低能离子束生物技术的应用

自从我国科学家发现离子注入生物学效应后,低能离子束生物技术的研究就在我国率先兴起。随后,越来越多的科学家基于低能离子与生物体之间存在的能量沉积、动量传递、质量沉积及电荷中和与交换的相互作用,对生物体内的遗传物质进行加工、修饰、重组,开辟了农作物和微生物等遗传改良及转基因的新方法。本文简要介绍了低能离子束生物技术产生的背景、低能离子束与生物体之间相互作用的机理和特点以及目前低能离子束在诱变育种和转基因等生物技术领域的研究进展,并展望了离子束技术在藻类基因工程方面的发展潜力。     

低能重离子在作物种胚内射程分布的研究技术

我国科学工作者率先将低能重离子束成功地应用于作物诱变育种,并建立了能量,质量和电荷三因子作用机制体系,但至今有关理论射程很短的低能重离子注入生物体后如何通过信息传递而诱发生物学效应的机理尚不完全清楚,低能重离子在作物种胚内的实际射程分布迄今仍是一个颇有争议的热点问题,而该项研究就直接触及低能离子束与生物组织细胞的原初作用机制,应用低能放射性束或具有可探测放射性的核反应产物,通过超薄切片和逐层分析测定,即可定量计算不同能量的低能离子束在作物种胚内的射程分布,本文还探讨了激光共聚焦扫描显微镜,原子力显微镜,X-射线能谱分析技术,单粒子微束技术和图像处理等技术途径在该项研究中的应用。     

离子束生物工程专辑前言

从上个世纪八十年代以来 ,我国科技工作者通过实验发现 ,水稻种子经超低能重离子束辐照后能够诱发变异 ,并在其后代具有遗传性 ,由此开辟了重离子束生物学效应研究与重离子束诱变育种的新领域 ,逐渐形成了一门物理学与生命科学交叉的学科分支。随着时间的推移 ,这项研究也不断地深入和扩展 ,离子种类从较轻的氦离子到较重的锌离子 ,能量从超低能、低能到中能 ,研究对象从植物种子 (包括粮食作物 ,蔬菜 ,瓜果 ,花卉 ,牧草等 )、微生物药物、动物细胞 (例如蚕卵 )到介导外源基因转移等 ,研究内容涉及基础研究、应用研究和技术开发 ,在九十年代…     

从文献统计看我国离子束生物技术的发展

本文检索了1994-2003年间离子束技术在生物领域的应用研究文章,并从文献量,研究材料及研究的水平,期刊,离子源和基金来源等五个方面对其进行了统计和分析。统计结果表明,我国离子束生物技术在国家和地方政府院校的支持下得到了较快发展,其中微生物领域的发展最快;进入21世纪,地方政府院校开始逐渐加大对离子束生物技术的支持,并出现了有企业人员参与研究和企业基金支持的文献;文献内容主要是应用研究,基础研究较为匮乏。在综合分析数据的基础上,展望了我国离子束生物技术的未来发展趋势。     

离子束对生物体的作用原理及应用

离子束是指一束具有一定能量的质量数小于或等于4的带电离子束,离子束注入技术是生物物理技术,具有生理损伤小、突变谱广和突变频率高等特点。离子束与生物体的相互作用是我国具有独立知识产权的生物物理技术,我国科学家在上世纪80年代已经发现了离子束注入的生物效应,并将这一原理应用于植物诱变育种。本文主要概述了低能离子束注入对生物体的作用原理,以及该技术在植物育种、微生物品种改良和遗传改良上的应用,最后还小结了离子束注入技术在研究领域存在的问题并对其未来发展方向提出展望。     

新疆离子束生物技术的研究

综述作者先后开展的离子束注入技术在经济作物育种、蔬菜育种和微生物育种等方面的研究和应用工作,该研究取得了重大的进展,显示了离子束生物技术广阔的发展前景。     

低能离子束介导的遗传转化研究进展

低能离子束注入对细胞的刻蚀作用提供了外源遗传物质进入细胞的途径,离子束介导的遗传转化技术已在水稻,小麦,烟草,棉花等多种植物上取得成功,对离子束介导遗传转化的原理和最新进展进行了评述。．     

