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論文

Observation of dynamics and modification of solid surface using a picosecond soft X-ray laser

錦野 将元; 河内 哲哉; 長谷川 登; 石野 雅彦; 南 康夫*; 末元 徹*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 佐藤 克俊*; Faenov, A.*; et al.

X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.958902_1 - 958902_7, 2015/09

The high quality soft X-ray laser (SXRL) source enables us to achieve quite high spatial-resolution as a probe and quite intense X-ray as a pump. As an application using the SXRL, we have observed the spallative ablation process by the interaction with SXRL or femto-second (fs) laser. In the presentation, we show several new application results using the SXRL. We discuss the scenario of the spallative ablation of the sample surface. The numerical simulation study is underway by using a molecular dynamics code. These results lead to understanding the full process of the interaction with the SXRL and/or fs laser.

論文

A Laser-plasma-produced soft X-ray laser at 89 eV generates DNA double-strand breaks in human cancer cells

佐藤 克俊*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 下川 卓志*; 今井 高志*; 手島 昭樹*; 西村 博明*; 神門 正城

Journal of Radiation Research, 56(4), p.633 - 638, 2015/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.92(Biology)

X線レーザーは、生物学,医学分野をはじめとする諸分野への応用研究が期待されているが、そのDNA損傷等の生物学的影響についての評価はまだ進んでいない。放射線生物学への応用研究の最初のステップとして軟X線レーザーマイクロビーム照射装置の開発を行った。軟X線レーザーによるDNA損傷生成についての研究を開始した。マイクロビーム照射装置については、軟X線集光素子を用いて培養細胞集団程度の大きさに集光を行い、マイクロメーターレベルの制御可能なステージを組み合わせてあり、大気中の培養細胞に照射可能である。本装置を用いて世界で初めて軟X線レーザーの照射によるがん細胞のDNA二本鎖切断の生成を確認した。

論文

Application of laser plasma X-ray beam in radiation biology

錦野 将元; 佐藤 克俊; 長谷川 登; 石野 雅彦; 河内 哲哉; 今園 孝志; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 西村 博明*

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.301 - 306, 2011/12

X線マイクロビームの細胞照射によるバイスタンダー効果の研究をはじめとする生物学の分野や、光子活性化療法やX線血管造影等の医療,医学分野において単色線パルスの有用性が認識されはじめており、レーザー駆動による単色X線源を実現することができれば、従来の大型放射光施設よりも格段に小型,安価で高輝度な光源として、生物学,医学分野をはじめとする諸分野へ大きな貢献をすることができる。本研究では、高輝度な単色X線パルス発生とその単色X線源を使った放射線生物学への応用研究への展開を目的としている。そこで、大阪大学大学院医学研究科・医用物理学講座及び大阪大学レーザーエネルギー学研究センターと共同で超短パルスレーザーによって発生させたレーザープラズマX線及び、軟X線レーザーを利用したX線マイクロビーム照射装置の開発及び、その装置を用いたがん細胞における放射線生物影響に関する応用研究を行った。

論文

Measurement of DNA double-strand break yield in human cancer cells by high-current, short-duration bunches of laser-accelerated protons

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也*; 榊 泰直; 堀 利彦*; 小倉 浩一; 西内 満美子; 手島 昭樹*; 西村 博明*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 50(10), p.106401_1 - 106401_7, 2011/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:68.36(Physics, Applied)

To investigate the radiobiological effects of high dose rates that are attributed to high current, short bunch beam generation with laser-dreven ion acceleration, we have developed an experimental setup that uses laser-accelerated protons. ${it In-vitro}$ human lung cancer cells: A549 pulmonary adenocarcinoma are irradiated with a laser-accelerated proton bunches with a duration of $$2 times 10^{-8}$$ s and flux of $$sim10^{15}$$ cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$, amounting to single bunch absorbed dose at the 1 Gy level. The double-strand break (DSB) yield in cell DNA is analyzed for the laser-accelerated proton beam at an average LET of 41 keV/$$mu$$m.

