【離子束：造福未來(lái)生活】離子束

　　“離子”無(wú)所不在，就在你的身邊。因?yàn)槲镔|(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子由原子核和繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的電子組成。如果分子、原子失去電子或得到電子，就變成離子。 　　宇宙射線中有離子，空氣中有離子。水中有離子，生物體內(nèi)有離子，有些營(yíng)養(yǎng)也是以離子的形式被吸收的。離子在自然界廣泛存在，它就在你的身邊。對(duì)你的健康、情緒產(chǎn)生著重要的影響。比如雨后天晴，令人心曠神怡，那是空氣中負(fù)離子濃度較高的緣故，反之，則感到心情煩躁。根據(jù)這一原理，一種負(fù)離子發(fā)生器可能已經(jīng)進(jìn)入你的家庭。
　　人們用加速器加速離子，讓離子“跑”得快一些。離子跑得“快”與“慢”用能量表示。別看離子的直徑只有10m大小，許多離子聚成一束用途可真大。能量高一些的離子柬可用來(lái)分析出土文物的年代，還可以治療腫瘤；低能離子束可用于增加材料表面的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。中國(guó)科學(xué)家研究低能離子與生物體相互作用，開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域。
　　說(shuō)到低能離子與生物體的作用，人們很自然地聯(lián)想到輻射。其實(shí)，二者的區(qū)別是很明顯的。從分子水平上看，前者可以“創(chuàng)造”分子，后者只能損傷分子。人們正是利用這一原理，開(kāi)發(fā)出許多有意義的應(yīng)用技術(shù)，如離子束在細(xì)胞修飾、基因工程、生命化學(xué)起源和星際分子形成，以及環(huán)境健康領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　作為核科學(xué)技術(shù)與生物學(xué)交叉的離子束與生物體相互作用更是鮮為人知，其實(shí)離子束研究的成果就在我們身邊。離子束生物應(yīng)用需要特殊的裝置。如果要把離子一個(gè)一個(gè)地投入細(xì)胞預(yù)定位置，需要單離子束裝置。通過(guò)在單離子束細(xì)胞精確定位照射裝置和離子束生物工程裝置研制、離子束植物生物工程和離子柬催化劑修飾等，對(duì)我們的生活產(chǎn)生了巨大的影響……
　　
　　讓人們更健康地生活
　　
　　一份來(lái)自北京兒童醫(yī)院的調(diào)查表明，2006年在該院接診的白血病患兒中，有九成患兒家庭在半年內(nèi)曾經(jīng)裝修。專家據(jù)此推測(cè)，室內(nèi)裝修材料中的有害物質(zhì)可能是小兒白血病的一個(gè)重要誘因。世界衛(wèi)生組織宣布：全球近一半的人處于室內(nèi)空氣污染中，全球每年有10萬(wàn)人因?yàn)槭覂?nèi)空氣污染而死予哮喘病，而其中35％為兒童。而中國(guó)每年由室內(nèi)空氣污染引起的超額死亡數(shù)已達(dá)到11.1萬(wàn)人，超額急診數(shù)達(dá)430萬(wàn)人次，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)107億美元。
　　其實(shí)室內(nèi)裝修的危害已日益被大眾所重視，但室內(nèi)裝修是如何危害大眾健康的呢?
