放射線照射制御検出のための赤外線発光シンチレーター素子の開発とその応用

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25600131
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 戸崎 充男 京都大学, 放射性同位元素総合センター, 准教授 (70207570)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 角山 雄一 京都大学, 放射性同位元素総合センター, 助教(Research Associate) (90314260) ; 藤田 晃司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授(Associate Professor) (50314240)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 赤外線発光シンチレーター / マイクロα線源 / Po-210 / 細胞照射 / シングルイオン照射制御

Research Abstract

本研究は、α線照射で赤外を発光するシンチレーター素子を開発し、分子生物学者が切望するin situ 実験用の新しい研究手法として、α線照射実験とその応答観察の両方の実験を同時にできる計測システムの開発を目指すものである。
この目的のためには、以下の3点の開発が必要である。
１．通常の細胞観察（可視光）の元で作動する放射線用検出素子（赤外線発光のガラスシンチレーター）を開発する。２. この素子を用い、シングルイオン（α線）の照射位置とイオン個数の制御（計測）ができるシステムを完成させる。３. この計測システムとマイクロα線源を顕微鏡に組み込み、最終的に、任意の場所に照射するためのXYステージと連動する総合的な照射制御観察システムを完成させる。
今年度（初年度）は、個々の開発を独立に進めることで、それぞれの問題点、改良（工夫）点を明確にすることができ、達成可能でより最適なシステム構築の見通しを立てることができた。また、照射用のマイクロα線源（Po-210）については、Pt芯線（径1～5μm）先端に電着した微小線源（強度 0.1～10cps）を開発し、簡便に、標的細胞に放射線（α線）を照射することには成功している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度は、赤外線発光シンチレーター素子の作成とその検出と位置計測装置およびXY-ステージの開発をした。
１．シンチレーター素子開発
α線（Am-241線源を使用、エネルギー：5.5MeV ）を利用して、赤外線を発行するガラスシンチレーター素子を開発した。まだ開発中であるが、素子の透過性や発光効率の最適化・安定化を図る開発の環境は整備できた。発光波長320-1700nmの可視光から赤外線領域まで測定（評価）可能で、スペクトル分析できる装置（コンピュータ）を組み上げた。ガラス質（Bi2O3 またはB2O3）を母体に、希土類元素（Pr, Er, Sm等）をドープした素子を作成し、α線の刺激で800-1200nmの波長の近赤外線を発光するシンチレーター素子を作成したが、まだ目標とする強度の発光量を達成してない。
２．照射個数・位置検出システムの開発
照射個数の計測と位置の計測システムの開発を独立しておこなった。照射個数の計測は、シリコン半導体素子（PIPS）を用い、入射面を遮光して環境中（大気中、可視光環境中）で作動させ、α線をシングル計測（エネルギー測定）できるところまで構築できた。また、位置の計測は、赤外線位置感応素子（PSD、2次元9mm x 9mm）を用いて、約5μmの位置分解能で照射スポット検出を達成できた。さらに、XYステージは、顕微鏡に組み込み、パソコンから任意の位置制御が可能な遠隔システムを構築した。パルスモータ制御により、X軸、Y軸方向ともに0.1μm単位で遠隔制御し、顕微鏡視下を希望の位置に誘導できる。

Strategy for Future Research Activity

シンチレーター素子の発光強度を上げる改良を進め、赤外光の応答信号で、照射α線の個数を計数し、さらにその検出発光量の差分を利用して照射位置を評価する位置検出システムを組み上げる。現在単独で、個数と位置（さらに分解能を上げる開発が必要であるが）の計測は達成している。今後、同時に位置と照射個数を出来るシステムの構築を目指す。
また、α線源を局所照射システム照射範囲・照射イオン数の制御システムと整合するように、線源の形状・線源強度の最適化を行い、開発中の素子、検出器、制御システム装置等の配置と使用の利便性を考慮して、総合的な照射制御観察システムの構築を目指す。
さらに、実際に生物細胞照射で実証実験（in situ実験）を行い、装置の操作性、精度・効率等を総合的にチェックし最適化し、性能評価を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

素子開発の消耗品を購入予定で、試したい素子（校正用に）がいくつかあったが、購入金額が不足するので、次年度に持ち越し、購入素子の選択（検討）の自由度をもたせた。
校正用素子の購入（の一部）に使用する。