論文

レーザプラズマX線マイクロビーム照射装置の開発と放射線生物学研究応用

佐藤 克俊; 錦野 将元; 沼崎 穂高*; 河内 哲哉; 手島 昭樹*; 西村 博明*

電気学会論文誌,C, 130(10), p.1800 - 1805, 2010/10

近年のレーザ技術の発展により、高強度超短パルスレーザが利用できるようになった。高強度超短パルスレーザを金属ターゲットに照射するとターゲット表面にプラズマが生成される。このプラズマから発生する高速電子と金属ターゲットの相互作用により制動X線と特性X線が発生する。このX線は、レーザプラズマX線と呼ばれており、従来のX線管や加速器を用いて発生させたX線と比較して、超短パルス, 高輝度, 単一エネルギー, 集光可能であるという特徴を持つ。この特徴は、X線マイクロビーム照射装置に最適である。現在、われわれはレーザプラズマX線源の医学,生命化学応用として細胞照射用X線マイクロビーム照射装置の開発と、がん細胞における放射線応答及びバイスタンダー効果に関する研究を行っている。本論文では、レーザプラズマX線マイクロビーム照射装置の概要、現在得られている細胞照射実験結果、レーザプラズマX線源の放射線生物学研究上での利点等について述べる。

論文

$${gamma}$$-H2AX and phosphorylated ATM focus formation in cancer cells after laser plasma X irradiation

佐藤 克俊; 錦野 将元; 岡野 泰彬*; 大島 慎介*; 長谷川 登; 石野 雅彦; 河内 哲哉; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 西村 博明*

Radiation Research, 174(4), p.436 - 445, 2010/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:43.59(Biology)

単色性,超短パルス性や空間コヒーレンス等の特徴があるレーザープラズマX線を用いた放射線生物影響研究の展開を行った。超短パルスレーザーを銅ターゲットに照射することにより8keV,ピコ秒程度のK殻特性X線パルスを発生させ、ポリキャピラリーX線レンズで集光、細胞照射可能な照射装置の開発を行った。レーザープラズマX線の吸収線量はガフクロミックフィルムを用いて行った。免疫蛍光染色法を用いて2Gyの照射を行ったときにがん細胞核内に生成するリン酸化H2AXとATMのフォーカス生成の確認を行いDNA2本鎖切断の確認を行った。また、それらの結果を医療用の線形加速器を用いて得られた結果と比較を行い、これまでのX線源と比較してレーザープラズマX線は放射線生物研究にとって有用性の高いX線源であることを示した。

論文

Application of laser produced plasma K$$alpha$$ X-ray probe in radiation biology

錦野 将元; 佐藤 克俊; 長谷川 登; 石野 雅彦; 大島 慎介*; 岡野 泰彬*; 河内 哲哉; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 西村 博明*

Review of Scientific Instruments, 81(2), p.026107_1 - 026107_3, 2010/02

 被引用回数:20 パーセンタイル:29.97(Instruments & Instrumentation)

放射線生物学研究に向けたレーザープラズマX線照射装置の開発を行った。超短パルスレーザーを銅ターゲットに照射することにより8.0keV, 1psのK殻特性X線パルスを発生させた。ポリキャピラリーX線レンズを用いてレーザープラズマX線を集光し、ヒト肺腺がん細胞A549に照射を行い放射線生物影響の確認を行った。X線照射終了30分後に抗$$gamma$$H2AX抗体を用いた免疫蛍光染色法によりDNA二本鎖切断部位の検出を行った。免疫蛍光染色の結果、レーザープラズマX線の照射により誘発された$$gamma$$H2AXのフォーカス形成を確認した。X線集光径の縮小及び、X線発生効率の向上によりX線照射線量率を増加させ、癌細胞内の局所領域における超短パルスX線による放射線生物影響研究を展開していく予定にしている。

論文

Application of laser-accelerated protons to the demonstration of DNA double-strand breaks in human cancer cells

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 森 道昭; 手島 昭樹*; 沼崎 穂高*; 村上 昌雄*; 出水 祐介*; 赤城 卓*; 永山 伸一*; et al.

Applied Physics Letters, 94(18), p.181502_1 - 181502_3, 2009/05

 被引用回数:86 パーセンタイル:5.89(Physics, Applied)

We report the demonstrated irradiation effect of laser-accelerated protons on human cancer cells. ${it In-vitro}$ (living) A549 cells are irradiated with quasi-monoenergetic proton bunches of 0.8-2.4 MeV with a single bunch duration of 15 ns. Irradiation with the proton dose of 20 Gy results in a distinct formation of $$gamma$$-H2AX foci as an indicator of DNA double-strand breaks generated in the cancer cells. This is a pioneering result in view of future investigations on the radiobiological effects of laser-driven ion beams. Unique high-current and short-bunch features make laser-driven proton bunches an excitation source for time-resolved determination of radical yields.

