外型看上去和打印機(jī)類似，大小也差不多，這就是空間站雙光子顯微鏡。

(相關(guān)資料圖)

近日，神舟十五號航天員乘組使用空間站雙光子顯微鏡開展在軌驗證實驗任務(wù)取得成功。這項成果由南京江北新區(qū)生物醫(yī)藥谷園區(qū)的北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)南京轉(zhuǎn)化研究院參與的多團(tuán)隊合作自主研制的，是目前已知的世界上首次在航天飛行過程中使用雙光子顯微鏡獲取航天員皮膚表皮及真皮淺層的三維圖像。

神十五乘組在軌使用雙光子顯微鏡（轉(zhuǎn)自新華社）

多方支持，成功研制空間站雙光子顯微鏡

此次在軌驗證實驗的空間站雙光子顯微鏡項目團(tuán)隊，正是由中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授、北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)南京轉(zhuǎn)化研究院院長程和平擔(dān)任總責(zé)任人，轉(zhuǎn)化院及其孵化企業(yè)超維景參與其中。這個自研儀器，為未來開展航天員在軌健康檢測研究提供了全新工具。

雙光子顯微成像技術(shù)是基于雙光子吸收及熒光激發(fā)的一種非線性光學(xué)成像技術(shù)，具有高分辨率、強(qiáng)三維層析能力、大成像深度、在體無創(chuàng)無標(biāo)記的特點，并且可以特異性激發(fā)膠原纖維的二次諧波信號，特別適合對活體生物組織進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的在體無創(chuàng)顯微成像。但由于傳統(tǒng)的雙光子顯微鏡整機(jī)系統(tǒng)龐大，不能滿足在軌實驗儀器設(shè)備對可靠性、體積、重量、抗沖擊和振動性能等的苛刻要求，此前國際上還未能實現(xiàn)雙光子顯微成像技術(shù)在空間站上的在軌運(yùn)行與應(yīng)用。

2017年，由北京大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)成像科學(xué)中心主任程和平院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊突破雙光子顯微鏡微型化的多項核心技術(shù)，研制成功探頭僅重2.2克的高時空分辨微型化雙光子顯微鏡，為空間站雙光子顯微鏡的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

空間站雙光子顯微鏡

2019年，在中國載人航天工程辦公室的大力支持下，北京大學(xué)程和平、王愛民團(tuán)隊，中國航天員科研訓(xùn)練中心李英賢團(tuán)隊、北京航空航天大學(xué)馮麗爽團(tuán)隊聯(lián)合北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)南京轉(zhuǎn)化研究院趙婷團(tuán)隊、北京超維景生物科技有限公司及河南平原光電有限公司組建了中國空間站雙光子顯微鏡項目團(tuán)隊。歷時近三年，項目組通過自主研發(fā)多項關(guān)鍵技術(shù)，攻克多項技術(shù)難題，最終于2022年9月研制成功空間站雙光子顯微鏡。

進(jìn)入太空，首次通過皮膚觀測航天員機(jī)體功能

據(jù)項目團(tuán)隊成員王俊杰博士介紹，2022年11月12日，空間站雙光子顯微鏡搭乘天舟五號貨運(yùn)飛船成功運(yùn)抵中國空間站，成為世界上首臺進(jìn)入太空的雙光子顯微鏡。近日，神舟十五號航天員乘組完成了雙光子顯微鏡的安裝、調(diào)試和首次成像測試，成功獲取了在軌狀態(tài)下航天員臉部和前臂皮膚的在體雙光子顯微圖像。

據(jù)了解，空間站雙光子顯微鏡能以亞微米級分辨率清晰呈現(xiàn)出航天員皮膚結(jié)構(gòu)及細(xì)胞的三維分布，具備對皮膚表層進(jìn)行結(jié)構(gòu)、組分等無創(chuàng)顯微成像的能力。成像結(jié)果顯示，皮膚的角質(zhì)層、顆粒層、棘層、基底細(xì)胞層、真皮淺層等三維結(jié)構(gòu)清晰可辨。

