【中國(guó)科學(xué)報(bào)】北理工 “空間微流控芯片生物培養(yǎng)與分析載荷”完成飛行搭載任務(wù)
發(fā)布日期：2017-05-11 供稿：中國(guó)科學(xué)報(bào) 編輯：楊晶 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：“泛舟”太空的微型生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室
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在“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船搭載的多項(xiàng)科學(xué) 載荷中，有這樣一個(gè)生命“小立方”，在軌期間 它自動(dòng)實(shí)施了多種細(xì)胞在軌共培養(yǎng)和分析， 進(jìn)行了一次對(duì)中國(guó)空間生命科學(xué)研究意義深 遠(yuǎn)的探索實(shí)踐。 5 月 3 日，這個(gè)由北京理工大學(xué)生命學(xué)院教授鄧玉林團(tuán)隊(duì)完全自主研制的“空間微流控芯片生物培養(yǎng)與分析載荷”，完成全部實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的下行傳輸，達(dá)到了預(yù) 定的任務(wù)目標(biāo)，圓滿(mǎn)完成了飛行搭載任務(wù)。
航天員健康研究的關(guān)鍵一步
隨著中國(guó)空間站計(jì)劃的逐步實(shí)施，中國(guó) 航天員長(zhǎng)期在軌飛行將成為常態(tài)。研究表明， 長(zhǎng)期的太空飛行，會(huì)導(dǎo)致航天員產(chǎn)生焦慮、抑 郁、失眠及大面積潰瘍、免疫力低下等神經(jīng)和 免疫系統(tǒng)問(wèn)題。 “面對(duì)空間微重力、輻射、噪音和幽閉環(huán) 境等，關(guān)注航天員的生命健康，成為我國(guó)載人 航天領(lǐng)域中迫切需要研究的問(wèn)題?！编囉窳纸?受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。 為此，他們立足在神經(jīng)與免疫系統(tǒng)方面 多年的研究積累，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，在本次飛行 搭載任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)將科學(xué)問(wèn)題聚焦于空間環(huán)境 下的神經(jīng)與免疫系統(tǒng)相互作用。 針對(duì)復(fù)雜空間環(huán)境影響，研究人員通過(guò)精 巧設(shè)計(jì)，讓神經(jīng)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞在微 流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片上進(jìn)行在軌共培養(yǎng)，并進(jìn)行 自動(dòng)在線(xiàn)分析。他們期望通過(guò)觀察各種細(xì)胞在 空間環(huán)境下的形態(tài)變化和遷移情況，并檢測(cè)培 養(yǎng)基中與細(xì)胞相互作用相關(guān)的神秘物質(zhì)，了解 神經(jīng)與免疫系統(tǒng)之間的相互作用規(guī)律和機(jī)制， 獲得能夠表征航天員身體健康狀況的標(biāo)志物。 “通過(guò)單次搭載不可能一下子把這些問(wèn) 題都解決，還需要開(kāi)展更加全面的地面研究， 并與地面研究進(jìn)行對(duì)照?！编囉窳终f(shuō)，“空間搭 載在整個(gè)研究環(huán)節(jié)中是最重要也是最關(guān)鍵 的，這項(xiàng)研究對(duì)今后長(zhǎng)期在軌飛行的航天員 健康保障意義重大。”
方寸空間探秘太空細(xì)胞新現(xiàn)象
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這個(gè)生命“小立方”是一個(gè)集 多細(xì)胞生物共培養(yǎng)、細(xì)胞影像分析、在軌在線(xiàn) 樣品處理和生化分析以及遙操作自動(dòng)化等多 項(xiàng)技術(shù)于一體的空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 “對(duì)神經(jīng)細(xì)胞和免疫細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)，并 自動(dòng)在線(xiàn)開(kāi)展相應(yīng)的檢測(cè)分析，即使是在地 面實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)現(xiàn)起來(lái)都很困難，目前也沒(méi)有 集成化的儀器?！