【中國科學(xué)報】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：中國科學(xué)報 編輯：楊晶 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標題：“泛舟”太空的微型生命科學(xué)實驗室
原文鏈接：http://news.sciencenet.cn/dz/upload/2017596254528.pdf
在“天舟一號”貨運飛船搭載的多項科學(xué) 載荷中，有這樣一個生命“小立方”，在軌期間 它自動實施了多種細胞在軌共培養(yǎng)和分析， 進行了一次對中國空間生命科學(xué)研究意義深 遠的探索實踐。 5 月 3 日，這個由北京理工大學(xué)生命學(xué)院教授鄧玉林團隊完全自主研制的“空間微流控芯片生物培養(yǎng)與分析載荷”，完成全部實驗任務(wù)，實現(xiàn)了全部實驗數(shù)據(jù)的下行傳輸，達到了預(yù) 定的任務(wù)目標，圓滿完成了飛行搭載任務(wù)。
航天員健康研究的關(guān)鍵一步
隨著中國空間站計劃的逐步實施，中國 航天員長期在軌飛行將成為常態(tài)。研究表明， 長期的太空飛行，會導(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)問題。 “面對空間微重力、輻射、噪音和幽閉環(huán) 境等，關(guān)注航天員的生命健康，成為我國載人 航天領(lǐng)域中迫切需要研究的問題。”鄧玉林接 受《中國科學(xué)報》采訪時說。 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)過反復(fù)論證，在本次飛行 搭載任務(wù)設(shè)計時將科學(xué)問題聚焦于空間環(huán)境 下的神經(jīng)與免疫系統(tǒng)相互作用。 針對復(fù)雜空間環(huán)境影響，研究人員通過精 巧設(shè)計，讓神經(jīng)細胞、膠質(zhì)細胞和免疫細胞在微 流控細胞培養(yǎng)芯片上進行在軌共培養(yǎng)，并進行 自動在線分析。他們期望通過觀察各種細胞在 空間環(huán)境下的形態(tài)變化和遷移情況，并檢測培 養(yǎng)基中與細胞相互作用相關(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)律和機制， 獲得能夠表征航天員身體健康狀況的標志物。 “通過單次搭載不可能一下子把這些問 題都解決，還需要開展更加全面的地面研究， 并與地面研究進行對照。”鄧玉林說，“空間搭 載在整個研究環(huán)節(jié)中是最重要也是最關(guān)鍵 的，這項研究對今后長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胞新現(xiàn)象
簡單來說，這個生命“小立方”是一個集 多細胞生物共培養(yǎng)、細胞影像分析、在軌在線 樣品處理和生化分析以及遙操作自動化等多 項技術(shù)于一體的空間生命科學(xué)實驗平臺。 “對神經(jīng)細胞和免疫細胞進行共培養(yǎng)，并 自動在線開展相應(yīng)的檢測分析，即使是在地 面實驗室中，實現(xiàn)起來都很困難，目前也沒有 集成化的儀器。”北理工生命學(xué)院副教授李曉 瓊向《中國科學(xué)報》記者介紹說，“這種培養(yǎng)必 須做到神經(jīng)和免疫細胞‘共生不碰面’，而生 長環(huán)境卻又要相互聯(lián)系貫通，這實際上是在 一定程度上模擬人體中腦與外周免疫系統(tǒng)。” 而在培養(yǎng)之后實施的在線檢測與分析， 不僅要檢測兩種細胞各自變化的“不同”，還 要檢測其共同生長環(huán)境中的“相同”，這就是 所謂的神秘物質(zhì)。“所獲得的第一手數(shù)據(jù)將是 研究空間環(huán)境對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， 為長期載人飛行健康保障以及深空生命信息 探測提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。”鄧玉林說。 在空間完全自動化地實現(xiàn)復(fù)雜的生命科 學(xué)實驗，并且還要滿足一系列嚴苛的搭載要 求，這不僅要求項目團隊具備較高的生命科 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現(xiàn)能力。 李曉瓊舉例說，載荷中的兩個用于觀測的 小鏡頭，就是因為“天舟一號”提供的功耗有限， 使得鏡頭一再減少并修改，類似這樣因搭載條 件而帶來的技術(shù)困難和挑戰(zhàn)可謂屢見不鮮。
面向中國空間站的超前部署
“最先進、最復(fù)雜的空間生命科學(xué)實驗載 荷”——這是在今年年初召開的“天舟一號” 搭載項目研制總結(jié)評審會上，專家組給予北 理工的生命“小立方”的高度評價。 李曉瓊告訴記者，這種巧妙的細胞共 培養(yǎng)和檢測實驗設(shè)計，也可以用于開展其 他不同細胞的相互作用研究，為空間生命 科學(xué)研究提供了一個新的、先進的研究工 具和平臺。 其實，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，無論是載荷的集成與自動控 制、細胞在線監(jiān)測在線分析還是實時數(shù)據(jù)傳 輸?shù)雀黜椉夹g(shù)，都是由團隊成員通過自主創(chuàng) 新完成的。”北理工生命學(xué)院副研究員馬宏深 有感觸地說。 據(jù)了解，本次載荷項目來源于他們所承 擔的 2012 年科技部國家重大科學(xué)儀器設(shè)備 開發(fā)專項“空間多指標生物分析儀器開發(fā)及 應(yīng)用”的研究成果。 鄧玉林表示，這個專項一定意義上是為 中國載人空間站進行超前部署。“目前我們在 ‘天舟一號’上的工作已經(jīng)告一段落，面向中 國空間站我們還將開展大量工作。”
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