离子束重组菌DOB073的比较基因组学研究

为了深入认识低能离子注入驱动DOB基因组的突变机制,我们利用生物信息学方法,对离子束重组菌株DOB073进行了比较基因组学研究。结果表明,该菌株的基因组比原始菌株增加了12 883 bp,基因数目也比原始菌株增加了28个,但也缺失了原始菌株基因组中的13个基因。差异基因分析及其功能注释表明,离子束重组菌株DOB073基因组中新基因的功能主要与能量代谢、环境适应和DNA损伤修复相关,新基因主要分布于基因组的前部和后部;离子束重组菌株DOB073基因组中缺失的基因的功能主要与染色体分离蛋白和氯化物通道家族蛋白相关,主要分布于基因组的中部。基因组系统发育与进化的分析表明,离子束重组菌株DOB073与原始菌株亲缘关系最近。差异基因的COG功能富集分析表明,离子束重组菌DOB073独有的基因功能明显富集于蛋白质翻译、核糖体结构和发育、细胞壁/细胞膜/胞外层发育、防护机制,而碳水化合物转运与代谢则明显存在于原始菌株的独有基因中。本研究为低能离子注入驱动微生物的全基因组突变与重组提供了一定的分子证据,也为低能离子注入驱动新基因的从头起源研究提供了一定的理论和实践依据。     

离子注入对烟草种子萌发及烟株钾含量的影响

用不同剂量的低能氮离子束照射烟草干种子,研究低能离子束对不同品种的烟草种子萌发及离子注入后,种子经不同时间修复后对萌发产生的原因;同时研究了不同剂量的离子注入对烟株吸钾及钾素分配的影响。结果表明：不同剂量的离子注入对发芽势,发芽率有较明显的影响,而且适当的离子注入剂量可以促进钾素的吸收。     

低能离子束介导转基因技术

通过与常规的植物转基因方法进行比较,阐述了低能离子束介导转基因的原理和优点,以及该技术自开创以来在应用领域中取得的成果。     

Effect of aeration rate on the anti-biofouling properties of cellulose acetate nanocomposite membranes in a membrane bioreactor system for the treatment of pharmaceutical wastewater

Abstract

The adhesiveness and stability of ubiquitously distributed biofilms is a significant issue in many areas such as ecology, biotechnology and medicine. The magnetic particle induction (MagPI) system allows precise determinations of biofilm adhesiveness at high temporal and spatial resolution on the mesoscale. This paper concerns several technical aspects to further improve the performance of this powerful experimental approach and enhance the range of MagPI applications. First, several electromagnets were built to demonstrate the influence of material and geometry with special regard to core remanence and magnetic strength. Secondly, the driving force to lift up the particles was evaluated and it was shown that both the magnetic field strength and the magnetic field gradient are decisive in the physics of the MagPI approach. The intricate combination of these two quantities was demonstrated with separate experiments that add permanent magnets to the MagPI system.     

Boron neutron capture therapy (BNCT) in Finland: Technological and physical prospects after 20 years of experiences

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a binary radiotherapy method developed to treat patients with certain malignant tumours. To date, over 300 treatments have been carried out at the Finnish BNCT facility in various on-going and past clinical trials. In this technical review, we discuss our research work in the field of medical physics to form the groundwork for the Finnish BNCT patient treatments, as well as the possibilities to further develop and optimize the method in the future. Accordingly, the following aspects are described: neutron sources, beam dosimetry, treatment planning, boron imaging and determination, and finally the possibilities to detect the efficacy and effects of BNCT on patients.     

mzServer: web-based programmatic access for mass spectrometry data analysis

Continued progress toward systematic generation of large-scale and comprehensive proteomics data in the context of biomedical research will create project-level data sets of unprecedented size and ultimately overwhelm current practices for results validation that are based on distribution of native or surrogate mass spectrometry files. Moreover, the majority of proteomics studies leverage discovery-mode MS/MS analyses, rendering associated data-reduction efforts incomplete at best, and essentially ensuring future demand for re-analysis of data as new biological and technical information become available. Based on these observations, we propose to move beyond the sharing of interpreted spectra, or even the distribution of data at the individual file or project level, to a system much like that used in high-energy physics and astronomy, whereby raw data are made programmatically accessible at the site of acquisition. Toward this end we have developed a web-based server (mzServer), which exposes our common API (mzAPI) through very intuitive (RESTful) uniform resource locators (URL) and provides remote data access and analysis capabilities to the research community. Our prototype mzServer provides a model for lab-based and community-wide data access and analysis.     