口頭

レーザープラズマX線マイクロビーム照射装置の開発と放射線生物学への応用

錦野 将元; 石野 雅彦; 長谷川 登; 河内 哲哉; 佐藤 克俊*; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 大島 慎介*; 岡野 泰彬*; 西村 博明*

no journal, , 

超短パルス・高強度レーザー技術の進展により高輝度・単色なレーザー駆動X線パルスの研究開発が進められている。現在、レーザー駆動単色X線源による応用研究への展開が期待されており、その特徴である単色性・空間コヒーレンス・短パルス性・高輝度を活かした生物学分野への応用実験の検討を行った。今回、レーザー駆動単色X線による放射線影響を確認することを目的とした「レーザー駆動高輝度X線マイクロビーム装置の開発」と、その装置を用いた「放射線腫瘍学への展開」に関する研究を開始した。初期実験としてレーザープラズマ線による細胞照射を行い、レーザープラズマX線による放射線影響を確認した。今後は単一細胞照射可能なレーザー駆動高輝度X線マイクロビーム装置の設計及び開発を行っていく予定である。

口頭

レーザー駆動陽子線によるヒトがん細胞への照射効果

余語 覚文; 佐藤 克俊*; 錦野 将元; 森 道昭; 手島 昭樹*; 沼崎 穂高*; 村上 昌雄*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; et al.

no journal, , 

高強度レーザー-プラズマ相互作用を用いて、最大エネルギー約2.5MeVの陽子線を発生させ、これを培養状態(in-vitro)のヒト肺腺がん細胞に照射して、その生物学的効果を評価した。$$gamma$$H2AX免疫蛍光染色法によるDNA損傷評価を行った結果、陽子線20Gyを照射したサンプルに対して、DNA2本鎖切断の発生を示す結果を得た。講演では、レーザー駆動陽子線の特徴についても議論する。

口頭

レーザー駆動陽子線細胞照射装置の開発

余語 覚文; 佐藤 克俊*; 錦野 将元; 森 道昭; 手島 昭樹*; 沼崎 穂高*; 村上 昌雄*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; et al.

no journal, , 

高強度レーザー駆動による、MeVエネルギー陽子線の細胞照射装置を開発した。レーザー駆動加速では、陽子線と同時に、X線,電子線が発生するため、照射装置は永久磁石による分別装置を備えている。また、生きた培養状態(in-vitro)の細胞に対して陽子線を照射するために、培養液の圧力を1気圧に保ったままの状態で細胞をカプセルに密封して、これを真空中に導入する装置を開発した。このほか、発表では20Gyのレーザー駆動陽子線を照射したヒト肺腺がん細胞の照射効果についても紹介する。

口頭

レーザープラズマX線を用いたマイクロビーム照射装置の開発とがん細胞におけるDNA二本鎖切断の同定

佐藤 克俊*; 錦野 将元; 岡野 泰彬*; 長谷川 登; 石野 雅彦; 大島 慎介*; 沼崎 穂高*; 河内 哲哉; 手島 昭樹*; 西村 博明*

no journal, , 

レーザープラズマX線を用いたマイクロビーム装置により、X線を癌細胞に照射することにより発生するDNA二本鎖切断を検出した。ターゲットとしてCuフォイルを用い、レーザーの照射により8KeV K殻特性X線を発生させ、ポリキャピラリーX線レンズを用いてX線を集光し細胞へ照射した。X線スポットの確認のためにガフクロミックフィルムEBTを用いた。がん細胞株としてヒト肺腺がん細胞株A549を用い、照射終了30分後に抗$$gamma$$-H2AX抗体, 抗リン酸化型ATM抗体を用いた免疫蛍光染色法によりDNA二本鎖切断部位を検出した。レーザープラズマX線の線量はレーザー1ショットあたり0.12mGyであった。免疫蛍光染色の結果、レーザープラズマX線の照射により誘発された$$gamma$$-H2AX及びリン酸化ATMのフォーカス形成が確認された。フォーカス陽性細胞は直径約600から900ミクロンの範囲に存在しており、この範囲はガフクロミックフィルムEBTの濃度変化から求めたX線スポットサイズとほぼ同等であった。今後はX線集光径を縮小し、X線発生効率の向上により線量率を増加させ、がん細胞の細胞内局所領域における放射線影響研究を展開する。

