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中科院牵头在天舟一号开展4项科学任务
2017-04-21 阅读次数:

  4月20日19时41分,我国首艘货运飞船天舟一号飞向天空,将与天宫二号空间实验室完成交会对接,实施推进剂在轨补加。虽为货运飞船,它将开展微重力对细胞增殖和分化影响研究、两相系统实验平台的关键技术研究、非牛顿引力实验检验的关键技术验证、主动隔振关键技术验证等4项科学实验研究及技术验证试验。这些任务都着眼未来,或为未来航天事业发展验证更加高精尖的技术,或为未来太空驻留甚至星际移民做科学方面的准备。

  作为载人航天工程主要力量之一,中国科学院是这些科学任务的牵头单位。其中,中科院空间应用工程与技术中心是载人航天工程空间应用系统的总体单位,代表中科院抓总负责载人航天空间科学与应用任务的规划、实施及成果产出与推广,具体承担工程研制的组织管理,系统设计、集成、测试,可靠性保障,在轨技术支持,有效载荷运控管理,数据获取及应用成果的推广服务等系统技术支持、支撑、保障、服务工作。其他多家院属单位分别研发有关科学实验载荷,承担了相关科学实验研究。

  干细胞生物学是21世纪备受瞩目的研究领域之一,是组织工程和再生医学研究的上游学科。干细胞的重要功能是维持和控制细胞的再生能力,它具有自我更新复制能力和多分化潜能,它可分化为多种组织细胞类型。空间微重力效应是否影响干细胞增殖和分化?能否利用空间微重力独特的条件开展干细胞大规模扩增和组织工程构建呢?这些问题是目前空间生物学研究的前沿和热点的问题。中科院动物研究所承担的“微重力环境下胚胎干细胞培养实验”项目,将研究太空微重力环境下小鼠胚胎干细胞的增殖、分化特征,同时与1G和模拟微重力效应条件下的同步实验结果比对,全面了解微重力对胚胎干细胞增殖、分化的影响,同时探索(微)重力在胚胎干细胞增殖、分化过程中的作用及其机制。预期通过实验,初步了解太空微重力对胚胎干细胞增殖、分化影响的作用情况,将为更好地实现胚胎干细胞的体外大量扩增,更好地利用多能干细胞分化潜能提供一种新思路,为多能干细胞在组织工程和再生医学中的应用探索一种新途径,最终为未来利用多能干细胞服务于人类健康提供帮助。

  肝干细胞是一种具有多分化潜能的细胞,在一定条件下可诱导分化成肝细胞及胆管细胞,被认为是细胞治疗及生物人工功能治疗理想的种子细胞。细胞治疗的前提是体外能够获得足够数量的细胞,而在肝实质细胞中具有强大体外扩增能力的只有肝干细胞。以往的平面培养肝干细胞的方法可导致细胞一些关键性的表型及功能消失,改变细胞生物学特性,且增殖较缓慢,因而不能满足肝干细胞扩增的要求。研究发现,地面模拟微重力作用可促进肝干细胞的增殖,而真实的微重力环境对于肝干细胞的三维培养及其增殖的影响未曾可知。中科院动物所承担的“微重力环境对肝干细胞增殖的影响”研究将在太空进行肝干细胞的三维培养,观察太空中微重力环境对肝干细胞增殖的影响。以大鼠肝干细胞系为研究对象,将肝干细胞贴附在微载体表面,通过空间显微摄影和图片传输技术,观察细胞形态、密度与绿色荧光蛋白的变化,监测太空微重力条件下肝干细胞的三维培养与增殖情况。同时,与地面对照图片作比较,以期初步揭示微重力影响肝干细胞增殖的作用机制,为今后建立肝干细胞扩增培养体系提供依据。

  中科院上海技术物理研究所研制的空间生物反应器,攻克了基于原位的显微荧光成像技术、复杂微流量多通道液体输运管理、多模式自动搜索捕获识别显微(荧光)成像技术等多项关键技术,建立了24路相互独立的间歇式灌流培养系统,实现对十种不同类型细胞开展空间贴壁、悬浮培养实验的仪器平台。仪器可使细胞样品无需返回地面,在轨实时获取细胞的原位显微(荧光)图像,协助“微重力对细胞增殖和分化影响研究”各研究课题科学家开展系列在线研究,为我国载人空间站生命科学研究提供新型实验模式和技术手段。

  中科院力学研究所牵头开展的“两相系统实验平台关键技术研究”是我国首次开展的空间冷凝与蒸发相变传热科学与热控技术实验研究。在一个高约半米、重达50多公斤的装置内,安放着红外观测仪、高清相机以及测量温度和热流量的传感器等,借助它们,科学家可实现对空间蒸发与冷凝过程的实时观测,摸清微重力环境下蒸发冷凝相变传热的特殊规律,为丰富流体科学理论知识、研发出更高效更优质的太空热设备奠定基础。

  中科院空间应用中心在天舟一号上开展了“主动隔振关键技术验证研究”,在轨进行六自由度磁悬浮主动隔振关键技术验证,可以实现0.1Hz~100Hz范围内0~40dB的主动隔振能力。该项目同时为“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”项目提供支持,保障在飞船平稳期达到10ug以下的微重力水平。未来空间磁悬浮主动隔振技术可为更多空间应用载荷服务,例如空间光学相机、激光通信等,助力它们达到更高的指标水平。同时,这一技术也可在航空光学吊舱、工业精密加工等方面发挥重要作用。

  天舟一号任务是载人航天工程空间实验室任务的收官之战,我国将正式踏上载人空间站建设的征程,中科院将组织国内外相关力量,开展大规模的空间科学与应用研究,将空间站建成国家级太空实验室,推动我国空间科学及应用实现跨越式发展。

  来源:中国科学院空间应用工程与技术中心
 

作者:中科院之声 文章来源:科学网(2017/4/20)
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