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近年来，质子、重离子、硼中子等新型肿瘤放疗技术先后在大湾区落地。在这一进程中，广州的科研团队也为新型放疗技术的研发贡献了重要力量。位于白云区的广东省新兴激光等离子体技术研究院由广州市人民政府、白云区人民政府和北京大学合作共建。2017年，该研究院院长颜学庆率领团队建成全球首台激光质子加速器原型机。今年，研究院参与核心部件研发的全球首台拍瓦激光质子加速器“华佗一号”已成功进入医院开展临床试验。
除了成功研制“华佗一号”激光质子加速器，该研究院还孵化了10余家产业化公司，助力广州新质生产力发展。本期《科技周刊》，记者走进相关科研机构，一探激光等离子体技术将如何改变我们的生活。
质子放疗 如何避免“累及无辜”
来到广东省新兴激光等离子体技术研究院，“华佗一号”激光质子加速器的模型沙盘映入眼帘。目前，该加速器正在北京启动临床试验，一切顺利的话，这把“激光质子刀”有望在2029年获得三类医疗器械许可证。
该研究院产业基金部副主任郑耿哲介绍，相较X射线、伽马刀等传统放疗技术，质子、重离子等新型放疗技术具有独特的优势。
传统放疗使用的粒子是光子，射线进入人体后，会在肿瘤部位的前后端有大量能量释放，在杀伤癌细胞的同时，对肿瘤前后端的正常组织造成损伤。为此，科学家发明了射波刀，它的方法是将射线360度分散照向肿瘤，相当于将放疗对人体的辐射伤害分散给了更多的组织，但总的辐射剂量并不会减少。
质子放疗的原理与传统放疗不同，质子刚开始穿透人体时并不会释放很大的能量，但到达某一位置后，能量会突然拔高，形成一个“bragg”峰，随后完全没有“拖尾效应”，能量立刻消逝。“利用质子的这一特性，医生可以将‘bragg’峰定位在肿瘤位置上，这样一来，治疗就不会对途经的皮肤和器官造成大的伤害。与质子治疗相近的，还有重离子治疗，它在穿透人体时和质子类似。”
电场加速 帮助质子穿透人体
据介绍，要让质子、重离子这类带电粒子能够穿透人体，必须对这些粒子进行加速，使其接近光速。传统的方法是利用电场对质子进行加速，为了让质子获得足够高的能量，就需要一个庞大的加速器。
质子加速靶场
“颜学庆利用激光等离子体技术，创新研发出拍瓦激光质子加速器装置，以替代传统粒子加速器。”郑耿哲介绍，激光质子加速器的原理是利用功率高达拍瓦（PW，1015瓦）级的超短脉冲激光，将其聚焦到极薄的纳米靶材上。当激光与靶材相互作用时，会瞬间剥离电子形成等离子体，并激发出强度高达每米数十亿伏特（GV/m）的电场。这一强大的电场对质子的加速能力，远远高于传统加速器的电场，这意味着可以在很短的距离实现对质子的加速。
造价大降 治疗费用有望“跳水”
郑耿哲告诉记者，拍瓦激光质子加速器优势众多，最显著的优势莫过于占地小、成本低。
传统粒子加速器的占地面积动辄上千平方米，而激光质子加速器只需要几百平方米。郑耿哲说：“传统加速器的造价高昂，如由上海市质子重离子医院从国外进口的我国首台质子重离子放疗装置，当时进口价格高达十几亿元。现在，该装置每年接诊治疗约1000例患者，患者5年生存率能达到80%，但人均治疗费用高达30万元。我们的装置不仅造价大幅降低，也将大幅节省病人的治疗费用。”
意外发现 免疫系统或被激活
郑耿哲介绍，团队在做“华佗一号”激光质子加速器放疗的动物实验时，还发现了一些十分有趣的现象。
“我们在小鼠肢体上种了一个肿瘤，用质子把肿瘤打掉并提取组织液，注射到其他小鼠体内。之后再次种植肿瘤细胞，受试小鼠培养不出肿瘤，由此证实产生了免疫效果。现在，有很多物理学家、生物学家、医生正在探索其中的机理。一种假说认为，我们产生的高能质子到达肿瘤细胞之后，会激活动物体免疫系统的应答，而这种应答能帮助免疫系统清除已经转移的其他肿瘤细胞。如果这一发现在病人身上也能得到证实，将对部分已发生转移的癌症的治疗带来相当大的助益。”郑耿哲说。
团队为何选址广州？
