离子束：造福未来生活

“离子”无所不在，就在你的身边。因为物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和绕核运转的电子组成。如果分子、原子失去电子或得到电子，就变成离子。

宇宙射线中有离子，空气中有离子。水中有离子，生物体内有离子，有些营养也是以离子的形式被吸收的。离子在自然界广泛存在，它就在你的身边。对你的健康、情绪产生着重要的影响。比如雨后天晴，令人心旷神怡，那是空气中负离子浓度较高的缘故，反之，则感到心情烦躁。根据这一原理，一种负离子发生器可能已经进入你的家庭。

人们用加速器加速离子，让离子“跑”得快一些。离子跑得“快”与“慢”用能量表示。别看离子的直径只有10m大小，许多离子聚成一束用途可真大。能量高一些的离子柬可用来分析出土文物的年代，还可以治疗肿瘤；低能离子束可用于增加材料表面的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。中国科学家研究低能离子与生物体相互作用，开辟了新的研究领域。

说到低能离子与生物体的作用，人们很自然地联想到辐射。其实，二者的区别是很明显的。从分子水平上看，前者可以“创造”分子，后者只能损伤分子。人们正是利用这一原理，开发出许多有意义的应用技术，如离子束在细胞修饰、基因工程、生命化学起源和星际分子形成，以及环境健康领域中的应用。

作为核科学技术与生物学交叉的离子束与生物体相互作用更是鲜为人知，其实离子束研究的成果就在我们身边。离子束生物应用需要特殊的装置。如果要把离子一个一个地投入细胞预定位置，需要单离子束装置。通过在单离子束细胞精确定位照射装置和离子束生物工程装置研制、离子束植物生物工程和离子柬催化剂修饰等，对我们的生活产生了巨大的影响……

让人们更健康地生活

一份来自北京儿童医院的调查表明，2006年在该院接诊的白血病患儿中，有九成患儿家庭在半年内曾经装修。专家据此推测，室内装修材料中的有害物质可能是小儿白血病的一个重要诱因。世界卫生组织宣布：全球近一半的人处于室内空气污染中，全球每年有10万人因为室内空气污染而死予哮喘病，而其中35％为儿童。而中国每年由室内空气污染引起的超额死亡数已达到11.1万人，超额急诊数达430万人次，直接和间接经济损失高达107亿美元。

其实室内装修的危害已日益被大众所重视，但室内装修是如何危害大众健康的呢?

中科院等离子体物理研究所研究员余增亮说，室内装修材料产生的氡气会通过呼吸道吸入肺部，氡气衰变产生的氦离子辐射，占居家者所受辐射总量的51％。就算一个人每年只有2500个支气管细胞受到一个氦离子的照射，也可能引起肺部肿瘤。

余增亮等科研人员通过离子束生物应用技术研究发现，—个细胞受到辐射损伤，损伤信号可传给近旁细胞，且在10分钟内达到极大值。这一结果不仅是对肺癌发病机理的进一步认识，而且对保持居室环境健康也有指导意义。

此外，要模拟单个粒子轰击过程，探索肺癌发病机理，就得开发一个一个地向细胞预定位置投射离子技术。余增亮说，离子束技术不仅对评价环境低剂量暴露危营性、细胞近旁效应、基因不稳定性研究具有重要意义，也给核技术界提出了极具挑战性课题。于是，课题研制成功了我国第一台单离子束细胞精确定位照射加速器，使得准确地向细胞核、细胞质和细胞器投射精确数量离子的技术成为可能。该加速器验收意见认为：　“它的研制成功是国内离子束辐照技术的重大突破。必将大大拓宽离子束技术的应用范围。《科学通报》在点评时认为：“单离子束辐照系统的建成是国内核技术及辐射生物学界的一件大事。对辐射生物学及辐射环境生物物理中的热点问题，如极低剂量辐射、‘旁观者效应’等的深入研究具有重要意义，同时也是离子束辐照技术的突破，必将大大拓宽离子束技术的应用范围。”

