專利名稱：一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子探測(cè)及光學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種基于塑料閃爍光纖的新型單離 子微束探測(cè)器。
背景技術(shù)：
隨著人類知識(shí)水平的不斷積累，認(rèn)識(shí)自然的能力進(jìn)一步提高，人們?cè)絹碓疥P(guān) 注自身的生活環(huán)境，尤其是電離輻射對(duì)健康的影響。研究者為了探求由于電離輻 射引起的生物體損傷，尤其是低劑量輻照與活體細(xì)胞或組織相互作用的內(nèi)在機(jī) 理，迫切的需要一種能夠精確定位投射定量粒子的裝置，即單離子微束。
單離子微束是一種能夠精確產(chǎn)生單個(gè)離子、定位精度達(dá)微米尺度的輻照技術(shù) 平臺(tái)，可以準(zhǔn)確地將確定數(shù)目的離子投射到目標(biāo)樣品細(xì)胞的特定位點(diǎn)，定位精度 在微米至亞微米量級(jí)。迄今為止，世界上眾多的微束裝置中，只是把單粒子微束 作為一種精密輻照源使用，發(fā)展方向是離子如何打得更準(zhǔn)確、更快，而研究的目 標(biāo)仍然是生物學(xué)終點(diǎn)效應(yīng)。倘若對(duì)現(xiàn)有的單離子微束平臺(tái)的離子探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改 進(jìn)，構(gòu)建基于單離子束裝置的在線檢測(cè)和分析平臺(tái)，通過在線無損定量探測(cè)單離 子束輻照環(huán)境下細(xì)胞內(nèi)生理參量變化，如游離鈣離子濃度、胞漿pH值、細(xì)胞膜 電位、線粒體膜電位、細(xì)胞膜磷脂和受體流動(dòng)性、細(xì)胞內(nèi)蛋白變化過程等來研究 確定數(shù)量的低能離子與活體細(xì)胞相互作用的原初過程，則不僅能對(duì)理解在外界擾 動(dòng)因子作用下，在細(xì)胞乃至分子水平上所發(fā)生的物理、化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)具有十 分重要的意義，而且必將對(duì)離子束生物學(xué)、放射醫(yī)學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、空間生命科 學(xué)以及材料輻照損傷微觀機(jī)理等研究有重大的推動(dòng)作用(Kadhim et al. Transmission of Chromosomal Instability after Plutonium Alpha-Particle Irradiation. Nature (1992))。
當(dāng)前在世界各國的微束平臺(tái)上所使用的離子探測(cè)系統(tǒng)基本上可分為兩種，一 種為部分前置探測(cè)系統(tǒng)，英國著名的CRC Gray實(shí)驗(yàn)室的GCI microbeam和中國 科學(xué)院等離子體物理研究所的CAS-LIBB microbeam均采用了這種模式，附圖 1(a)給出了其示意圖(Hu ZW et al. High-localized cell irradiation at the CAS-LIBBsingle-particle microbeam. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B-Beam Interactions with Materials and Atoms 2006;244(2):462 466. Folkard et al. The use of radiation microbeams to investigate the bystander effect in cells and tissues. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment 2007;580(l):446-450.)，另一種為后置探測(cè)系統(tǒng)，美國哥倫比亞大學(xué)著名的RARAF microbeam就采用了該種模式，附圖l(b)給出了該種探測(cè)模式的示意圖(Bigelow et al. Single-particle/single-cell ion microbeams as probes of biological mechanisms， Ieee Transactions on Plasma Science 2008;36(4): 1424-1431)。這兩種探測(cè)模式的工 作原理如下