　　中科院等離子體物理研究所研究員余增亮說(shuō)，室內(nèi)裝修材料產(chǎn)生的氡氣會(huì)通過(guò)呼吸道吸入肺部，氡氣衰變產(chǎn)生的氦離子輻射，占居家者所受輻射總量的51％。就算一個(gè)人每年只有2500個(gè)支氣管細(xì)胞受到一個(gè)氦離子的照射，也可能引起肺部腫瘤。
　　余增亮等科研人員通過(guò)離子束生物應(yīng)用技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，―個(gè)細(xì)胞受到輻射損傷，損傷信號(hào)可傳給近旁細(xì)胞，且在10分鐘內(nèi)達(dá)到極大值。這一結(jié)果不僅是對(duì)肺癌發(fā)病機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，而且對(duì)保持居室環(huán)境健康也有指導(dǎo)意義。
　　此外，要模擬單個(gè)粒子轟擊過(guò)程，探索肺癌發(fā)病機(jī)理，就得開(kāi)發(fā)一個(gè)一個(gè)地向細(xì)胞預(yù)定位置投射離子技術(shù)。余增亮說(shuō)，離子束技術(shù)不僅對(duì)評(píng)價(jià)環(huán)境低劑量暴露危營(yíng)性、細(xì)胞近旁效應(yīng)、基因不穩(wěn)定性研究具有重要意義，也給核技術(shù)界提出了極具挑戰(zhàn)性課題。于是，課題研制成功了我國(guó)第一臺(tái)單離子束細(xì)胞精確定位照射加速器，使得準(zhǔn)確地向細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器投射精確數(shù)量離子的技術(shù)成為可能。該加速器驗(yàn)收意見(jiàn)認(rèn)為：　“它的研制成功是國(guó)內(nèi)離子束輻照技術(shù)的重大突破。必將大大拓寬離子束技術(shù)的應(yīng)用范圍。《科學(xué)通報(bào)》在點(diǎn)評(píng)時(shí)認(rèn)為：“單離子束輻照系統(tǒng)的建成是國(guó)內(nèi)核技術(shù)及輻射生物學(xué)界的一件大事。對(duì)輻射生物學(xué)及輻射環(huán)境生物物理中的熱點(diǎn)問(wèn)題，如極低劑量輻射、‘旁觀者效應(yīng)’等的深入研究具有重要意義，同時(shí)也是離子束輻照技術(shù)的突破，必將大大拓寬離子束技術(shù)的應(yīng)用范圍。”
　　
　　幫助企業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取勝
　　
　　離子束技術(shù)不僅為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)肺癌發(fā)病的機(jī)理提供條件，還關(guān)注醫(yī)藥生產(chǎn)領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)對(duì)大眾健康有益的產(chǎn)品，幫助我國(guó)企業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取勝。
　　母乳具有營(yíng)養(yǎng)豐富易消化吸收，蛋白質(zhì)、脂肪、糖的比例適當(dāng)；含鋅、銅、碘等微量元素較多，喂養(yǎng)者貧血發(fā)生率低等優(yōu)點(diǎn)。因此，健康專家提倡用母乳喂養(yǎng)嬰兒。母乳優(yōu)于牛奶的另外一個(gè)重要原因是――母乳里含有牛奶中沒(méi)有的花生四烯酸。
　　花生四烯酸是人體必需、又不能自身合成的長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸，只能從外界攝人，工業(yè)化生產(chǎn)花生四烯酸研發(fā)成為世界的焦點(diǎn)。余增亮等科研人員通過(guò)研發(fā)“離子束修飾花生四烯酸催化劑及發(fā)酵技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，憑借領(lǐng)先國(guó)際的技術(shù)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品，很快占國(guó)內(nèi)90％的市場(chǎng)份額，被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委評(píng)為2002年度國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品。通過(guò)美國(guó)、歐洲和伊斯蘭食品認(rèn)證，出口歐、美和東南亞20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，成為世界第三大花生四烯酸供應(yīng)商，吸引國(guó)際投資，將在武漢建成世界上最大的花生四烯酸生產(chǎn)基地。該產(chǎn)業(yè)不但為我國(guó)創(chuàng)造大量的經(jīng)濟(jì)利益，而且對(duì)于無(wú)法獲得母乳喂養(yǎng)的嬰幼兒來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)巨大的福音。
