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レーザー加速陽子線を用いたゼブラフィッシュ胚照射のフィージビリティスタディ
A feasibility study of zebrafish embryo irradiation with laser-accelerated protons.
PMID: 32611048 DOI: 10.1063/5.0008512.
抄録
単発の基礎的なレーザープラズマ相互作用研究から、繰り返し定格のレーザー駆動イオン源を応用した実験へと発展させるためには、技術的な改善が必要です。例えば、放射性生物学実験では、多数の試料を用いた研究を行うためには、照射時間や再現性の高い制御条件が重要である。ここでは、前回の放射線生物学実験以来、ミュンヘン近郊のガルヒングにあるATLAS３００レーザーにおける近年の重要な技術的進歩を紹介する。改良点は、陽子輸送や診断のためのターゲット位置決めから試料の取り扱いに至るまで多岐にわたる。例として、レーザー駆動陽子線照射のための生きた脊椎動物としてゼブラフィッシュ胚モデルを用いたアプリケーション指向の実験を行うことで、現在の能力を示している。レーザー駆動陽子線の大きさ,強度,エネルギーは、1mm以下の小さな胚で評価可能な部分的な体の変化をもたらし、実験システムの実現可能性を確認した。この最初の研究の成果は、現在の能力の妥当性と、in vivoでの生物学的実験に必要なレーザー駆動陽子線源の改良、特に正確で空間的に分解された単一バンチの線量評価と画像誘導の必要性の両方を示している。
The development from single shot basic laser plasma interaction research toward experiments in which repetition rated laser-driven ion sources can be applied requires technological improvements. For example, in the case of radio-biological experiments, irradiation duration and reproducible controlled conditions are important for performing studies with a large number of samples. We present important technological advancements of recent years at the ATLAS 300 laser in Garching near Munich since our last radiation biology experiment. Improvements range from target positioning over proton transport and diagnostics to specimen handling. Exemplarily, we show the current capabilities by performing an application oriented experiment employing the zebrafish embryo model as a living vertebrate organism for laser-driven proton irradiation. The size, intensity, and energy of the laser-driven proton bunches resulted in evaluable partial body changes in the small (<1 mm) embryos, confirming the feasibility of the experimental system. The outcomes of this first study show both the appropriateness of the current capabilities and the required improvements of our laser-driven proton source for in vivo biological experiments, in particular the need for accurate, spatially resolved single bunch dosimetry and image guidance.