北崩砉ど鼘W(xué)院副教授李曉 瓊向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹說(shuō)，“這種培養(yǎng)必 須做到神經(jīng)和免疫細(xì)胞‘共生不碰面’，而生 長(zhǎng)環(huán)境卻又要相互聯(lián)系貫通，這實(shí)際上是在 一定程度上模擬人體中腦與外周免疫系統(tǒng)?！?而在培養(yǎng)之后實(shí)施的在線(xiàn)檢測(cè)與分析， 不僅要檢測(cè)兩種細(xì)胞各自變化的“不同”，還 要檢測(cè)其共同生長(zhǎng)環(huán)境中的“相同”，這就是 所謂的神秘物質(zhì)。“所獲得的第一手?jǐn)?shù)據(jù)將是 研究空間環(huán)境對(duì)航天員健康損傷的寶貴資 料，并服務(wù)于建立空間環(huán)境損傷的預(yù)警研究， 為長(zhǎng)期載人飛行健康保障以及深空生命信息 探測(cè)提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。”鄧玉林說(shuō)。 在空間完全自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的生命科 學(xué)實(shí)驗(yàn)，并且還要滿(mǎn)足一系列嚴(yán)苛的搭載要 求，這不僅要求項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)具備較高的生命科 學(xué)研究能力和深厚的學(xué)術(shù)積累，還要具備極 高的研制載荷裝置的工程實(shí)現(xiàn)能力。 李曉瓊舉例說(shuō)，載荷中的兩個(gè)用于觀測(cè)的 小鏡頭，就是因?yàn)椤疤熘垡惶?hào)”提供的功耗有限， 使得鏡頭一再減少并修改，類(lèi)似這樣因搭載條 件而帶來(lái)的技術(shù)困難和挑戰(zhàn)可謂屢見(jiàn)不鮮。
面向中國(guó)空間站的超前部署
“最先進(jìn)、最復(fù)雜的空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)載 荷”——這是在今年年初召開(kāi)的“天舟一號(hào)” 搭載項(xiàng)目研制總結(jié)評(píng)審會(huì)上，專(zhuān)家組給予北 理工的生命“小立方”的高度評(píng)價(jià)。 李曉瓊告訴記者，這種巧妙的細(xì)胞共 培養(yǎng)和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，也可以用于開(kāi)展其 他不同細(xì)胞的相互作用研究，為空間生命 科學(xué)研究提供了一個(gè)新的、先進(jìn)的研究工 具和平臺(tái)。 其實(shí)，北理工生命學(xué)院在空間生命科學(xué) 儀器研制方面，早已具有多年的研究積累。北 理工生命科學(xué)載荷曾先后于 2011 年和 2016 年搭乘“神八”和“長(zhǎng)七”遨游太空。 “每一次都是新的挑戰(zhàn)。此次是眾多關(guān)鍵 技術(shù)的集大成，無(wú)論是載荷的集成與自動(dòng)控 制、細(xì)胞在線(xiàn)監(jiān)測(cè)在線(xiàn)分析還是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳 輸?shù)雀黜?xiàng)技術(shù)，都是由團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)自主創(chuàng) 新完成的?！北崩砉ど鼘W(xué)院副研究員馬宏深 有感觸地說(shuō)。 據(jù)了解，本次載荷項(xiàng)目來(lái)源于他們所承 擔(dān)的 2012 年科技部國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備 開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)“空間多指標(biāo)生物分析儀器開(kāi)發(fā)及 應(yīng)用”的研究成果。 鄧玉林表示，這個(gè)專(zhuān)項(xiàng)一定意義上是為 中國(guó)載人空間站進(jìn)行超前部署?！澳壳拔覀?cè)?‘天舟一號(hào)’上的工作已經(jīng)告一段落，面向中 國(guó)空間站我們還將開(kāi)展大量工作?！?/p>
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