帮助企业在国际竞争中取胜

离子束技术不仅为进一步认识肺癌发病的机理提供条件，还关注医药生产领域，开发对大众健康有益的产品，帮助我国企业在国际竞争中取胜。

母乳具有营养丰富易消化吸收，蛋白质、脂肪、糖的比例适当；含锌、铜、碘等微量元素较多，喂养者贫血发生率低等优点。因此，健康专家提倡用母乳喂养婴儿。母乳优于牛奶的另外一个重要原因是——母乳里含有牛奶中没有的花生四烯酸。

花生四烯酸是人体必需、又不能自身合成的长链不饱和脂肪酸，只能从外界摄人，工业化生产花生四烯酸研发成为世界的焦点。余增亮等科研人员通过研发“离子束修饰花生四烯酸催化剂及发酵技术”，实现了产业化，凭借领先国际的技术，质优价廉的产品，很快占国内90％的市场份额，被国家经贸委评为2002年度国家级新产品。通过美国、欧洲和伊斯兰食品认证，出口欧、美和东南亚20多个国家和地区，成为世界第三大花生四烯酸供应商，吸引国际投资，将在武汉建成世界上最大的花生四烯酸生产基地。该产业不但为我国创造大量的经济利益，而且对于无法获得母乳喂养的婴幼儿来说，也是一个巨大的福音。

小小的维生素C是我国战略出口产品，上世纪末国际维生素C生产巨头掀起价格大战，我国维生素C行业的28家企业只剩下4家苦苦支撑。在这种严峻形势下，余增亮等科研人员把视线对准离子束修饰维生素C催化剂研究，并很快取得突破。在企业的300吨罐试产，糖一酸克分子转化率达到94，8％；菌株发酵温度从28度提高到32度，效率大大提高，能耗却大幅下降。到2002年，终于使我国维生素C行业在国际竞争中取胜，成为国际主要供应商。当年下半年就为国家新增外汇收入2000万美元。2003年仅江苏一家医药企业，创造利润2亿元；同时使停产多年的蚌埠泰格药业重新生产，形成产值1亿、利税2000万、解决400工人再就业的新企业。

新稻种减轻农民耕种负担

2008年以来，粮食危机席卷全球，就连号称“世界粮仓”的美国也未能幸免，美国东、西海岸多家大型零售商对面粉、米和食用油也开始限购；而非洲许多本来就缺粮短粮的国家，更是面临了前所未有的考验。

根据最新公布的数字，我国2008年粮食生产首次实现连续五年的增产，预计全年粮食总产10570亿斤，比上年增加538亿斤，增长5.4％；预计亩产330公斤，比上年增加13.4公斤，增长4.2％，8年来首次实现产需基本平衡。

中国农业部副部长危朝安说：“尽管今年粮食获得大丰收，供求矛盾缓解，但从长远看，国内粮食供求偏紧的格局仍然没有改变。”危朝安说，在2009年我国粮食播种面积将稳定在16亿亩左右，产量将保持在10000亿斤以上。

其实，在今年年初粮食价格持续走高，带动肉、蛋、禽等食品价格同步增长时，我国消费者已经感受到了消费的压力。但是在18亿亩耕地的“红线”被不断打破，高强

度地施用化肥、农药的耕种模式，不但破坏环境，而且威胁到食品安全，培育高产、易种的新品种已经成为一个解决我国粮食安全的一个重要方案。

余增亮说：“除了‘民以食为天’外，我国还有8亿农民，粮食生产还是农民增加收入、富裕生活的重要途径。”尽管国家大力鼓励在南方稻区种植双季稻，但传统双季稻种植模式既艰苦效益又低，农民不愿意种植。比如在双季稻区，由于稻子的品种不同，早稻品种收割时的落粒就变成晚稻品种的杂草，不仅影响晚稻产量，而且由于品种混杂而影响晚稻的商品性。尤其在如今的农村，农村城镇化速度加快，大批农民工进城，稻区面临着劳力紧张、老龄化严重、“老弱病妇”成为耕种的主力局面，双季稻种植面积急剧下降。如安徽历史上种植面积800万亩，现只有100万宦。