　　小小的維生素C是我國(guó)戰(zhàn)略出口產(chǎn)品，上世紀(jì)末國(guó)際維生素C生產(chǎn)巨頭掀起價(jià)格大戰(zhàn)，我國(guó)維生素C行業(yè)的28家企業(yè)只剩下4家苦苦支撐。在這種嚴(yán)峻形勢(shì)下，余增亮等科研人員把視線對(duì)準(zhǔn)離子束修飾維生素C催化劑研究，并很快取得突破。在企業(yè)的300噸罐試產(chǎn)，糖一酸克分子轉(zhuǎn)化率達(dá)到94，8％；菌株發(fā)酵溫度從28度提高到32度，效率大大提高，能耗卻大幅下降。到2002年，終于使我國(guó)維生素C行業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取勝，成為國(guó)際主要供應(yīng)商。當(dāng)年下半年就為國(guó)家新增外匯收入2000萬(wàn)美元。2003年僅江蘇一家醫(yī)藥企業(yè)，創(chuàng)造利潤(rùn)2億元；同時(shí)使停產(chǎn)多年的蚌埠泰格藥業(yè)重新生產(chǎn)，形成產(chǎn)值1億、利稅2000萬(wàn)、解決400工人再就業(yè)的新企業(yè)。
　　
　　新稻種減輕農(nóng)民耕種負(fù)擔(dān)
　　
　　2008年以來(lái)，糧食危機(jī)席卷全球，就連號(hào)稱“世界糧倉(cāng)”的美國(guó)也未能幸免，美國(guó)東、西海岸多家大型零售商對(duì)面粉、米和食用油也開(kāi)始限購(gòu)；而非洲許多本來(lái)就缺糧短糧的國(guó)家，更是面臨了前所未有的考驗(yàn)。
　　根據(jù)最新公布的數(shù)字，我國(guó)2008年糧食生產(chǎn)首次實(shí)現(xiàn)連續(xù)五年的增產(chǎn)，預(yù)計(jì)全年糧食總產(chǎn)10570億斤，比上年增加538億斤，增長(zhǎng)5.4％；預(yù)計(jì)畝產(chǎn)330公斤，比上年增加13.4公斤，增長(zhǎng)4.2％，8年來(lái)首次實(shí)現(xiàn)產(chǎn)需基本平衡。
　　中國(guó)農(nóng)業(yè)部副部長(zhǎng)危朝安說(shuō)：“盡管今年糧食獲得大豐收，供求矛盾緩解，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，國(guó)內(nèi)糧食供求偏緊的格局仍然沒(méi)有改變�！蔽３�安說(shuō)，在2009年我國(guó)糧食播種面積將穩(wěn)定在16億畝左右，產(chǎn)量將保持在10000億斤以上。
　　其實(shí)，在今年年初糧食價(jià)格持續(xù)走高，帶動(dòng)肉、蛋、禽等食品價(jià)格同步增長(zhǎng)時(shí)，我國(guó)消費(fèi)者已經(jīng)感受到了消費(fèi)的壓力。但是在18億畝耕地的“紅線”被不斷打破，高強(qiáng) 度地施用化肥、農(nóng)藥的耕種模式，不但破壞環(huán)境，而且威脅到食品安全，培育高產(chǎn)、易種的新品種已經(jīng)成為一個(gè)解決我國(guó)糧食安全的一個(gè)重要方案。
　　余增亮說(shuō)：“除了‘民以食為天’外，我國(guó)還有8億農(nóng)民，糧食生產(chǎn)還是農(nóng)民增加收入、富裕生活的重要途徑�！北M管?chē)?guó)家大力鼓勵(lì)在南方稻區(qū)種植雙季稻，但傳統(tǒng)雙季稻種植模式既艱苦效益又低，農(nóng)民不愿意種植。比如在雙季稻區(qū)，由于稻子的品種不同，早稻品種收割時(shí)的落粒就變成晚稻品種的雜草，不僅影響晚稻產(chǎn)量，而且由于品種混雜而影響晚稻的商品性。尤其在如今的農(nóng)村，農(nóng)村城鎮(zhèn)化速度加快，大批農(nóng)民工進(jìn)城，稻區(qū)面臨著勞力緊張、老齡化嚴(yán)重、“老弱病婦”成為耕種的主力局面，雙季稻種植面積急劇下降。如安徽歷史上種植面積800萬(wàn)畝，現(xiàn)只有100萬(wàn)宦。
　　余增亮說(shuō)：我們‘離子束應(yīng)用技術(shù)’瞄準(zhǔn)了這一具有普遍意義又關(guān)系國(guó)家糧食安全的課題，經(jīng)過(guò)7年14季研究，多次離子束照射，創(chuàng)制一種即做早稻直播又做晚稻直播的新品種，每季畝產(chǎn)均在500公斤以上。經(jīng)農(nóng)業(yè)部稻米質(zhì)量檢測(cè)中心檢測(cè)，所有指標(biāo)達(dá)到部頒優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn)。”
　　由于早晚稻兼用的新品種解決了“水稻自身雜草化”問(wèn)題――早稻收割時(shí)落粒成為晚稻“雜草”，吸收水肥、遮擋光照，影響晚稻產(chǎn)量和品質(zhì)，還直接省去了平整秧田、育秧和插秧這些最繁重的耕種環(huán)節(jié)，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；每畝每季節(jié)省費(fèi)用189元，配以機(jī)械化收割，一個(gè)稻農(nóng)可由原來(lái)只能耕作5畝發(fā)展到50畝，使農(nóng)民實(shí)現(xiàn)了輕松又高效的種田夢(mèng)想，深受稻區(qū)政府和農(nóng)民歡迎。
