離子束：造福未來生活

　　“離子”無所不在，就在你的身邊。因為物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子由原子核和繞核運轉(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，一種負離子發(fā)生器可能已經(jīng)進入你的家庭。
　　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。中國科學家研究低能離子與生物體相互作用，開辟了新的研究領域。
　　說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，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，開發(fā)出許多有意義的應用技術(shù)，如離子束在細胞修飾、基因工程、生命化學起源和星際分子形成，以及環(huán)境健康領域中的應用。
　　作為核科學技術(shù)與生物學交叉的離子束與生物體相互作用更是鮮為人知，其實離子束研究的成果就在我們身邊。離子束生物應用需要特殊的裝置。如果要把離子一個一個地投入細胞預定位置，需要單離子束裝置。通過在單離子束細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，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10萬人因為室內(nèi)空氣污染而死予哮喘病，而其中35％為兒童。而中國每年由室內(nèi)空氣污染引起的超額死亡數(shù)已達到11.1萬人，超額急診數(shù)達430萬人次，直接和間接經(jīng)濟損失高達107億美元。
　　其實室內(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，室內(nèi)裝修材料產(chǎn)生的氡氣會通過呼吸道吸入肺部，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％。就算一個人每年只有2500個支氣管細胞受到一個氦離子的照射，也可能引起肺部腫瘤。
　　余增亮等科研人員通過離子束生物應用技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，—個細胞受到輻射損傷，損傷信號可傳給近旁細胞，且在10分鐘內(nèi)達到極大值。這一結(jié)果不僅是對肺癌發(fā)病機理的進一步認識，而且對保持居室環(huán)境健康也有指導意義。
　　此外，要模擬單個粒子轟擊過程，探索肺癌發(fā)病機理，就得開發(fā)一個一個地向細胞預定位置投射離子技術(shù)。余增亮說，離子束技術(shù)不僅對評價環(huán)境低劑量暴露危營性、細胞近旁效應、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第一臺單離子束細胞精確定位照射加速器，使得準確地向細胞核、細胞質(zhì)和細胞器投射精確數(shù)量離子的技術(shù)成為可能。該加速器驗收意見認為：　“它的研制成功是國內(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)的應用范圍。《科學通報》在點評時認為：“單離子束輻照系統(tǒng)的建成是國內(nèi)核技術(shù)及輻射生物學界的一件大事。對輻射生物學及輻射環(huán)境生物物理中的熱點問題，如極低劑量輻射、‘旁觀者效應’等的深入研究具有重要意義，同時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)的應用范圍。”
　　
　　幫助企業(yè)在國際競爭中取勝
　　
　　離子束技術(shù)不僅為進一步認識肺癌發(fā)病的機理提供條件，還關注醫(yī)藥生產(chǎn)領域，開發(fā)對大眾健康有益的產(chǎn)品，幫助我國企業(yè)在國際競爭中取勝。
　　母乳具有營養(yǎng)豐富易消化吸收，蛋白質(zhì)、脂肪、糖的比例適當；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。因此，健康專家提倡用母乳喂養(yǎng)嬰兒。母乳優(yōu)于牛奶的另外一個重要原因是——母乳里含有牛奶中沒有的花生四烯酸。
　　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。余增亮等科研人員通過研發(fā)“離子束修飾花生四烯酸催化劑及發(fā)酵技術(shù)”，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，憑借領先國際的技術(shù)，質(zhì)優(yōu)價廉的產(chǎn)品，很快占國內(nèi)90％的市場份額，被國家經(jīng)貿(mào)委評為2002年度國家級新產(chǎn)品。通過美國、歐洲和伊斯蘭食品認證，出口歐、美和東南亞20多個國家和地區(qū)，成為世界第三大花生四烯酸供應商，吸引國際投資，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)不但為我國創(chuàng)造大量的經(jīng)濟利益，而且對于無法獲得母乳喂養(yǎng)的嬰幼兒來說，也是一個巨大的福音。
　　小小的維生素C是我國戰(zhàn)略出口產(chǎn)品，上世紀末國際維生素C生產(chǎn)巨頭掀起價格大戰(zhàn)，我國維生素C行業(yè)的28家企業(yè)只剩下4家苦苦支撐。在這種嚴峻形勢下，余增亮等科研人員把視線對準離子束修飾維生素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，終于使我國維生素C行業(yè)在國際競爭中取勝，成為國際主要供應商。當年下半年就為國家新增外匯收入2000萬美元。2003年僅江蘇一家醫(yī)藥企業(yè)，創(chuàng)造利潤2億元；同時使停產(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、解決400工人再就業(yè)的新企業(yè)。