神十五乘組航天員皮膚的雙光子顯微成像結(jié)果

皮膚的雙光子顯微成像結(jié)果的層析動畫展示

空間站雙光子顯微成像的信號來源于細(xì)胞及胞外基質(zhì)中具有自發(fā)熒光的物質(zhì)，以及膠原纖維產(chǎn)生的二次諧波信號。這些信號有助于實現(xiàn)對航天員細(xì)胞線粒體代謝應(yīng)激反應(yīng)功能探測。通過對具有自發(fā)熒光的細(xì)胞代謝產(chǎn)物的量化觀測,可以反映出航天員機(jī)體代謝功能。

“空間站雙光子顯微鏡是體現(xiàn)我國高端精密光學(xué)儀器制造水平的重要成果。”程和平表示，本次任務(wù)創(chuàng)造了多項第一：世界上首次實現(xiàn)雙光子顯微鏡在軌正常運(yùn)行；國內(nèi)首次實現(xiàn)飛秒激光器在軌正常運(yùn)行；國際上首次通過皮膚觀測到航天員在軌機(jī)體細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝成分相關(guān)信息等。這些不僅為航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域從細(xì)胞分子水平開展航天員在軌健康監(jiān)測研究提供了新工具和新方法，也為未來利用中國空間站平臺開展腦科學(xué)研究提供了重要的技術(shù)手段。

校地合作，暢通重大科研成果轉(zhuǎn)化路徑

2019年，北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)南京轉(zhuǎn)化研究院落地江北新區(qū)南京生物醫(yī)藥谷，這是新區(qū)和北大共同打造的校地合作科研成果轉(zhuǎn)化基地。轉(zhuǎn)化院圍繞“高端生物醫(yī)學(xué)成像裝備”和“重大疾病創(chuàng)新藥物”兩大研發(fā)方向，搭建高端腦成像和新藥研發(fā)為主體的公共技術(shù)服務(wù)平臺。近年來，其孵化企業(yè)和其瑞醫(yī)藥、超維景等已在新區(qū)開啟了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化項目，加速科研成果駛?cè)氘a(chǎn)業(yè)化。隨著江北新區(qū)與北京大學(xué)的合作不斷深化，新區(qū)還成為了國內(nèi)第一個與未來技術(shù)學(xué)院開展深度合作的地區(qū)。

據(jù)北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)南京轉(zhuǎn)化研究院副院長趙婷介紹，本次空間站雙光子顯微鏡項目的重要突破，離不開江北新區(qū)、南京生物醫(yī)藥谷的大力支持。江北新區(qū)通過不斷深化與北京大學(xué)的合作，共同探索了校地一體化研發(fā)合作新模式，實現(xiàn)重大基礎(chǔ)科研成果與應(yīng)用開發(fā)一體化推進(jìn)。除了政策的扶持引領(lǐng)，還有日益完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和對企服務(wù)。

新區(qū)生命健康辦、南京生物醫(yī)藥谷積極“搭平臺”“謀合作”。園區(qū)“生物經(jīng)緯”招商平臺打通“政產(chǎn)學(xué)研金介用”協(xié)同創(chuàng)新通道，暢通科技成果轉(zhuǎn)化路徑。科研成果、資本活水、臨床資源等融入這里的良性互助“生態(tài)圈”，既釋放出強(qiáng)勁的發(fā)展動能，也發(fā)揮出“虹吸效應(yīng)”，吸引更多的創(chuàng)新要素加速集聚。與此同時， 新區(qū)生命健康辦還通過“一企一策”精準(zhǔn)服務(wù)問需于企，聽訴求、解難題、促發(fā)展，激發(fā)人才團(tuán)隊優(yōu)勢，在生命健康領(lǐng)域貢獻(xiàn)“中國智慧”。

標(biāo)簽： 科研成果