RARAF - RARAF

RARAF
O'rnatilgan1984 yil (hozirgi joyida)
Tadqiqot turiRadiobiologiya
Tadqiqot sohasi
Mikrobeam
DirektorDevid J. Brenner
ManzilP.O. 21-quti
ManzilIrvington, Nyu York
HamkorliklarKolumbiya universiteti
Milliy sog'liqni saqlash institutlari
Milliy biomedikal tasvirlash va biomuhandislik instituti
Veb-saytwww.raraf.org

The Radiologik tadqiqotlarni tezlashtiruvchi vosita (RARAF),[1] joylashgan Kolumbiya universiteti Nevis laboratoriyalari kampus Irvington, Nyu York a Milliy biomedikal tasvirlash va biomuhandislik instituti biotexnologiya resurs markazi (P41)[2] ixtisoslashgan mikro nur texnologiya. Muassasa hozirda 5MV Singletron atrofida qurilgan, a zarracha tezlatuvchisi a ga o'xshash Van de Graf.

RARAF mikro nurlari yuqori aniqlik va aniqlik bilan ishlab chiqarishi mumkin:

Tarix

RARAF Viktor P. Bond va Harald H. Rossi tomonidan 1960-yillarning oxirida homilador bo'lgan. Ularning maqsadi monoenergetik manbani ta'minlash edi neytronlar o'qish uchun maxsus ishlab chiqilgan va ishlagan radiatsiya biologiyasi, dozimetriya va mikrodosimetriya. Muassasa 4 MV atrofida qurilgan Van de Graf zarracha tezlatuvchisi dastlab uchun injektor bo'lib xizmat qilgan Cosmotron, a 2 GeV tezlatgich ishlaydigan Brukhaven milliy laboratoriyasi (BNL) 1950 va 1960 yillarda.

RARAF 1967 yildan 1980 yilgacha BNLda ishlagan, u uchun joy ajratish uchun demontaj qilingan ISABELLE loyihasi, hech qachon tugallanmagan juda katta tezlatgich. RARAF uchun yangi sayt topildi Nevis laboratoriyalari ning Kolumbiya universiteti qayerda siklotron qismlarga bo'linayotgan edi. The AQSh Energetika vazirligi RARAF-ni Nevis laboratoriyalariga ko'chirish va uni siklotron binosi ichida qurilgan yangi ko'p bosqichli inshootda qayta yig'ish uchun mablag 'ajratdi. Yangi RARAF 1984 yil o'rtalaridan beri tadqiqot uchun muntazam ravishda ishlaydi.

RARAF dastlabki uchlikdan biri edi mikro nur inshootlar[3] barpo etilishi kerak va u hali ham ishlaydigan yagona asl mikrobeam inshootidir.

2006 yilda Van de Graf o'rniga yuqori voltli muhandislik Europa (HVEE) dan 5 MV quvvatli Singletron bilan almashtirildi Gollandiya.

Microbeam rivojlantirish

NIBIB biotexnologiya resurs markazi sifatida RARAF mikro nurlanish texnologiyalarini rivojlantirish va takomillashtirishga bag'ishlangan. Ishlanmalar mavjud mikro nurga tasvirlash texnikasini qo'shish va takomillashtirishga qaratilgan. Neytron va rentgen mikro nurlari ham rivojlanish bosqichida. Mikrobeam rivojlanishining ba'zi bir misollari quyida keltirilgan.

Mikrobeam ob'ektiv

RARAF mikro nurlanishida zaryadlangan zarralarni fokuslash uchun an elektrostatik ob'ektiv oltitadan iborat to'rtburchak har bir ketma-ket to'rtburchak bilan o'z o'qi atrofida 90 ° aylantirilgan ikkita uchlikdan foydalaniladi. Har bir to'rtburchak uchlik oltin elektrodlar bilan qoplangan 4 ta sopol novdadan iborat. Ushbu dizayn uchburchakda uchta to'rtburchakning birlashishini ta'minlaydi va kichik qutb oralig'i va yaxshi fokuslash xususiyatlarini beradi.

