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    新加坡首個原子能機構協作中心:利用加速器進行尖端研發

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    離子束應用中心將質子束聚焦到納米級分辨率,用于各種應用,包括材料科學研究、生物細胞成像、納米制造以及法證和遺產樣本研究計劃。(照片來源:新加坡國立大學)

    國際原子能機構與新加坡國立大學離子束應用中心達成協作協議,在從材料科學和文化遺產到癌癥護理等多學科應用中強化利用加速器科學技術。這是原子能機構在東南亞國家的首個協作中心。

    根據本周簽署的新協議,原子能機構指定離子束應用中心為原子能機構協作中心,直至2027年。離子束應用中心的核心設施是一臺離子束加速器,供多學科研究使用。離子束應用中心可以產生高能(兆電子伏)質子束和α粒子束,最近借助離子束應用中心開發的尖端納米聚焦系統形成了小到10納米的光斑,這在世界上尚無他例。一根頭發絲寬約10萬納米。

    原子能機構負責核科學和應用部的副總干事納賈特·穆赫塔爾說:“原子能機構重視離子束應用中心的創新研發方案及其用于開發基于快離子的新技術的無與倫比的研究基礎設施。我們已在材料科學、量子科學、文化遺產和法證學領域合作若干年。我很高興讓我們的合作更上一層樓。”

    通過利用加速器產生的快速離子探索材料的原子級組成和特性,專家們可以研究和開發綠色技術所需的新材料,例如用于太陽能轉換的改進型光伏電池和用于能源儲存的先進析氫過程。新協作中心還將利用基于加速器的技術確定諸如食品包裝、食品補充劑、玩具及其包裝材料等的來源和真實性,以強化公眾認識和安全。

    新加坡國立大學理學院研發副院長許連斌教授說:“將離子束應用中心指定為原子能機構協作中心,證明了我們研究人員所具有的優質創新思路和專門知識。協作中心將利用基于加速器的技術研究從材料科學到放射生物學等高度相關的研究課題。我們期待與原子能機構合作,通過地方、地區和全球研究伙伴關系促進知識傳播和能力建設,為現實世界的問題探索解決方案。”

    離子束應用中心的核顯微鏡光束線可以檢測含量低到百萬分之幾的元素,并以亞微米級的分辨率顯示其分布。這些能力將用于研究材料的組成、結構和來源,以及文化遺產物品修復技術。這在新加坡很有價值,因為新加坡從來就是亞太地區的貿易中心。核分析技術可以提供有關過去所用材料和技術的信息,有助于繪制因人員流動而造成的制造技術的變遷圖,還可以幫助確定過去的貿易路線,以及新加坡在制造工藝品的材料和技術方面對該地區的影響。

    這項工作將與新加坡同步輻射源和新加坡國家文物局協作完成。作為這一新協作中心計劃的一部分,2023年10月3日將在新加坡舉辦國際原子能機構關于核分析技術用于世界遺產的系列網絡研討會第一次會議。

    一名研究人員在離子束應用中心為芯片實驗室樣本準備饋送線路。協作中心將利用離子束應用中心開發的質子束寫入技術,開發納米流體芯片實驗室技術,實現脫氧核糖核酸(DNA)單分子檢測,用于分子生物學分析,如促進臨床診斷和藥物開發的基因測序。(照片來源:新加坡國立大學)

    亞細胞成像和輻照

    離子束應用中心還有一項利用高聚焦離子束能力的新應用,那就是用于放射生物學的亞細胞輻照。今年早些時候,原子能機構啟動了一個新的協調研究項目“利用基于加速器的技術進行亞細胞成像和輻照”(F11024)。離子束應用中心下周將主辦該項目的首次協調會議。

    在500納米(亞細胞)水平上對活細胞進行離子束照射,可以研究單個細胞器(如癌癥治療中的線粒體)對輻射損傷的反應。基于離子束的成像技術可以顯示納米顆粒經吸收后進行的藥物遞送情況,從而研究放射增敏效應,這有可能改善放射治療的療效。

    該項目的主要目標是開發加速器技術,以便通過質子束治療(目前最先進的癌癥放射治療方法之一)改進和更好地量身定制腫瘤控制方法。將為生物成像開發基于量子科學的新型探測器,讓科學家能以非侵入方式實時查看生物功能。

    項目參與者、新加坡國立大學副教授安德魯·貝蒂奧說:“加速器技術在研究輻射對生物細胞的影響方面發揮著至關重要的作用,為深入了解DNA損傷和細胞反應提供了珍貴資料。這些研究發現有可能轉化為臨床試驗,最終加強放射治療的成果。”

    來自12個國家的專家包括來自三個原子能機構協作中心(澳大利亞核科學和技術組織、日本量子科學技術研究開發機構和新加坡國立大學離子束應用中心)的專家將就這個為期五年的項目開展合作。

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