生物物理学-第五章.ppt

1、河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学1辐辐 射射 生生 物物 学学XX业大学 生物物理所河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学2l5.1 辐射的分类l5.2带电粒子与靶物质原子的碰撞l5.3重带电粒子与物质的相互作用l5.4重离子与物质的相互作用l5.5电子与物质的相互作用l5.6光子与物质的相互作用l5.7辐射与生物大分子的相互作用l5.8辐射剂量学基础l5.9辐射生物学的应用研究实例第5章 辐射生物学河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学35.1辐射的分类辐射的分类l粒子辐射和电磁辐射粒子辐射和电磁辐射l电磁辐射：电磁波，有能量而无质量电磁辐射：电磁波，有能量而无

2、质量l粒子辐射：高速运动的粒子，有静止质量、粒子辐射：高速运动的粒子，有静止质量、有能量有能量l电离辐射和非电离辐射电离辐射和非电离辐射l电离辐射：直接或者间接引起物质电离电离辐射：直接或者间接引起物质电离l非电离辐射：只能引起分子的振动、转动或非电离辐射：只能引起分子的振动、转动或能级状态的改变。（紫外线和能量低于紫外能级状态的改变。（紫外线和能量低于紫外线的所有电磁辐射）线的所有电磁辐射）河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学4l电磁辐射是以相互垂直的电场和磁场、随时间变化而交变振荡、形成电磁辐射是以相互垂直的电场和磁场、随时间变化而交变振荡、形成向前运动的电磁波。向前运动的电磁波

3、。电磁辐射电磁辐射河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学5X射线和 射线 这两种射线都由光子组成而且在能谱中所占的范围基本相同，只能从它这两种射线都由光子组成而且在能谱中所占的范围基本相同，只能从它们的来源加以区分：们的来源加以区分：射线来自于原子核的转变射线来自于原子核的转变 在放射性衰变过程中所形成的子核处于激发状态，由高激发态跃迁到低激发态或者基态的过程时释出 射线。注意：放射性核素衰变发射 射线之前，必然有电子俘获或粒子释出。X射线来则来自核外电子的相互作用射线来则来自核外电子的相互作用X X射线是有两种原子核外的物理过程产生射线是有两种原子核外的物理过程产生：1、高速电子在物

4、质中受阻，其能量以电磁辐射的形式放出2、高速电子与出，然后外壳层的电子去填补内壳层的靶原子碰撞，把内壳层某一能级上的电子击空位，放出能量等于这两个能级之差的光量子河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学6紫外线分类：近紫外线（300380nm）远紫外线（200300nm）真空紫外线（10200nm）近紫外线和远紫外线具有不同的生物效学应真空紫外线只能在真空或氮气中传播紫外线河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学7l 粒子l电子l质子l中子l负 介子l重离子粒子辐射河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学8l第一类是：来自于自然界 宇宙射线、火山、地下水、岩石等l第二类是：人

5、类造成的人工辐射 核弹、核电站、空调机、计算机、电视机、电冰箱、微波炉、卡拉OK机、电热毯、移动电话、微波发射站、高压电线、X光放射线发生器、激光发射器等辐射的来源辐射的来源河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学9l（1）带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞l（2）带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞l（3）带电粒子与靶原子核的弹性碰撞l（4）带电粒子与靶原子中核外电子的弹性碰撞5.2 带电粒子与靶物质原子的碰撞 河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学10l5.3.1 重带电粒子在物质中的能量损失 （一）快速重带电粒子的能量损失 （二）低速带电粒子的能量损失 （三）能量损失的布

6、拉格相加规则 （四）核阻止本领 （五）能量歧离l5.3.2 重带电粒子在物质中的射程 5.3 重带电粒子与物质的相互作用河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学115.4 重离子与物质的相互作用 重离子有两个新的相互作用过程：1，中等能量的重离子(0.15MeV/u)能够从相互作用的靶分子中俘获电子到它自己的束缚体系中，这将导致附加的次级电子发射出来；2，重离子通常是携带结合电子的裸离子，它可以先后丢失和俘获靶分子中的电子。重离子一般属于高LET辐射粒子。河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学12l快电子通过靶物质时，与原子的核外电子发生非弹性碰撞 l电子与物质原子的原子核非弹性