Subcellular targeting

RARAF mikro nurlarining tabiati tufayli hujayra yadrosi yoki hujayra sitoplazmasi kabi hujayra osti maqsadlari bir necha yillardan buyon amalga oshirib kelinmoqda. Doimiy ravishda mavjud bo'lgan mikrometr diametrli nur bilan, uyali aloqa tizimlarida qo'shimcha maqsadlarga erishish mumkin. Masalan, mitoxondriyalarni nishonga oluvchi dastlabki radiatsion tajribalar kichik nafas yo'llari epiteliy hujayralarida o'tkazilgan.[1]

Mikrobeamni yo'naltiring va torting

Mikrobeam nurlanishi paytida nurlanishi kerak bo'lgan hujayralar yuqori tezlikda yuqori aniqlikdagi uch o'qli piezoelektr bosqichi yordamida nurlanish holatiga o'tkaziladi.[4] Maqsadni qisqartirish vaqtini yanada qisqartirish va fokuslangan mikro nurning kollimatsiyalanganidan farqli o'laroq, tezlatgich chiqish oynasida bitta joy bilan cheklanmaganligidan foydalanish uchun biz magnit-spiralga asoslangan tez deflektorni joylashtirdik. nurlanish paytida hujayralarni kuzatish uchun ishlatiladigan mikroskopning ko'rish sohasidagi nurni istalgan holatga burish imkonini beradigan ikkita to'rtburchak uchlik o'rtasida. Magnit bilan nurni hujayra holatiga o'tkazish sahnani siljitgandan ancha tez bajarilishi mumkin. Ushbu tizimda ishlatiladigan deflektor nurni soniyada 1000 ta alohida joyga ko'chirishi mumkin - bu sahna harakatining tezligidan 5 baravar ko'p - nurlanish vaqtini keskin kamaytiradi.

Rentgen nurlari

RARAF mikro nurlari yordamida rentgen nurlarini qo'shmoqda xarakterli Ka x nurlari Ti dan. X nurlari protonlarni qalin Ti nishoniga yo'naltirish uchun elektrostatik ob'ektiv tizimi yordamida hosil bo'ladi. Yaratilgan rentgen nurlari zonalar plitasi yordamida demagnizatsiya qilinadi. Xarakterli rentgen nurlarini hosil qilish uchun allaqachon yo'naltirilgan protonli mikro nur yordamida deyarli monoxromatik rentgen nurini (juda past rentabellikga ega rentgen nurlari) va talablarni kamaytirib, oqilona kichik rentgen manbasini (~ 20 mm diametrli) olish mumkin. zonalar plitasi

Mexanik va xavf-xatarlarni baholashning so'nggi nuqtalari uchun yumshoq rentgen nurlarini ishlatishda katta foyda bor. Zamonaviy zamonaviy rentgen optikasi elementlari bilan erishiladigan yuqori fazoviy rezolyutsiya, past energiyali fotonlarning (~ 1 keV) singishi natijasida hosil bo'lgan lokalizatsiya qilingan zarar bilan birlashganda, sub-radioaktivlikni sezgirligini tekshirish uchun noyob vosita hisoblanadi. uyali va oxir-oqibat yadroviy maqsadlar. Bundan tashqari, kam energiyali rentgen nurlari juda kam tarqalib ketganligi sababli, ~ 5 keV energiyali rentgen nurlari yordamida mikrometrning aniq hujayralari va / yoki hujayralar qismlarini bir necha yuz mikrometrgacha chuqurlikda nurlantirish mumkin bo'ladi. 3-o'lchovli tuzilgan hujayra tizimlarida kuzatuvchi ta'siri kabi ta'sirlarning dolzarbligini o'rganish uchun to'qima namunasi.

Mikrobeam tajribalari

RARAF, shuningdek, mikro nurlarini o'rganishga qiziqqan biologlar uchun foydalanuvchi ob'ektdir. RARAF mikro nurlaridan foydalangan holda olib borilgan tadqiqotlarning eng muhim mavzusi - bu hujayralar ichida ham, hujayralar o'rtasida ham signallarni o'tkazuvchanligi, bu qisman radiatsiyadan kelib chiqadigan ta'sir. Dastlabki hujayralararo signal uzatishni o'rganish ishlari 2D monolayerlarda ishlangan hujayralar bilan amalga oshirildi. Yaqinda hujayradan tashqari muhit va texnologik rivojlanishning ahamiyati tufayli, 3D to'qimalar tizimlarini o'z ichiga olgan tadqiqotlar,[5][6] shu jumladan tirik organizmlar,[7] keng tarqalgan.

Mikro suyuqliklarning qo'llanilishi

RARAF turli xil rivojlanmoqda mikrofluidik ob'ektning nurlanish qobiliyatiga qo'shimcha qurilmalar. Suyuqlik va biologik materiallarni mikroto'lqinli vositalar tomonidan aniq boshqarilishi va boshqarilishi mikro nurlar bilan aloqa qilish uchun juda yaxshi. Hozirda bu erda sanab o'tilganlardan tashqari qo'shimcha mikrofluik tizimlar ishlab chiqilmoqda.

