Določanje porazdelitve elementov v bioloških sistemih na nivoju tkiv in posameznih celic z elementno občutljivostjo na nivoju ppm je vse večjega pomena v raziskavah kompleksnih procesov v bioloških sistemih. Določanje elementnih porazdelitev in koncentracij v različnih morfoloških strukturah določenega tkiva je ključnega pomena za razumevanje mehanizmov, ki so vključeni v regulacijo, razporeditev, absorpcijo, transport, kopičenje, funkcionalnost in dosegljivost elementov v bioloških tkivih.
Glavni cilj mojega doktorskega dela je nadgraditev raziskovalne linije na mikrožarku za analizo zamrznjenih tkiv z metodo mikro-PIXE ter zmanjšanje premera protonskega žarka pod en mikrometer, ki nam bo omogočil vpogled v biološke strukture na podceličnem nivoju.
Skonstruirali in sestavili smo kriostat s sistemom za hitro vstavljanje zamrznjenih vzorcev v vakumski sistem merilne komore. Kriostat, ki je hlajen s tekočim dušikom, nam med meritvijo omogoča vzdrževanje dovolj nizke temperature med meritvijo. Skonstruirali smo nosilec vzorcev, ki omogoča hitro vstavljanje zamrznjenih vzorcev in hkrati služi kot dovolj velik toplotni ponor, da preprečuje segrevanje vzorcev med vnosom in meritvijo. Vzorci so vstavljeni med dve tanki polimerni membrani debeline 100 nm. Med nosilcem vzorcev in membranama z vzorcem smo dosegli dovolj veliko toplotno prevodnost, ki ohranja vzorce v zamrznjenem stanju. Med nosilcem vzorcev in kriostatom pa smo vzpostavili dovolj velik toplotni stik, ki omogoča zadovoljivo odvajanje toplote z merilne mize.
Nova in nadgrajena zasnova sprejemne vilice na roki goniometra lahko zdaj sprejme tako stari nosilec vzorcev kot tudi nov nosilec zamrznjenih vzorcev brez bistvenih razlik med njima in z istim transportnim postopkom za hitro vstavljanje vzorcev v merilno komoro. To znatno skrajša čas zamenjave vzorcev v merilni komori, ker ni potrebno evakuirati celotne postaje z mikrožarkom za izmenjavo vzorcev, kot pred nadgradnjo merilne postaje. Ker je potrebno zamrznjene hidrirane vzorce med merjenjem in med ekspozicijo v visokem vakumu hraniti zamrznjene in nedotaknjene, je bila potrebna popolnoma nova oblika nosilca za zamrznjene vzorce. Merilna miza, tj. novi nosilec zamrznjenih vzorcev, mora zadostiti večim pogojem, da bi vzorci ostali nedotaknjeni. Prvič, nosilec vzorcev mora zagotavljati dober toplotni stik med novo ročico goniometra s kriostatom in ga je treba narediti na način, da ga je mogoče prenesti v merilno komoro z novim transportnim sistemom. Nosilec zamrznjenih vzorcev mora biti dovolj velik, da lahko zagotovi zadosten toplotni rezervoar, da se vzorci ne bodo preveč segreli, če se z njimi rokuje približno eno minuto. Nosilec zamrznjenih vzorcev naj bi po možnosti vseboval več kot le eno ležišče za merilni vzorec, poleg tega pa mora biti v primeru nepričakovanega defokusiranja žarka tudi omogočeno vključevanje nekaterih orodij za fokusiranje in za preverjanje profila žarka.
Znotraj mojega raziskovalnega dela smo pred kratkim v laboratoriju na pospeševalnik vgradili nov tip ionskega izvora, ki ima za faktor 15 boljšo svetlost od izvora Duoplasmatron, s katerim sem do sedaj izvedel vse meritve mikro-PIXE. Tako nam bo nov ionski izvor predvidoma omogočil zmanjšanje premera protonskega žarka pod en mikrometer in s tem omogočil raziskave bioloških tkiv na podceličnem nivoju, kar je tudi eden izmed ciljev mojega doktorskega dela.
Pridobljeni mikro-PIXE elementni zemljevidi, pripravljeni kot liofilizirani v primerjavi z zamrznjenimi hidriranimi, kažejo pomembne razlike v elementarni porazdelitvi že na ravni tkiva. To je lahko posledica spremembe morfologije, zlasti tkivnih oddelkov, ki jih povzroča odstranitev vode med postopkom liofilizacije. Pridobljeni elementarni zemljevidi Daphnia magnae (slika 21, 22), pripravljeni le za zamrznjeno hidrirano mikro-PIXE analizo, kažejo, da je naša sposobnost merjenja biološkega vzorca večinoma sestavljena iz vode, kjer ni mogoče uporabiti liofilizacijske tehnike za pripravo vzorca brez večjih naporov, mogoča.
|