The status of medical physics in radiotherapy in China

PurposeTo present an overview of the status of medical physics in radiotherapy in China, including facilities and devices, occupation, education, research, etc.Materials and methodsThe information about medical physics in clinics was obtained from the 9-th nationwide survey conducted by the China Society for Radiation Oncology in 2019. The data of medical physics in education and research was collected from the publications of the official and professional organizations.ResultsBy 2019, there were 1463 hospitals or institutes registered to practice radiotherapy and the number of accelerators per million population was 1.5. There were 4172 medical physicists working in clinics of radiation oncology. The ratio between the numbers of radiation oncologists and medical physicists is 3.51. Approximately, 95% of medical physicists have an undergraduate or graduate degrees in nuclear physics and biomedical engineering. 86% of medical physicists have certificates issued by the Chinese Society of Medical Physics. There has been a fast growth of publications by authors from mainland of China in the top international medical physics and radiotherapy journals since 2018.ConclusionsDemand for medical physicists in radiotherapy increased quickly in the past decade. The distribution of radiotherapy facilities in China became more balanced. High quality continuing education and training programs for medical physicists are deficient in most areas. The role of medical physicists in the clinic has not been clearly defined and their contributions have not been fully recognized by the community.     

陆地生态系统环境控制实验的研究方法及技术体系

生物及生态系统与环境变化间的反馈关系及其过程机制是生态学研究的重要内容。不同类型的生物环境因素控制实验以及大尺度的联网野外控制实验被认为是认识生态系统响应和适应环境变化过程机制、精细定量表达的有效手段及认知过程的加速器。近年来发展了大型野外物理模拟实验装置网络(如ECOTRON)、生态系统分析与实验平台(AnaEE)、国际干旱实验研究网络(Drought Network)、氮沉降联合实验网络(Nutrient Network),以及基于各区域性生态观测实验站的联网控制实验(如USA-ILTER)。发展大陆尺度联网实验研究平台事业正日益受到学术界的重视,将会在认知生态系统环境响应过程机制方面发挥更重要的作用。基于以上背景,本文综述了生态系统环境控制实验的研究方法和实验体系的发展,明确指出各种类型的生物环境控制实验需要形成联合协作体系,共同解决生态系统对环境变化的响应及适应的基本科学问题。目前的控制实验包括: 1) 实验室封闭装置内的生物生理生态学控制实验;2) 野外实验场的半开放部分环境要素控制实验;3) 近自然状态的野外环境控制实验;以及4) 基于野外生态站的联网控制实验。进而,本文还深入讨论了陆地生态系统的环境响应及适应过程机制实验系统设计的发展趋势,分析了基于大尺度自然环境梯度实验及生态站尺度的要素控制实验的优势,提出了整合两种实验技术、发展新一代的野外联网实验体系的科学设想,讨论了基于野外联网控制实验的研究体系,论证了研究生态系统对环境变化短期响应和长期适应的规律和机制、生态系统环境响应定量表达的技术途径。若本文提出的控制实验体系设计方案能够得以实施,必将大大促进我国乃至全球生态系统和环境变化科学的研究水平,对我国应对气候变化和生态环境建设具有重要的科学意义。     

中国南方集约多熟稻田保护性耕作制度

总结了南方集约多熟农区稻田耕作制度的发展和演变过程,分析了南方集约多熟稻田保护性耕作制的技术特征、模式和研究进展。认为中国南方稻区已形成一系列突破性保护性耕作关键技术,并取得了显著的生态、经济和社会效益,为南方集约多熟稻区的粮食生产和生态环境保护提供了有益的途径;指出了研究和推广中存在的不足,提出在今后南方集约多熟稻区保护性耕作的发展过程中,要继续加强区域布局、技术机理和生态经济评价方面的研究,进一步规范模式和技术集成,为制定保护性耕作技术生态补偿政策提供科学依据。     

脂质体在抗癌药物给药系统中的研究和应用

癌症,是现今威胁人类健康的一大杀手,目前常规的治疗手段之一是予以大剂量的化疗药物进行治疗。但大多数抗癌药物因具有广泛而强烈的细胞毒性,在杀伤癌细胞的同时也无选择性的杀伤了正常人体细胞,使得患者在接受治疗的同时承受了较大的痛苦,降低了癌症患者的生存质量。因而在药剂学研究中,须以提高药效、增强靶向性及降低毒副作用等为目标,合理地选择和开发抗癌药物给药系统。自脂质体作为新型药物传递技术引入癌症治疗以来,因其独特的理化性质和递药机理,高效低毒地递送抗癌药物至病灶,因而成为现今抗癌药物给药系统研究中的热点。本文结合国内外的相关资料和最新报道,综述了脂质体抗癌药物的递药优势、研究进展与存在的问题,并在分析了产业化现状的基础上,对这一新型给药系统在抗癌药物递送领域中的发展做一展望。