空间搭载：“泛舟”太空的微型生命科学实验室

发射场载荷装配

　　在“天舟一号”货运飞船搭载的多项科学载荷中，有这样一个生命“小立方”，在轨期间它自动化实施了多种细胞在轨共培养和分析，进行了一次对中国空间生命科学研究意义深远的探索实践。

　　5月3日，这个由北京理工大学生命学院邓玉林教授团队完全自主研制的“空间微流控芯片生物培养与分析载荷”，完成全部实验任务，实现了全部实验数据的下行传输，达到了预定的任务目标，圆满完成了飞行搭载任务。

　　航天员健康研究的关键一步

　　随着中国空间站计划的逐步实施，中国航天员长期在轨飞行将成为常态。研究表明，长期的太空飞行，会导致航天员产生焦虑、抑郁、失眠及大面积溃疡、免疫力低下等神经和免疫系统问题。

　　“面对空间微重力、辐射、噪音和幽闭环境等，关注航天员的生命健康，成为我国载人航天领域中十分迫切研究的问题。”邓玉林接受《中国科学报》采访时说。

　　为此，他们立足在神经与免疫系统方面多年的研究积累，经过反复论证，在本次飞行搭载任务设计时将科学问题聚焦于空间环境下的神经与免疫系统相互作用。

　　针对复杂空间环境影响，研究人员通过精巧设计，让神经细胞、胶质细胞和免疫细胞在微流控细胞培养芯片上进行在轨共培养，并进行自动在线分析。通过观察各种细胞在空间环境下的形态变化和迁移情况，并检测培养基中与细胞相互作用相关的神秘物质，以期了解神经与免疫系统之间的相互作用规律和机制，获得能够表征航天员身体健康状况的标志物。

　　“通过单次搭载不可能一下子把这些问题都解决，还需要开展更加全面的地面研究，并与地面研究进行对照。”邓玉林说，“空间搭载在整个研究环节中是最重要也是最关键的，这项研究对今后长期在轨飞行的航天员健康保障意义重大。”

　　方寸空间探秘太空细胞新现象

　　简单来说，这个生命“小立方”是一个集多细胞生物共培养、细胞影像分析、在轨在线样品处理和生化分析以及遥操作自动化等多项技术于一体的空间生命科学实验平台。

　　“对神经细胞和免疫细胞进行共培养，并自动在线开展相应的检测分析，即使是在地面实验室中，实现起来都很困难，目前也没有集成化的仪器。”北理工生命学院副教授李晓琼向《中国科学报》记者介绍说，“这种培养必须做到神经和免疫细胞‘共生不碰面’，而生长环境却又要相互联系贯通，这实际上是在一定程度上模拟人体中脑与外周免疫系统。”

　　而在培养之后实施的在线检测与分析，不仅要检测两种细胞各自变化的“不同”，还要检测其共同生长环境中的“相同”，这就是所谓的神秘物质。“所获得的第一手数据将是研究空间环境对航天员健康损伤的宝贵资料，并服务于建立空间环境损伤的预警研究，为长期载人飞行健康保障以及深空生命信息探测提供理论和技术基础。”邓玉林说。

　　在空间完全自动化地实现复杂的生命科学实验，并且还要满足一系列严苛的搭载要求，这不仅要求项目团队具备较高的生命科学研究能力和深厚的学术积累，还要具备极高的研制载荷装置的工程实现能力。

　　李晓琼举例说，载荷中的两个用于观测的小镜头，就是因为“天舟一号”提供的有限功耗，使得镜头一再减少并修改，类似这样因搭载条件而带来的技术困难和挑战可谓屡见不鲜。

　　面向中国空间站的超前部署

　　“最先进最复杂的空间生命科学实验载荷”，在今年年初召开的“天舟一号”搭载项目研制总结评审会上，专家组给予北理工的生命“小立方”高度评价。

　　李晓琼告诉记者，这种巧妙的细胞共培养和检测实验设计，也可以用于开展其他不同细胞的相互作用研究，为空间生命科学研究提供了一个新的、先进的研究工具和平台。

　　其实，北理工生命学院在空间生命科学仪器研制方面，早已具有多年的研究积累。北理工生命科学载荷曾先后于2011年和2016年搭乘“神八”和“长七”遨游太空。

　　“每一次都是新的挑战。此次是众多关键技术的集大成，无论是载荷的集成与自动控制技术、细胞在线监测在线分析还是实时数据传输等各项技术，都是由团队成员通过自主创新完成的。”北理工生命学院副研究员马宏深有感触地说。

　　据了解，本次载荷项目来源于他们所承担的2012年科技部国家重大科学仪器设备开发专项“空间多指标生物分析仪器开发及应用”的研究成果。

　　邓玉林表示，这个专项一定意义上是为中国载人空间站进行超前部署。“目前我们在‘天舟一号’上的工作已经告一段落，面向中国空间站我们还将开展大量工作。”