　　
　　讓糧食存的住
　　
　　據(jù)介紹，新米通常指當(dāng)年收割、當(dāng)年軋制的糧食，陳米是儲(chǔ)存一年以上的糧食。陳米與新米相比較，雖然它的其他品質(zhì)指標(biāo)與新米差不多，仍視為合格糧食可上市出售，但其風(fēng)味和口感有所下降，因此賣(mài)價(jià)也相對(duì)略低些。
　　但是為了解決糧食安全問(wèn)題，糧食不但要“產(chǎn)得多”，還要“存得住”。糧食儲(chǔ)存是個(gè)太問(wèn)題，我國(guó)每年要花大量資金建設(shè)現(xiàn)代化糧庫(kù)，還要補(bǔ)助儲(chǔ)糧損失，推陳儲(chǔ)新，財(cái)政負(fù)擔(dān)重；而且陳糧流入市場(chǎng)，影響人民健康。在國(guó)際上，解決糧食儲(chǔ)存一般用現(xiàn)代化工程辦法，比如建設(shè)現(xiàn)代化糧庫(kù)，通過(guò)大型空調(diào)等調(diào)低糧庫(kù)溫度，而像日本等國(guó)家甚至把糧食裝進(jìn)箱子沉人海底，延長(zhǎng)保質(zhì)期。
　　我國(guó)糧食儲(chǔ)備巨大，單純靠工程辦法來(lái)解決，儲(chǔ)存成本高，財(cái)力上難以承擔(dān)，必須另劈蹊徑。余增亮說(shuō)，通過(guò)離子束技術(shù)，發(fā)掘出水稻自身的“長(zhǎng)壽”基因，結(jié)合離子束生物技術(shù)與常規(guī)育種，創(chuàng)制了耐儲(chǔ)存水稻皖鑒2090。
　　經(jīng)倉(cāng)儲(chǔ)試驗(yàn)，42個(gè)月后，皖鑒2090稻種發(fā)芽率仍在98％，而一般水稻儲(chǔ)存24個(gè)月發(fā)芽率幾乎降為零。該水稻稻種使糧庫(kù)2年一換延長(zhǎng)到4年一換，既減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)約了財(cái)政補(bǔ)貼費(fèi)用。
　　
　　突出成果
　　
　　通過(guò)離子束技術(shù)，國(guó)家“十五”“離子束應(yīng)用技術(shù)研究”課題組育成16個(gè)稻子等新品種，推廣1600多萬(wàn)畝。
　　實(shí)現(xiàn)生物催化劑修飾應(yīng)用的是離子束細(xì)胞修飾專利裝置。攻關(guān)項(xiàng)目研制了6臺(tái)小型化、實(shí)用化裝置，促進(jìn)成立4個(gè)省部級(jí)離子束生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)國(guó)家工程研究中心，裝備兩個(gè)國(guó)家生化工程技術(shù)研究中心，形成了覆蓋部分省區(qū)的離子束生物工程應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，并走向國(guó)外。去年11月，美國(guó)Berkeley國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Brown博士在第二次國(guó)際離子束與材料相互作用國(guó)際會(huì)議上強(qiáng)調(diào)：“中科院科學(xué)家開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的離子束生物應(yīng)用領(lǐng)域，并成為國(guó)際上這一領(lǐng)域的領(lǐng)頭者。他們的工作顯示：離子柬技術(shù)造福人類有著極為廣闊的應(yīng)用前景。”
　　課題技術(shù)修飾6個(gè)細(xì)胞型催化劑。國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)以離子束細(xì)胞修飾技術(shù)為支撐的兩個(gè)國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目和發(fā)酵技術(shù)國(guó)家工程研究中心。江蘇江山制藥廠利用該技術(shù)每年增加效益3000萬(wàn)元，武漢烯王公司創(chuàng)利稅3500多萬(wàn)元；蚌埠泰格藥業(yè)每年創(chuàng)利稅2000萬(wàn)元。
　　該課題組還獲得發(fā)明專利受理權(quán)26項(xiàng)，其中專利授權(quán)7項(xiàng)，“低能離子束細(xì)胞修飾技術(shù)和裝置”被中國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織授予“中國(guó)專利金獎(jiǎng)”。
　　研制成功單離子束細(xì)胞精確定位照射加速器，6臺(tái)小型化、實(shí)用化離子束生物工程裝置，建立了輻射全國(guó)部分省區(qū)的離子束應(yīng)用技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。

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