团队为何选择将激光器的研发生产放在广州？首先，广州工业门类齐全，具有进行装备产业化的天然优势。其次，广东非常重视新一代的核医疗装置研发生产和落地，各方都在加大关注和投入力度。
“‘激光质子刀’现在已与多家三甲医院合作，预计将在2029年获得医疗器械许可证。”郑耿哲说。
激光是个“多面手”
等离子体镀膜：生产节拍可达3分钟
等离子体装备科技（广州）有限公司是研究院孵化的首家产业公司，专注于真空等离子体镀膜工艺及装备。相关产品获得广东省真空科技进步奖二等奖、第十四届中国创新创业大赛（广东・广州赛区）成长组优秀奖。
等离子体镀膜连续生产线 广州日报新花城记者王维宣摄
来到这家企业，记者被一台长达十几米的等离子体镀膜连续生产线所震撼。据介绍，连续型等离子体镀膜机的生产节拍可以达到3分钟，满足低反射率光学高效镀膜需求，应用于车载光学、3C数码等领域。
激光焊接：光伏板封装“稳了”
研究院孵化的光霁科技（广州）有限公司则依托超短脉冲激光技术，攻克半导体玻璃基板穿孔、玻璃基精密光学元器件切割雕刻、真空玻璃焊接等工艺难点，推出短脉冲纳秒激光加工设备、超短脉冲激光加工设备及机器视觉检测系统。该公司去年荣获第十四届中国创新创业大赛（广东・广州赛区）初创组二等奖。
该企业负责人表示，公司致力于短脉冲、超快短脉冲激光技术的研究以及应用工艺的拓展，目前在玻璃及石英材料切割、钻孔、裂片加工方面具有成熟的工艺技术，具备该行业生产线配套生产能力。“我们的产品其中一个主要应用场景是钙钛矿光伏板的封装。由于光伏板在封装过程中不能使用有机物，因此无法用胶水粘接，需要采用激光进行焊接。目前，我们已有成熟产品，并已实现销售。”
硼中子、重离子新型放疗技术接连落户大湾区
除了质子刀，记者了解到，目前重离子、硼中子等新兴放疗技术项目接连落户大湾区，有望为癌症病人提供更精准的放疗治疗。
记者从惠州市中心人民医院重离子医学中心获悉，作为华南地区首家获得公立医院重离子放射治疗系统配置许可的项目，该中心引进国内首台新一代医用重离子加速器治疗装置，凭借束流精准、副作用小、适应证广等优势，填补惠州乃至粤东地区重离子放疗领域的空白，为粤港澳大湾区肿瘤患者带来国际顶尖的治疗选择。
值得一提的是，位于东莞的中国散裂中子源开发出“硼中子俘获治疗（BNCT）”技术，这是中国散裂中子源首个产业化项目，也是我国首台拥有完全自主知识产权的加速器BNCT设备，是兼具精准性与经济性的新型放射性抗癌疗法。
在硼中子治疗过程中，医生会先向患者注射靶向含硼药物。这种药物会富集于癌细胞上，相当于把身体内的癌细胞“标注”出来，再以中子照射引发核反应，释放出高杀伤力的α粒子精准摧毁癌细胞，同时最大限度保护正常组织。
2025年3月，BNCT设备通过国家三类医疗器械注册检验；去年8月，该设备在东莞市人民医院启动Ⅰ期临床试验，首剂量组6例患者疗效显著。项目计划于2026年完成全部临床试验并获取上市批文。未来，松山湖基地也将实现规模化供应。
强流重离子加速器装置高精度环形谱仪SRing 中国科学院近代物理研究所供图
“华佗一号”
● 核心是一套超高功率激光装置。
● 激光束打在靶点上，“轰”出质子束。
● 质子束经引导射入人体，摧毁肿瘤的同时尽量不伤害健康组织。
拍瓦激光器
● 广东省新兴激光等离子体技术研究院的一项重要工作就是研发、制作其核心部件——拍瓦激光器。
● 这套激光器可以产生一个峰值功率特别高、脉冲宽度又很短的脉冲激光，让激光与靶材相互作用，产生超高强度的电场。
质子加速靶场
● 拍瓦级的超短脉冲激光，轰击纳米靶材。
● 瞬间剥离电子，形成等离子体。
● 激发强大电场，在极短距离内加速质子。
离子束配送系统
离子束配送系统
● 引导质子穿透人体，实现治疗目标。
中央控制室
● 实时监控状态与参数指标，确保装置稳定运行。
肿瘤辐照系统
● 收集传输质子束流。
● 质子束品质提升。
● 实现精准剂量递送。
治疗床
治疗床
● 可六维移动，适配不同治疗位置，完成放射治疗。
统筹编辑：梁倩薇、嵇沈玲
文/广州日报新花城记者：武威
图/受访者提供（除署名外）