　　
　　新稻種減輕農(nóng)民耕種負擔
　　
　　2008年以來，糧食危機席卷全球，就連號稱“世界糧倉”的美國也未能幸免，美國東、西海岸多家大型零售商對面粉、米和食用油也開始限購；而非洲許多本來就缺糧短糧的國家，更是面臨了前所未有的考驗。
　　根據(jù)最新公布的數(shù)字，我國2008年糧食生產(chǎn)首次實現(xiàn)連續(xù)五年的增產(chǎn)，預計全年糧食總產(chǎn)10570億斤，比上年增加538億斤，增長5.4％；預計畝產(chǎn)330公斤，比上年增加13.4公斤，增長4.2％，8年來首次實現(xiàn)產(chǎn)需基本平衡。
　　中國農(nóng)業(yè)部副部長危朝安說：“盡管今年糧食獲得大豐收，供求矛盾緩解，但從長遠看，國內(nèi)糧食供求偏緊的格局仍然沒有改變。”危朝安說，在2009年我國糧食播種面積將穩(wěn)定在16億畝左右，產(chǎn)量將保持在10000億斤以上。
　　其實，在今年年初糧食價格持續(xù)走高，帶動肉、蛋、禽等食品價格同步增長時，我國消費者已經(jīng)感受到了消費的壓力。但是在18億畝耕地的“紅線”被不斷打破，高強度地施用化肥、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)成為一個解決我國糧食安全的一個重要方案。
　　余增亮說：“除了‘民以食為天’外，我國還有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。”盡管國家大力鼓勵在南方稻區(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)民工進城，稻區(qū)面臨著勞力緊張、老齡化嚴重、“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800萬畝，現(xiàn)只有100萬宦。
　　余增亮說：我們‘離子束應用技術(shù)’瞄準了這一具有普遍意義又關系國家糧食安全的課題，經(jīng)過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)量檢測中心檢測，所有指標達到部頒優(yōu)質(zhì)米標準。”
　　由于早晚稻兼用的新品種解決了“水稻自身雜草化”問題——早稻收割時落粒成為晚稻“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)，大大減輕了勞動強度；每畝每季節(jié)省費用189元，配以機械化收割，一個稻農(nóng)可由原來只能耕作5畝發(fā)展到50畝，使農(nóng)民實現(xiàn)了輕松又高效的種田夢想，深受稻區(qū)政府和農(nóng)民歡迎。
　　
　　讓糧食存的住
　　
　　據(jù)介紹，新米通常指當年收割、當年軋制的糧食，陳米是儲存一年以上的糧食。陳米與新米相比較，雖然它的其他品質(zhì)指標與新米差不多，仍視為合格糧食可上市出售，但其風味和口感有所下降，因此賣價也相對略低些。
　　但是為了解決糧食安全問題，糧食不但要“產(chǎn)得多”，還要“存得住”。糧食儲存是個太問題，我國每年要花大量資金建設現(xiàn)代化糧庫，還要補助儲糧損失，推陳儲新，財政負擔重；而且陳糧流入市場，影響人民健康。在國際上，解決糧食儲存一般用現(xiàn)代化工程辦法，比如建設現(xiàn)代化糧庫，通過大型空調(diào)等調(diào)低糧庫溫度，而像日本等國家甚至把糧食裝進箱子沉人海底，延長保質(zhì)期。
　　我國糧食儲備巨大，單純靠工程辦法來解決，儲存成本高，財力上難以承擔，必須另劈蹊徑。余增亮說，通過離子束技術(shù)，發(fā)掘出水稻自身的“長壽”基因，結(jié)合離子束生物技術(shù)與常規(guī)育種，創(chuàng)制了耐儲存水稻皖鑒2090。
　　經(jīng)倉儲試驗，42個月后，皖鑒2090稻種發(fā)芽率仍在98％，而一般水稻儲存24個月發(fā)芽率幾乎降為零。該水稻稻種使糧庫2年一換延長到4年一換，既減輕了勞動強度，又節(jié)約了財政補貼費用。
　　
　　突出成果
　　
　　通過離子束技術(shù)，國家“十五”“離子束應用技術(shù)研究”課題組育成16個稻子等新品種，推廣1600多萬畝。
　　實現(xiàn)生物催化劑修飾應用的是離子束細胞修飾專利裝置。攻關項目研制了6臺小型化、實用化裝置，促進成立4個省部級離子束生物工程重點實驗室和1個國家工程研究中心，裝備兩個國家生化工程技術(shù)研究中心，形成了覆蓋部分省區(qū)的離子束生物工程應用技術(shù)網(wǎng)絡，并走向國外。去年11月，美國Berkeley國家實驗室Brown博士在第二次國際離子束與材料相互作用國際會議上強調(diào)：“中科院科學家開創(chuàng)了一個全新的離子束生物應用領域，并成為國際上這一領域的領頭者。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用前景。”
　　課題技術(shù)修飾6個細胞型催化劑。國家發(fā)改委批準以離子束細胞修飾技術(shù)為支撐的兩個國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項目和發(fā)酵技術(shù)國家工程研究中心。江蘇江山制藥廠利用該技術(shù)每年增加效益3000萬元，武漢烯王公司創(chuàng)利稅3500多萬元；蚌埠泰格藥業(yè)每年創(chuàng)利稅2000萬元。
　　該課題組還獲得發(fā)明專利受理權(quán)26項，其中專利授權(quán)7項，“低能離子束細胞修飾技術(shù)和裝置”被中國國家知識產(chǎn)權(quán)局和世界知識產(chǎn)權(quán)組織授予“中國專利金獎”。
　　研制成功單離子束細胞精確定位照射加速器，6臺小型化、實用化離子束生物工程裝置，建立了輻射全國部分省區(qū)的離子束應用技術(shù)研發(fā)平