(chǔ)設(shè)施。我們已在材料科學(xué)、量子科學(xué)、文化遺產(chǎn)和法證學(xué)領(lǐng)域合作若干年。我很高興讓我們的合作更上一層樓?!?/p>

通過利用加速器產(chǎn)生的快速離子探索材料的原子級(jí)組成和特性,專家們可以研究和開發(fā)綠色技術(shù)所需的新材料,例如用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的改進(jìn)型光伏電池和用于能源儲(chǔ)存的先進(jìn)析氫過程。新協(xié)作中心還將利用基于加速器的技術(shù)確定諸如食品包裝、食品補(bǔ)充劑、玩具及其包裝材料等的來源和真實(shí)性,以強(qiáng)化公眾認(rèn)識(shí)和安全。

新加坡國(guó)立大學(xué)理學(xué)院研發(fā)副院長(zhǎng)許連斌教授說:“將離子束應(yīng)用中心指定為原子能機(jī)構(gòu)協(xié)作中心,證明了我們研究人員所具有的優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新思路和專門知識(shí)。協(xié)作中心將利用基于加速器的技術(shù)研究從材料科學(xué)到放射生物學(xué)等高度相關(guān)的研究課題。我們期待與原子能機(jī)構(gòu)合作,通過地方、地區(qū)和全球研究伙伴關(guān)系促進(jìn)知識(shí)傳播和能力建設(shè),為現(xiàn)實(shí)世界的問題探索解決方案。”

離子束應(yīng)用中心的核顯微鏡光束線可以檢測(cè)含量低到百萬(wàn)分之幾的元素,并以亞微米級(jí)的分辨率顯示其分布。這些能力將用于研究材料的組成、結(jié)構(gòu)和來源,以及文化遺產(chǎn)物品修復(fù)技術(shù)。這在新加坡很有價(jià)值,因?yàn)樾录悠聫膩砭褪莵喬貐^(qū)的貿(mào)易中心。核分析技術(shù)可以提供有關(guān)過去所用材料和技術(shù)的信息,有助于繪制因人員流動(dòng)而造成的制造技術(shù)的變遷圖,還可以幫助確定過去的貿(mào)易路線,以及新加坡在制造工藝品的材料和技術(shù)方面對(duì)該地區(qū)的影響。

這項(xiàng)工作將與新加坡同步輻射源和新加坡國(guó)家文物局協(xié)作完成。作為這一新協(xié)作中心計(jì)劃的一部分,2023年10月3日將在新加坡舉辦國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)關(guān)于核分析技術(shù)用于世界遺產(chǎn)的系列網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)第一次會(huì)議。

一名研究人員在離子束應(yīng)用中心為芯片實(shí)驗(yàn)室樣本準(zhǔn)備饋送線路。協(xié)作中心將利用離子束應(yīng)用中心開發(fā)的質(zhì)子束寫入技術(shù),開發(fā)納米流體芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù),實(shí)現(xiàn)脫氧核糖核酸(DNA)單分子檢測(cè),用于分子生物學(xué)分析,如促進(jìn)臨床診斷和藥物開發(fā)的基因測(cè)序。(照片來源:新加坡國(guó)立大學(xué))

亞細(xì)胞成像和輻照

離子束應(yīng)用中心還有一項(xiàng)利用高聚焦離子束能力的新應(yīng)用,那就是用于放射生物學(xué)的亞細(xì)胞輻照。今年早些時(shí)候,原子能機(jī)構(gòu)啟動(dòng)了一個(gè)新的協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目“利用基于加速器的技術(shù)進(jìn)行亞細(xì)胞成像和輻照”(F11024)。離子束應(yīng)用中心下周將主辦該項(xiàng)目的首次協(xié)調(diào)會(huì)議。

在500納米(亞細(xì)胞)水平上對(duì)活細(xì)胞進(jìn)行離子束照射,可以研究單個(gè)細(xì)胞器(如癌癥治療中的線粒體)對(duì)輻射損傷的反應(yīng)?;陔x子束的成像技術(shù)可以顯示納米顆粒經(jīng)吸收后進(jìn)行的藥物遞送情況,從而研究放射增敏效應(yīng),這有可能改善放射治療的療效。

該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是開發(fā)加速器技術(shù),以便通過質(zhì)子束治療(目前最先進(jìn)的癌癥放射治療方法之一)改進(jìn)和更好地量身定制腫瘤控制方法。將為生物成像開發(fā)基于量子科學(xué)的新型探測(cè)器,讓科學(xué)家能以非侵入方式實(shí)時(shí)查看生物功能。

項(xiàng)目參與者、新加坡國(guó)立大學(xué)副教授安德魯·貝蒂奧說:“加速器技術(shù)在研究輻射對(duì)生物細(xì)胞的影響方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,為深入了解DNA損傷和細(xì)胞反應(yīng)提供了珍貴資料。這些研究發(fā)現(xiàn)有可能轉(zhuǎn)化為臨床試驗(yàn),最終加強(qiáng)放射治療的成果?!?/p>

來自12個(gè)國(guó)家的專家包括來自三個(gè)原子能機(jī)構(gòu)協(xié)作中心(澳大利亞核科學(xué)和技術(shù)組織、日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)和新加坡國(guó)立大學(xué)離子束應(yīng)用中心)的專家將就這個(gè)為期五年的項(xiàng)目開展合作。

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