(1) 部分前置探測(cè)方式。采用薄膜閃爍體松耦合光電倍增管(PMT)組合 探測(cè)單離子信號(hào)。束流從準(zhǔn)直器發(fā)射出來,穿過包括塑料閃爍體在內(nèi)的多層薄膜 結(jié)構(gòu)后，輻照細(xì)胞樣品。離子穿過閃爍體產(chǎn)生光子，光子透過樣品后由PMT收集并 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的粒子個(gè)數(shù)，待輻照樣品的粒子個(gè)數(shù)達(dá)到預(yù) 設(shè)值時(shí)，探測(cè)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出指令關(guān)閉束流。但在這種結(jié)構(gòu)中，離子需經(jīng)多層薄膜 后才可以輻照樣品，因此離子的單能性和束徑都受到影響,在一定程度上影響了 定位精度；又由于采用閃爍體探測(cè)器計(jì)數(shù)，單個(gè)離子產(chǎn)生的光信號(hào)很弱，因此探測(cè) 室需要嚴(yán)格遮擋環(huán)境光線以降低干擾。由于閃爍體產(chǎn)生的光子需穿過樣品，才能 被光電倍增管收集轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，因此不能用于輻照不透明或較厚的樣品的實(shí) 驗(yàn)。
(2) 后置探測(cè)方式。該方式一般釆用氣體電離室探測(cè)器，電離室置于顯微鏡 物鏡口，由于探測(cè)器窗口是透明的，而且里面的氣體也是無色的，不會(huì)阻擋從樣 品發(fā)出的光線進(jìn)入物鏡，所以該種探測(cè)模式在輻照樣品的同時(shí)可以用顯微鏡來觀 察或記錄樣品在輻照過程中的實(shí)時(shí)變化信息。束流從瞄準(zhǔn)器出口穿出，穿過薄的 真空封膜后，直接輻照在樣品上，離子穿過樣品后再進(jìn)入氣體電離室，氣體電離 室的信號(hào)經(jīng)處理后進(jìn)入控制系統(tǒng)控制電子開關(guān)來通斷束流。但該種探測(cè)模式的缺 點(diǎn)是探測(cè)器位于樣品的后面，樣品不能過厚，否則離子無法穿過樣品到達(dá)氣體電 離室。在實(shí)際操作中，被輻照細(xì)胞不可以帶培養(yǎng)液，只能利用濕潤的空氣通過特 設(shè)通道噴到細(xì)胞樣品上，以防細(xì)胞樣品脫水。以上兩種方法，雖然均能實(shí)現(xiàn)對(duì)單離子微束輻照樣品實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，但均存 在著一定的缺點(diǎn)，如不能輻照厚樣品或不透明的樣品，不能在輻照樣品的同時(shí)進(jìn) 行熒光信息的捕捉和離子探測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，以解決當(dāng)前 微束在輻照樣品的同時(shí)無法檢測(cè)樣品熒光信號(hào)的實(shí)時(shí)變化的問題，而且還可以對(duì) 不透明厚樣品進(jìn)行輻照，擴(kuò)大了微束的應(yīng)用范圍，提高了實(shí)驗(yàn)效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，包括有顯微鏡，所述顯微 鏡的物鏡下方設(shè)置有單離子微束，所述單離子微束的出射口正對(duì)所述顯微鏡的物 鏡，待測(cè)樣品放置于所述顯微鏡的物鏡與單離子微束的出射口之間，其特征在于 還包括有壓扁的塑料閃爍光纖、光電倍增管，所述塑料閃爍光纖壓扁的部分位于 所述單離子微束的出射口與待測(cè)樣品之間，所述塑料閃爍光纖兩端分別與光電倍 增管耦合；單離子微束向待測(cè)樣品發(fā)出離子，離子穿過塑料閃爍光纖時(shí)，塑料閃 爍光纖產(chǎn)生光子，并將光子傳輸至光電倍增管，由光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電 信號(hào)，離子穿過塑料閃爍體后，轟擊樣品。