Oqim va otish

"Oqish va otish" mikro nurlanish tizimi hujayralarni mikrofluidli kanal orqali boshqarilib, nuqta bilan kesib o'tuvchi mikro nurni tashishga imkon beradi.[8] Yuqori tezlikdagi kamera oqim tezligini 1 - 10 mm / s bo'lgan oqim xujayralarini dinamik ravishda yo'naltirishga imkon beradi, bu esa soatiga 100000 xujayraning umumiy o'tkazuvchanligini oshirishga imkon beradi.

Optofluidik hujayra manipulyatsiyasi

An optoelektronik cımbız platforma RARAF mikro nurlari bilan bog'langan.[9] Bu nurlanishdan oldin, paytida va keyin hujayra holatini aniq manipulyatsiya qilishga imkon beradi.

Caenorhabditis elegans immobilizatsiya

RARAF immobilizatsiyasi uchun mikrofluik platformani amalga oshirdi Caenorhabditis elegans mikro nurlanish nurlanishi paytida.[10] Qurilma oddiy fiziologik jarayonlarga xalaqit beradigan anestezikani ishlatishdan saqlaydi C. elegans konusning mikrofluid kanallaridagi qurtlar. Ichida qiziqishning aniq mintaqalarini nishonga olish mumkin C. elegans ushbu texnologiyadan foydalangan holda.

Boshqa texnologiyalar

Keng nurli nurlanishlar ham mumkin. Zarralar chiziqli energiya uzatish (LET) proton, deyteron, geliy-3 va geliy-4 ionlari nurlaridan foydalangan holda 10 dan 200 keV / mm gacha mavjud. Bundan tashqari, baquvvat va termal neytronlar va rentgen nurlari keng nurlanishda ishlatilishi mumkin.

Olimlarni tayyorlash

RARAF barcha darajadagi olimlarni tayyorladi: o'rta maktab o'quvchilari, magistrantlar, aspirantlar, dotsentlar va katta olimlar. Laboratoriya hisob-kitoblariga ko'ra, so'nggi 5 yil ichida 45 ga yaqin olim mikro nurlar fizikasi va yoki biologiya bo'yicha bilim oldi.

RARAF - Kolumbiya universiteti talabalari uchun tadqiqot tajribasi dasturining faol ishtirokchisi.

Bundan tashqari, RARAF a amalda yangi mikro nurlar ishlab chiqaruvchilar uchun o'quv markazi. A virtual mikro nurlarni tayyorlash kursi, video va tarqatma materiallar bilan to'ldirilgan, shuningdek, Internetda mavjud.

Adabiyotlar

  1. ^ a b http://www.raraf.org
  2. ^ http://www.nibib.nih.gov/Research/ResourceCenters/ListState
  3. ^ B.D. Maykl, M. Folkard va K.M. Mukofot. Uchrashuv haqida hisobot: Uyali radiatsiya ta'sirining mikro nurli probalari, 4-L.H.Grey ustaxonasi, 1993 yil 8-10 iyul. Int. J. Radiat. Biol. 65:503-508 (1994). PMID  7908938
  4. ^ Bigelow A, Garty G, Funayama T, Randers-Pehrson G, Brenner D, Geard C. RARAF, AQShda bitta hujayrali mikro nurlarning savolga javob berish imkoniyatlarini kengaytirish. J Radiat Res (Tokio). 50 qo'shimcha A: A21-8 (2009). PMID  19346682
  5. ^ Belyakov OV va boshq. 1 mm uzoqlikdagi nurlanish natijasida kelib chiqadigan nurlanmagan inson to'qimalarida biologik ta'sir. PNAS 102:14203-8 (2005). PMID  1612670
  6. ^ Sedelnikova OA va boshq. Odam to'qimalarining uch o'lchovli modellarini mikro nurlanishidan keyin atrofdagi hujayralarda DNKning ikki zanjirli uzilishlari hosil bo'ladi. '"Saraton kasalligi 67:4295-302 (2007).
  7. ^ Bertucci A, Pocock RD, Randers-Pehrson G va Brenner DJ. C. elegans nematodasining mikro nurlanish. J. Radiat. Res. 50 ta qo'shimcha A: A49-54 (2009). PMID  19346684
  8. ^ Garti G va boshq. "Oqim va shovqin" romanining yangi dizayni. Radiat prot dozimetriyasi 143(2-4):344-348 (2011). PMC  3108275
  9. ^ Grad M va boshq. Biologik mikro nur uchun optofluid hujayra manipulyatsiyasi. Rev. Sci. Asbob. 84:014301 (2013). doi:10.1063/1.4774043
  10. ^ Buonanno M va boshq. Mikrofluid kanallarda C. elegans nematodasining mikro nurlanish. Radiatsiya va atrof-muhit biofizikasi 1-7 (2013). doi:10.1007 / s00411-013-0485-6