7、碰撞 l电子使原子暂时极化，当退极化时，发射光子 l电子与靶物质原子核库仑场作用时发生弹性散射 5.5 电子与物质的相互作用河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学13l光子与物质的非弹相互作用，主要有以下三种方式：l（1）光电效应l（2）康普顿效应l（3）电于对效应5.6 光子与物质的相互作用河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学14l5.7.1 电离辐射对生物大分子的作用 l（1）直接作用：电离辐射直接引起靶分子电离和激发而发生物理化学变化，生成生物分子自由基。l（2）间接作用：电离辐射作用于生物分子的周围介质（主要是水）生成水解自由基，这些自由基再与生物分子发生物理化学变化

8、生成生物分子自由基，称次级自由基。5.7 辐射与生物大分子的相互作用河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学15l5.7.2 电离辐射致DNA的损伤 l1、碱基变化l2、脱氧核糖变化l3、DNA链断裂l4、交联 河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学16l5.8.1 基本概念基本概念 l传能线密度 限制传能线密度 是特定能量的带电粒子在介质中穿行单位路程时，由于能量转移小于某一特定值 的历次碰撞所造成的能量损失。完全传能线密度 是在连续慢化近似(CSDA)下的LET，换句话说，就是带电粒子在介质中穿行的单位路程上，能量转移取一切可能值时由历次碰撞所造成的能量总转移。5.8 辐射剂

9、量的理论基础辐射剂量的理论基础河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学17l径向剂量分布l离子径向剂量分布反映以入射粒子径迹为轴的同心圆柱内的吸收剂量，也就是吸收剂量沿径迹径向的分布。l三维随机径迹结构 l遵循特定分布率的粒子径迹 l事件 l一条特定构象（对应于一次实现）的粒子径迹在某个敏感位点中授予能量的过程 5.8 辐射剂量的理论基础辐射剂量的理论基础河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学185.9辐射生物学的应用研究实例辐射生物学的应用研究实例l5.9.1 硼中子俘获治疗 l5.9.2 辐射诱变育种技术河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学19硼中子俘获治疗是一个二

10、元治疗方法，有两个部分共同对癌细胞施加影响：1、10B能够稳定的集中到癌细胞内，找到携带10B的化合物2、俘获中子后，在癌细胞里的10B裂变，产生高能重带电粒子，破坏了这个细胞，而正常细胞没有受到影响 5.9.1 硼中子俘获治疗硼中子俘获治疗 河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学20l1936年，美国Locher发现BNCT的基本原理l1951年，美国开始脑肿瘤的治疗l1968年，日本完成第一条医学照射径迹的模拟（Hitachi 反应堆 HTR）l1977年，实际应用的医学照射开始在MIT的研究堆（MITRR）l1984年，国际中子俘获疗法学会建立l1990年，医学照射在东京大学反应

11、堆（KUR）上启动l1994年，医学照射开始在BMRR和MITRII上（超热中子）l1997年，医学照射在荷兰开始（HRF）l2005年，我国中子俘获疗法委员会成立硼中子俘获治疗的发展过程硼中子俘获治疗的发展过程 河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学21硼中子俘获治疗的基本原理 6.3 93.7 河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学22l离子注入诱变育种技术 l重离子辐射诱变育种技术l太空育种技术5.9.2 辐射诱变育种技术河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学23等离子体所(小麦新品种：抗病增产)离子注入诱变育种技术河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学24CK20Gy40Gy60Gy80Gy 38MeV 7Li (2005-12)剂量效应不明显，均达到半致矮效果剂量效应不明显，均达到半致矮效果重离子辐射诱变育种技术河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学25太空佛手茄子彩棉是纯天然中国农业科学院：太空育种中国农业科学院：太空育种南瓜身形如钟太空育种技术河北工业大学河北工业大学 生物物理学生物物理学26