余增亮说：我们‘离子束应用技术’瞄准了这一具有普遍意义又关系国家粮食安全的课题，经过7年14季研究，多次离子束照射，创制一种即做早稻直播又做晚稻直播的新品种，每季亩产均在500公斤以上。经农业部稻米质量检测中心检测，所有指标达到部颁优质米标准。”

由于早晚稻兼用的新品种解决了“水稻自身杂草化”问题——早稻收割时落粒成为晚稻“杂草”，吸收水肥、遮挡光照，影响晚稻产量和品质，还直接省去了平整秧田、育秧和插秧这些最繁重的耕种环节，大大减轻了劳动强度；每亩每季节省费用189元，配以机械化收割，一个稻农可由原来只能耕作5亩发展到50亩，使农民实现了轻松又高效的种田梦想，深受稻区政府和农民欢迎。

让粮食存的住

据介绍，新米通常指当年收割、当年轧制的粮食，陈米是储存一年以上的粮食。陈米与新米相比较，虽然它的其他品质指标与新米差不多，仍视为合格粮食可上市出售，但其风味和口感有所下降，因此卖价也相对略低些。

但是为了解决粮食安全问题，粮食不但要“产得多”，还要“存得住”。粮食储存是个太问题，我国每年要花大量资金建设现代化粮库，还要补助储粮损失，推陈储新，财政负担重；而且陈粮流入市场，影响人民健康。在国际上，解决粮食储存一般用现代化工程办法，比如建设现代化粮库，通过大型空调等调低粮库温度，而像日本等国家甚至把粮食装进箱子沉人海底，延长保质期。

我国粮食储备巨大，单纯靠工程办法来解决，储存成本高，财力上难以承担，必须另劈蹊径。余增亮说，通过离子束技术，发掘出水稻自身的“长寿”基因，结合离子束生物技术与常规育种，创制了耐储存水稻皖鉴2090。

经仓储试验，42个月后，皖鉴2090稻种发芽率仍在98％，而一般水稻储存24个月发芽率几乎降为零。该水稻稻种使粮库2年一换延长到4年一换，既减轻了劳动强度，又节约了财政补贴费用。

突出成果

通过离子束技术，国家“十五”“离子束应用技术研究”课题组育成16个稻子等新品种，推广1600多万亩。

实现生物催化剂修饰应用的是离子束细胞修饰专利装置。攻关项目研制了6台小型化、实用化装置，促进成立4个省部级离子束生物工程重点实验室和1个国家工程研究中心，装备两个国家生化工程技术研究中心，形成了覆盖部分省区的离子束生物工程应用技术网络，并走向国外。去年11月，美国Berkeley国家实验室Brown博士在第二次国际离子束与材料相互作用国际会议上强调：“中科院科学家开创了一个全新的离子束生物应用领域，并成为国际上这一领域的领头者。他们的工作显示：离子柬技术造福人类有着极为广阔的应用前景。”

课题技术修饰6个细胞型催化剂。国家发改委批准以离子束细胞修饰技术为支撑的两个国家高新技术产业化示范工程项目和发酵技术国家工程研究中心。江苏江山制药厂利用该技术每年增加效益3000万元，武汉烯王公司创利税3500多万元；蚌埠泰格药业每年创利税2000万元。

该课题组还获得发明专利受理权26项，其中专利授权7项，“低能离子束细胞修饰技术和装置”被中国国家知识产权局和世界知识产权组织授予“中国专利金奖”。

研制成功单离子束细胞精确定位照射加速器，6台小型化、实用化离子束生物工程装置，建立了辐射全国部分省区的离子束应用技术研发平台。