口頭

超短パルスレーザー駆動量子ビームによるDNA二本鎖切断の誘発

佐藤 克俊; 沼崎 穂高*; 錦野 将元; 余語 覚文; 河内 哲哉; 手島 昭樹*; 大道 博行

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーによって生成されるX線や陽子線をがん細胞株に照射し、誘発される放射線影響を解明することを目的とする。レーザー駆動X線(90eV, 8KeV)及び陽子線(約2MeV)をがん細胞株A549に照射した結果、照射部位における$$gamma$$-H2AXフォーカス(DNA二本鎖切断部位)が確認された。レーザー駆動放射線源は、従来のX線管や加速器と比べて超短パルス,単色,高輝度という特徴を持つ。この新しい放射線源を放射線医学に応用し、放射線生物学における物理,化学的過程に迫る放射線影響の解明や治療用陽子線加速器の小型化を目指す。

口頭

放射線生物応用研究にむけたレーザープラズマX線ビームの開発

錦野 将元; 佐藤 克俊; 石野 雅彦; 長谷川 登; 河内 哲哉; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 大島 慎介*; 西村 博明*

no journal, , 

レーザープラズマX線源は、従来のX線管や加速器と比べて超短パルス,単色,高輝度という特徴を持つ。そこで超短パルス高強度レーザーによって生成されるレーザープラズマX線(8keV)やX線レーザー(90eV)をがん細胞株に照射し、誘発される放射線生物影響の解明を目的として、レーザープラズマX線マイクロビーム装置の開発を行った。レーザープラズマX線の実験では、銅フォイルを用いてK殻特性X線を発生させ、ポリキャピラリーX線レンズを用いてX線を集光し細胞へ照射した。X線レーザーの実験では球面鏡を用いてX線を集光し細胞へ照射した。がん細胞株としてヒト肺腺がん細胞株を用い、照射終了後に抗$$gamma$$H2AX抗体,抗リン酸化型ATM抗体を用いた免疫蛍光染色法により二本鎖切断部位を検出した。免疫蛍光染色の結果、レーザープラズマX線の照射により誘発された$$gamma$$H2AX及びリン酸化ATMのフォーカスとよばれるスポットの形成が確認された。

口頭

放射線生物学応用研究に向けた超短パルスレーザープラズマX線ビームの開発

錦野 将元; 佐藤 克俊; 石野 雅彦; 長谷川 登; 河内 哲哉; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 大島 慎介*; 西村 博明*

no journal, , 

超高強度レーザーによる高輝度な超短パルス単色X線の開発とともに、超短パルス単色X線を利用した放射線生物学や医学分野への応用を目指している。レーザー駆動単色X線の特徴である単色性・空間コヒーレンス・短パルス性・高輝度を活かした応用として「レーザー駆動高輝度X線ビーム装置の開発」を行い、その装置を用いた「放射線生物学への展開」を目的とした研究を開始した。初期実験としてレーザープラズマX線照射によって癌細胞に発生するDNAの2本鎖切断やコロニー計測法による生存率の確認等の放射線影響を確認した。今後、単一細胞照射可能な超短パルスレーザー駆動高輝度X線マイクロビーム装置の開発を行っていく予定である。

口頭

超短パルスレーザープラズマX線ビームの放射線生物影響研究への応用

錦野 将元; 佐藤 克俊; 石野 雅彦; 長谷川 登; 河内 哲哉; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 大島 慎介*; 西村 博明*

no journal, , 

レーザープラズマX線源は、従来のX線管や加速器と比べて超短パルス,単色,高輝度という特徴を持つ。そこで超短パルス高強度レーザーによって生成されるレーザープラズマX線(8keV)やX線レーザー(90eV)をがん細胞株に照射し、誘発される放射線影響の解明を目的として、レーザープラズマX線マイクロビーム装置の開発を行った。レーザープラズマX線の実験では、銅フォイルを用いてK殻特性X線を発生させ、ポリキャピラリーX線レンズを用いてX線を集光し細胞へ照射した。X線レーザーの実験では球面鏡を用いてX線を集光し細胞へ照射した。がん細胞株としてヒト肺腺がん細胞株を用い、照射終了後に抗$$gamma$$H2AX抗体,抗リン酸化型ATM抗体,抗リン酸化型DNA-PKcs抗体を用いた免疫蛍光染色法により二本鎖切断部位を検出した。免疫蛍光染色の結果、レーザープラズマX線の照射により誘発された$$gamma$$H2AX,リン酸化ATM及び、リン酸化DNA-PKcsのフォーカスとよばれるスポットの形成が確認された。

