Entwicklung und Erprobung eines Aufbaus zur gezielten Bestrahlung einzelner biologischer Zellen an der Schwerionen-Mikrosonde der GSI

• Main Author: Heiß, Markus Christian
• Format: Others
• Language: German; German; German; de
• Published: 2004
• Online Access: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/447/1/Diss_Heiss_1-5.pdf; https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/447/2/Diss_Heiss_6.pdf; https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/447/3/Diss_Heiss_7-9.pdf; Heiß, Markus Christian <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Hei=DF=3AMarkus_Christian=3A=3A.html> (2004): Entwicklung und Erprobung eines Aufbaus zur gezielten Bestrahlung einzelner biologischer Zellen an der Schwerionen-Mikrosonde der GSI.Darmstadt, Technische Universität, [Online-Edition: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000447 <http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000447> <official_url>],[Ph.D. Thesis]

Mikrosonden werden heute in der Radiobiologie zur Untersuchung der Wirkung ionisierender Strahlung auf biologische Zellen und Gewebe verwendet. Im Gegensatz zur Breitfeldbestrahlung bieten sie die Möglichkeit, eine definierte Anzahl Ionen in ausgewählten Bereichen einzelner Zellen zu platzieren und so die deponierte Dosis und sogar deren Verteilung präzise zu kontrollieren. Dies wird insbesondere bei der Untersuchung von Niedrigdosiseffekten eingesetzt, bei der jede Zelle nur von einem Teilchen getroffen wird. Damit soll die Gefährdung durch die von Alphateilchen emittierenden Isotopen hervorgerufene natürliche Strahlenbelastung besser abgeschätzt werden. Daneben eignet sich die gezielte Bestrahlung von Zellen zur Untersuchung des so genannten "Bystander-Effekts", bei dem unbestrahlte Zellen auf Signale bestrahlter Nachbarzellen reagieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Schwerionen-Mikrosonde an der GSI so modifiziert, dass damit die Bestrahlung einzelner Zellen mit einer definierten Anzahl von Ionen möglich ist. Dazu war die Entwicklung eines Vakuumfensters notwendig, das das Strahlrohr gegen den Umgebungsdruck abschließt, in dem sich die Zellen befinden, und das der fokussierte Ionenstrahl mit minimaler Streuung durchdringen kann. Die von diesem Vakuumfenster beim Durchgang eines Ions emittierten Sekundärelektronen werden zudem zur Trefferdetektion verwendet. Daneben musste ein Zellgefäß entwickelt werden, in dem die Zellen kultiviert werden können, wobei sie auf einer dünnen Bodenfolie anhaften müssen, durch die sie dann bestrahlt werden. Dieses Zellgefäß befindet sich in einem selbst konstruierten X-Y-Tisch der die präzise Bewegung der Probe erlaubt. Für die automatische Zellerkennung, die die Bestimmung der Zellpositionen während der Bestrahlung ermöglicht, wurden verschiedene Mikroskopiemethoden getestet. Dabei führte jedoch nur die Fluoreszenzmikroskopie zu zuverlässigen Ergebnissen. Zur Automatisierung des Bestrahlungsablaufes wurde eine Software entworfen, die die Bewegung der Probe, die Zellerkennung und die Steuerung der Mikrosonde übernimmt. Erste Versuche mit diesem Aufbau zeigten, dass damit die gezielte Bestrahlung von Zellen mit einer Genauigkeit von etwa +/- 1,5µm möglich ist.