所述的一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，其特征在于所述 塑料閃爍光纖采用熱壓成型技術(shù)進(jìn)行壓扁，其壓扁部分的厚度小于50微米。
所述的一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，其特征在于所述 塑料閃爍光纖壓扁的部分與所述單離子微束的出射口之間的空隙越小越好。
所述的一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，其特征在于所述 光電倍增管安裝于密封盒內(nèi)，密封盒內(nèi)注入有光耦合劑，密封盒上開有小孔，所 述塑料閃爍光纖的兩端通過小孔伸入密封盒內(nèi)，與光電倍增管的接收窗相接。
本發(fā)明中，先將塑料閃爍光纖進(jìn)行壓制，使其厚度在50微米以下，把光纖 的壓制部分固定在束流出口的正上方，并盡可能的減少空氣氣隙。光纖的兩端分 別和固定于束流出口兩側(cè)的光電倍增管耦合，閃爍光纖把離子轟擊纖芯產(chǎn)生的光 子傳至光電倍增管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過后端電子學(xué)線路放大和整形，從而實(shí) 現(xiàn)離子的探測(cè)和計(jì)數(shù)。
本發(fā)明有效地解決了當(dāng)前單離子微束探測(cè)系統(tǒng)無法工作于實(shí)時(shí)在線探測(cè)的
5問題，并且可以對(duì)不透明的厚度較大的樣品(如金屬材料、半導(dǎo)體材料等)進(jìn)行 輻照計(jì)數(shù)，擴(kuò)大了微束的應(yīng)用范圍。另外由于光纖本身即是光子的產(chǎn)生器件又是 光子的傳輸介質(zhì)，故傳輸效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明應(yīng)用于單離子微束裝置中，實(shí)現(xiàn)了微束平臺(tái)的在線檢測(cè)功能，并且可 以對(duì)不透明的厚度較大的樣品進(jìn)行輻照計(jì)數(shù)，拓寬了微束應(yīng)用范圍。本發(fā)明利用 了閃爍光纖作為信號(hào)的產(chǎn)生器件和信號(hào)的傳輸器件的特點(diǎn)，減少了光信號(hào)由于耦 合造成的損失，增強(qiáng)了光信號(hào)的收集效率，提高了信噪比，有效的解決了光信號(hào) 淹沒于背景信號(hào)的問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配方便，易于維護(hù)且工作穩(wěn)定可靠。


圖1為當(dāng)前微束平臺(tái)上通常所使用的兩種離子探測(cè)模式，其中(a)為部分前置探測(cè)模式，(b)為后置探測(cè)模式。圖2為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示。 一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，包括有顯微 鏡，所述顯微鏡的物鏡下方設(shè)置有單離子微束，單離子微束的出射口正對(duì)顯微鏡 的物鏡，待測(cè)樣品放置于顯微鏡的物鏡與單離子微束的出射口之間，還包括有壓 扁的塑料閃爍光纖、光電倍增管，塑料閃爍光纖壓扁的部分位于單離子微束的出 射口與待測(cè)樣品之間，塑料閃爍光纖采用熱壓成型技術(shù)進(jìn)行壓扁，其壓扁部分的 厚度小于50微米，塑料閃爍光纖壓扁的部分與單離子微束的出射口之間的空獻(xiàn) 越小越好。塑料閃爍光纖兩端分別與光電倍增管耦合；單離子微束向待測(cè)樣品發(fā) 出離子，離子穿過塑料閃爍光纖時(shí)，塑料閃爍光纖產(chǎn)生光子，并將光子傳輸至光 電倍增管，由光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，離子穿過塑料閃爍體后，轟擊 樣品。光電倍增管安裝于密封盒內(nèi)，密封盒內(nèi)注入有光耦合劑，密封盒上開有小 孔，所述塑料閃爍光纖的兩端通過小孔伸入密封盒內(nèi)，與光電倍增管的接收窗相 接。