我空間站雙光子顯微鏡完成在軌驗證

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本報北京3月1日電 記者晉浩天從北京大學(xué)獲悉，神舟十五號航天員乘組日前使用由我國自主研制的空間站雙光子顯微鏡開展在軌驗證實驗任務(wù)并取得成功。這是目前已知的世界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，為未來開展航天員在軌健康監(jiān)測研究提供了全新工具。

人腦包含百億級神經(jīng)元和百萬億級的神經(jīng)突觸，其結(jié)構(gòu)和功能上極其復(fù)雜精密的連接和相互作用，是意識和思想涌現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。為了能清晰看到活體大腦里面的神經(jīng)元、神經(jīng)突觸的結(jié)構(gòu)和信號，科學(xué)家們需要借助雙光子顯微鏡。當代前沿的腦科學(xué)研究希望在大腦正常工作時、在自由活動的動物上觀察大腦神經(jīng)元變化，然而，體積重量龐大的傳統(tǒng)雙光子顯微鏡難以滿足這種在體實時觀察神經(jīng)元信號的需求。

“如何才能創(chuàng)造出一種顯微鏡，能夠在小動物自由行走的條件下，看到一顆一顆神經(jīng)元，一閃一閃的動態(tài)變化，這是藏在我心底的一個夢想。”中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)成像科學(xué)中心主任、北京大學(xué)未來科技學(xué)院教授程和平如是說。

2019年，在中國載人航天工程辦公室大力支持下，由北大程和平、王愛民團隊，中國航天員科研訓(xùn)練中心李英賢團隊，北京航空航天大學(xué)馮麗爽團隊聯(lián)合相關(guān)企業(yè)及院所組建空間站雙光子顯微鏡項目團隊，程和平擔任總負責人。項目組攻克多項顯微鏡小型化技術(shù)難題，于去年9月成功研制空間站雙光子顯微鏡。

去年11月12日，空間站雙光子顯微鏡搭乘天舟五號貨運飛船成功運抵中國空間站，成為世界首臺進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。

項目團隊成員、北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院助理研究員王俊杰介紹，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)及細胞的三維分布，具備對皮膚表層進行結(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、基底細胞層、真皮淺層等三維結(jié)構(gòu)清晰可辨。雙光子顯微成像的信號來源于細胞及胞外基質(zhì)中具有自發(fā)熒光的物質(zhì)，這些信號有助于實現(xiàn)對航天員細胞線粒體代謝應(yīng)激反應(yīng)功能探測。通過對具有自發(fā)熒光的細胞代謝產(chǎn)物的量化觀測可以反映出航天員機體代謝功能。

程和平表示，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。“此次在軌驗證實驗實現(xiàn)了多項第一，例如世界上首次實現(xiàn)雙光子顯微鏡在軌正常運行；國內(nèi)首次實現(xiàn)飛秒激光器在軌正常運行；國際上首次在軌觀測航天員細胞結(jié)構(gòu)和代謝成分信息。這些不僅為從細胞分子水平開展航天員在軌健康監(jiān)測研究提供了全新工具和方法，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。”

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