口頭

レーザー駆動単色X線と放射線生物学への応用

錦野 将元; 佐藤 克俊; 石野 雅彦; 長谷川 登; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 岡野 泰彬*; 大島 慎介*; et al.

no journal, , 

近年の超高強度レーザーの開発により、高輝度の単色X線パルスの発生が実現しつつある。一方で、X線マイクロビームの細胞照射によるバイスタンダー効果の研究をはじめとする生物学の分野や、光子活性化療法やX線血管造影等の医療,医学分野において単色X線パルスの有用性が認識されはじめており、レーザー駆動による単色X線源を実現することができれば、従来の大型放射光施設よりも格段に小型,安価で高輝度な光源として、生物学,医学分野をはじめとする諸分野へ大きな貢献をすることができる。本研究では、高輝度な単色X線パルス発生とともに、その単色X線源を使った生物学や医学分野への応用研究への展開を目的としている。そこで、大阪大学大学院医学研究科・医用物理学講座及び大阪大学レーザーエネルギー学研究センターと共同で超短パルスレーザーによって発生させたレーザープラズマX線及び、軟X線レーザーを利用したX線マイクロビーム照射装置の開発及び、その装置を用いた放射線生物影響に関する応用研究を進めている。講演では、今超短パルスレーザープラズマX線の持つ超短パルス,高輝度,単色エネルギー,高空間コヒーレンスであるという特徴を活かしたがん細胞における放射線生物影響研究を展開について発表を行う。

口頭

レーザー駆動陽子線細胞照射装置の開発と生物影響研究

余語 覚文; 西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也; 森 道昭; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.

no journal, , 

高強度・短パルスのレーザーを用いたイオン加速は、1MV/$$mu$$mに及ぶ急峻な電場勾配を発生するため、従来のイオン加速器を大幅に小型化する技術として注目されている。レーザー駆動イオン加速装置の特徴の1つとして、シンクロトロンなど通常のがん治療に使われている加速器と比較して、高電流・短時間幅のイオンビームを発生することが挙げられる。将来的に、レーザー駆動加速装置が治療に用いられることを想定して、前述のような特徴を持つレーザー駆動陽子線の生物学的効果を、実験的に究明する必要がある。この目的のために、レーザー駆動による陽子線の細胞照射装置を開発し、生物学的影響を評価する実験を開始した。照射装置の開発の現状と、ヒト由来のがん細胞に対して照射実験を行った結果について報告する。

口頭

レーザー駆動陽子線によるがん細胞DNA2本鎖切断のRBE測定

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也; 西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; 森 道昭; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.

no journal, , 

レーザー駆動加速装置が治療に用いられることを想定して、レーザー駆動による陽子線を用いた細胞生物学実験を実施した。実験では、機構のJ-KAREN装置からの超短パルスレーザー(パルス幅:40fs,エネルギー:1.8J,中心波長:800nm)を5$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^2$$の集光強度で厚さ12.5$$mu$$mのポリイミド薄膜に照射し、最大エネルギー4MeVの連続スペクトルを持つ陽子線を発生させ、磁場分析器でエネルギーを選別した後、薄膜窓を介して培養状態のヒト肺腺がん細胞株に照射した。陽子線バンチの時間幅は20ns、ビームフラックスは10$$^{15}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$、1バンチによる吸収線量は約1Gyであった。この結果、吸収線量あたりの2本鎖切断収量を測定して、生物効果を示す指標である、生物学的効果比(RBE: Relative Biological Effectiveness)を、レーザー駆動粒子線として初めて評価することができた。

口頭

Development of plasma soft-X-ray laser for applications

越智 義浩; 長谷川 登; 錦野 将元; 田中 桃子; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 岸本 牧; 加道 雅孝; 石野 雅彦; 今園 孝志; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構におけるレーザー駆動プラズマ軟X線レーザーの開発とそれを用いた応用研究の現状について報告する。空間的に完全コヒーレントな波長13.9nmの軟X線レーザーを繰り返し0.1Hzにて定常的に運転し、応用研究を推進している。講演では、高繰り返し発生のためのドライバーレーザーの詳細,軟X線レーザーシステム、及び応用研究の成果について報告する。

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