本發(fā)明中，光纖的壓制如下由于塑料閃爍光纖的軟化溫度為70X:，故采用熱壓成型方案對(duì)光纖進(jìn)行加 工。加工方法是1)將光纖切割成所需要的長度；2)把光纖放入自制光纖壓制 器底座的槽中，旋動(dòng)壓制器旋鈕，使壓錘輕輕的將光纖擠住；3)將整個(gè)光纖壓6制器放入水浴鍋內(nèi)；4)打開水浴鍋開關(guān)，調(diào)溫至所要溫度,待溫度升至預(yù)設(shè)溫度 后，按照預(yù)設(shè)時(shí)間旋動(dòng)壓制器旋鈕，將壓錘下壓至設(shè)定長度，重復(fù)進(jìn)行直至壓至 所需要的厚度；5)從水浴鍋中取出光纖壓制器，待完全冷卻后取下光纖。 本發(fā)明中光纖與光電倍增管的耦合如下光纖和光電倍增管的裝配首先把光纖倍增管放入金屬封套內(nèi)，在封套內(nèi)注 滿光學(xué)耦合劑，金屬封套的蓋子上開一個(gè)小孔，孔直徑與光纖橫截面直徑相當(dāng)。 然后按照附圖2把加工好的閃爍光纖固定于束流出口的正上方，使光纖的壓制部 分緊緊的貼在束流出口上方，盡可能減少束流出口與光纖之間的氣隙，確保離子 束穿過光纖后能夠打在樣品上。固定好塑料光纖后，把光纖的兩端插入金屬封套 蓋子的小孔中，保證光纖的兩端與光電倍增管的接收窗緊密接觸，盡可能提髙耦 合效率。
權(quán)利要求
1、一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，包括有顯微鏡，所述顯微鏡的物鏡下方設(shè)置有單離子微束，所述單離子微束的出射口正對(duì)所述顯微鏡的物鏡，待測(cè)樣品放置于所述顯微鏡的物鏡與單離子微束的出射口之間，其特征在于還包括有壓扁的塑料閃爍光纖、光電倍增管，所述塑料閃爍光纖壓扁的部分位于所述單離子微束的出射口與待測(cè)樣品之間，所述塑料閃爍光纖兩端分別與光電倍增管耦合；單離子微束向待測(cè)樣品發(fā)出離子，離子穿過塑料閃爍光纖時(shí)，塑料閃爍光纖產(chǎn)生光子，并將光子傳輸至光電倍增管，由光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，離子穿過塑料閃爍體后，轟擊樣品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器， 其特征在于所述塑料閃爍光纖采用熱壓成型技術(shù)進(jìn)行壓扁，其壓扁部分的厚度 小于50微米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器， 其特征在于所述塑料閃爍光纖壓扁的部分與所述單離子微束的出射口之間的空 隙越小越好。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器， 其特征在于所述光電倍增管安裝于密封盒內(nèi)，密封盒內(nèi)注入有光耦合劑，密封 盒上開有小孔，所述塑料閃爍光纖的兩端通過小孔伸入密封盒內(nèi)，與光電倍增管 的接收窗相接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于塑料閃爍光纖的新型單離子微束探測(cè)器，包括有顯微鏡，顯微鏡的物鏡下方設(shè)置有單離子微束，單離子微束的出射口正對(duì)顯微鏡的物鏡，待測(cè)樣品放置于顯微鏡的物鏡與單離子微束的出射口之間，還包括有壓扁的塑料閃爍光纖、光電倍增管，塑料閃爍光纖壓扁的部分位于單離子微束的出射口與待測(cè)樣品之間，塑料閃爍光纖兩端分別與光電倍增管耦合；單離子微束向待測(cè)樣品發(fā)出離子，離子穿過塑料閃爍光纖時(shí)，塑料閃爍光纖產(chǎn)生光子，并將光子傳輸至光電倍增管，由光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，離子穿過塑料閃爍體后，轟擊樣品。
文檔編號(hào)G01T1/00GK101661109SQ20091014500
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者余增亮, 吳李君, 吳躍進(jìn), 軍 李, 詹福如, 許永建, 斌 陳, 陳連運(yùn), 青 黃 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所