離子束：造福未來生活

　　“離子”無所不在，就在你的身邊。因為物質由分子組成，分子由原子組成，原子由原子核和繞核運轉的電子組成。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，生物體內有離子，有些營養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。根據這一原理，一種負離子發生器可能已經進入你的家庭。
　　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，人們很自然地聯想到輻射。其實，二者的區別是很明顯的。從分子水平上看，前者可以“創造”分子，后者只能損傷分子。人們正是利用這一原理，開發出許多有意義的應用技術，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，以及環境健康領域中的應用。
　　作為核科學技術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院的調查表明，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曾經裝修。專家據此推測，室內裝修材料中的有害物質可能是小兒白血病的一個重要誘因。世界衛生組織宣布：全球近一半的人處于室內空氣污染中，全球每年有10萬人因為室內空氣污染而死予哮喘病，而其中35％為兒童。而中國每年由室內空氣污染引起的超額死亡數已達到11.1萬人，超額急診數達430萬人次，直接和間接經濟損失高達107億美元。
　　其實室內裝修的危害已日益被大眾所重視，但室內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，室內裝修材料產生的氡氣會通過呼吸道吸入肺部，氡氣衰變產生的氦離子輻射，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研究發現，—個細胞受到輻射損傷，損傷信號可傳給近旁細胞，且在10分鐘內達到極大值。這一結果不僅是對肺癌發病機理的進一步認識，而且對保持居室環境健康也有指導意義。
　　此外，要模擬單個粒子轟擊過程，探索肺癌發病機理，就得開發一個一個地向細胞預定位置投射離子技術。余增亮說，離子束技術不僅對評價環境低劑量暴露危營性、細胞近旁效應、基因不穩定性研究具有重要意義，也給核技術界提出了極具挑戰性課題。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、細胞質和細胞器投射精確數量離子的技術成為可能。該加速器驗收意見認為：　“它的研制成功是國內離子束輻照技術的重大突破。必將大大拓寬離子束技術的應用范圍?！犊茖W通報》在點評時認為：“單離子束輻照系統的建成是國內核技術及輻射生物學界的一件大事。對輻射生物學及輻射環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的突破，必將大大拓寬離子束技術的應用范圍。”
　　
　　幫助企業在國際競爭中取勝
　　
　　離子束技術不僅為進一步認識肺癌發病的機理提供條件，還關注醫藥生產領域，開發對大眾健康有益的產品，幫助我國企業在國際競爭中取勝。
　　母乳具有營養豐富易消化吸收，蛋白質、脂肪、糖的比例適當；含鋅、銅、碘等微量元素較多，喂養者貧血發生率低等優點。因此，健康專家提倡用母乳喂養嬰兒。母乳優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，工業化生產花生四烯酸研發成為世界的焦點。余增亮等科研人員通過研發“離子束修飾花生四烯酸催化劑及發酵技術”，實現了產業化，憑借領先國際的技術，質優價廉的產品，很快占國內90％的市場份額，被國家經貿委評為2002年度國家級新產品。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，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基地。該產業不但為我國創造大量的經濟利益，而且對于無法獲得母乳喂養的嬰幼兒來說，也是一個巨大的福音。
　　小小的維生素C是我國戰略出口產品，上世紀末國際維生素C生產巨頭掀起價格大戰，我國維生素C行業的28家企業只剩下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。在企業的300噸罐試產，糖一酸克分子轉化率達到94，8％；菌株發酵溫度從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年僅江蘇一家醫藥企業，創造利潤2億元；同時使停產多年的蚌埠泰格藥業重新生產，形成產值1億、利稅2000萬、解決400工人再就業的新企業。
　　
　　新稻種減輕農民耕種負擔
　　
　　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。
　　根據最新公布的數字，我國2008年糧食生產首次實現連續五年的增產，預計全年糧食總產10570億斤，比上年增加538億斤，增長5.4％；預計畝產330公斤，比上年增加13.4公斤，增長4.2％，8年來首次實現產需基本平衡。
　　中國農業部副部長危朝安說：“盡管今年糧食獲得大豐收，供求矛盾緩解，但從長遠看，國內糧食供求偏緊的格局仍然沒有改變?！蔽３舱f，在2009年我國糧食播種面積將穩定在16億畝左右，產量將保持在10000億斤以上。
　　其實，在今年年初糧食價格持續走高，帶動肉、蛋、禽等食品價格同步增長時，我國消費者已經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、農藥的耕種模式，不但破壞環境，而且威脅到食品安全，培育高產、易種的新品種已經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8億農民，糧食生產還是農民增加收入、富裕生活的重要途徑。”盡管國家大力鼓勵在南方稻區種植雙季稻，但傳統雙季稻種植模式既艱苦效益又低，農民不愿意種植。比如在雙季稻區，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。尤其在如今的農村，農村城鎮化速度加快，大批農民工進城，稻區面臨著勞力緊張、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，現只有100萬宦。
　　余增亮說：我們‘離子束應用技術’瞄準了這一具有普遍意義又關系國家糧食安全的課題，經過7年14季研究，多次離子束照射，創制一種即做早稻直播又做晚稻直播的新品種，每季畝產均在500公斤以上。經農業部稻米質量檢測中心檢測，所有指標達到部頒優質米標準?！?br/>　　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，影響晚稻產量和品質，還直接省去了平整秧田、育秧和插秧這些最繁重的耕種環節，大大減輕了勞動強度；每畝每季節省費用189元，配以機械化收割，一個稻農可由原來只能耕作5畝發展到50畝，使農民實現了輕松又高效的種田夢想，深受稻區政府和農民歡迎。
　　
　　讓糧食存的住
　　
　　據介紹，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代化工程辦法，比如建設現代化糧庫，通過大型空調等調低糧庫溫度，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，發掘出水稻自身的“長壽”基因，結合離子束生物技術與常規育種，創制了耐儲存水稻皖鑒2090。
　　經倉儲試驗，42個月后，皖鑒2090稻種發芽率仍在98％，而一般水稻儲存24個月發芽率幾乎降為零。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，又節約了財政補貼費用。
　　
　　突出成果
　　
　　通過離子束技術，國家“十五”“離子束應用技術研究”課題組育成16個稻子等新品種，推廣1600多萬畝。
　　實現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研究中心，形成了覆蓋部分省區的離子束生物工程應用技術網絡，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：“中科院科學家開創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：離子柬技術造福人類有著極為廣闊的應用前景。”
　　課題技術修飾6個細胞型催化劑。國家發改委批準以離子束細胞修飾技術為支撐的兩個國家高新技術產業化示范工程項目和發酵技術國家工程研究中心。江蘇江山制藥廠利用該技術每年增加效益3000萬元，武漢烯王公司創利稅3500多萬元；蚌埠泰格藥業每年創利稅2000萬元。
　　該課題組還獲得發明專利受理權26項，其中專利授權7項，“低能離子束細胞修飾技術和裝置”被中國國家知識產權局和世界知識產權組織授予“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的離子束應用技術研發平