荷能带电离子辐照生物体时，可以通过能量沉积等效应引起丰富的生物效应。这些生物效应有着非常重要的研究和应用价值，例如近年来取得很大成功的低能离子农作物育种技术和重离子治癌技术等。另外，随我国载人飞船技术的发展，太空重离子在人体内潜在生物效应的研究也成为一个迫切的重要研究课题。这些生物效应产生的最本质原因，在于离子辐照改变了生物体内DNA和蛋白质等分子的结构和特性，尤其离子引起的DNA分子损伤起着决定性作用。因此，研究带电离子对DNA、蛋白质等生物分子损伤规律，尤其是对DNA生物分子的损伤规律，对离子束技术更好地在上述新兴领域内应用具有非常重要的意义。虽然离子束生物效应研究已经有多年历史，但是以往研究工作侧重于离子生物效应生物学规律的研究，关于离子和DNA等生物分子相互作用物理过程的研究还很少。很多生物学实验已经表明，离子辐照可以有效的引起细胞体内遗传物质的损伤，包括DNA分子单链、双链断裂以及结构变化等等。但是，对于荷能离子与DNA等生物分子相互作用的物理过程还缺少认识，相关的研究工作很少并且这些研究工作都是初步的探索性结果，无法得到离子与生物分子相互作用过程和损伤结果规律性的认识。 研究离子损伤生物分子的规律，发展新的、适合生物分子的离子辐照损伤理论是非常必要的。只有通过系统的研究荷能离子与碱基、核苷和DNA等各种生物分子之间相互作用的过程和规律，才能更好的发挥离子技术的优势，推动离子束技术在农作物育种、航天医学研究、基因转导新技术开发以及细胞工程等新兴科学领域的应用。同时，研究离子与生物分子之间相互作用规律，也是对传统荷能离子与生物体系相互作用理论的一个发展。 本论文的研究包括两个部分，第一部分研究MeV重离子辐照小牛胸腺DNA的生成物，这有助于理解重离子的生物效应。我们利用琼脂糖凝胶电泳、基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF)和高效液相色谱(HPLC)技术分析了MeVF离子辐照小牛胸腺DNA的生成物。琼脂糖凝胶电泳结果显示生成物大小集中在831bp左右，MALDI-TOF证实在1,000至30,000分子量间没有可见的生成物，HPLC结果显示有小生物分子生成。综合这些结果表明DNA链的断裂产物其分子量非常集中，呈现出很强的非随机性。 第二部分研究重离子轰击生物小分子固体样品的损伤机理。用keV的N、Ar离子和MeV的He、C、F、Si离子辐照尿嘧啶、尿苷和胸苷等样品，样品的残存率用HPLC分析测量，得到它们随注量和能损变化的规律；keV和MeV离子入射，随注量的增加损伤效率均上升，但注量超过一定值后损伤效率变化不大；MeV离子与keV离子相比具有更高的损伤效率，一个4MeV的C离子能损伤1.56×105个尿苷分子，而一个30keV的Ar离子只能损伤200个左右；随电子能损增加，损伤效率开始时上升很快然后会平缓下来，电子能损方式沉积的能量比核能损具有更高的损伤效率；我们还发现分子结构对损伤过程有明星的影响，尿苷分子比尿嘧啶和胸苷分子更容易被荷能重离子损伤，这也说明基于传统的二体碰撞的LSS理论无法满足重离子对生物分子样品的损伤研究。 本论文尝试了几种检测方法，在DNA和核苷分子样品辐照损伤的检测技术方面进行了一些探索(如琼脂糖凝胶电泳，HPLC，MALDI-TOF等)，这些方法的建立对于进一步的工作有着很大的帮助。