我國(guó)自主研制空間站雙光子顯微鏡首獲航天員皮膚三維圖像

魏夢(mèng)佳

新華社電 神舟十五號(hào)航天員乘組近日使用由我國(guó)自主研制的空間站雙光子顯微鏡開(kāi)展在軌驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)任務(wù)并取得成功。記者2月27日從空間站雙光子顯微鏡項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲悉，這是目前已知的世界首次在航天飛行過(guò)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(lái)開(kāi)展航天員在軌健康監(jiān)測(cè)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、大成像深度等特點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備對(duì)可靠性、體積、重量、抗沖擊和振動(dòng)性能等的苛刻要求，此前國(guó)際上還未能實(shí)現(xiàn)雙光子顯微成像技術(shù)在空間站在軌運(yùn)行與應(yīng)用。

2017年，北京大學(xué)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)成像科學(xué)中心主任程和平院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功研制探頭僅重2.2克的微型化雙光子顯微鏡，為空間站雙光子顯微鏡的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。2019年，在中國(guó)載人航天工程辦公室大力支持下，由北大程和平、王愛(ài)民團(tuán)隊(duì)，中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心李英賢團(tuán)隊(duì)，北京航空航天大學(xué)馮麗爽團(tuán)隊(duì)聯(lián)合相關(guān)企業(yè)及院所組建空間站雙光子顯微鏡項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，由程和平擔(dān)任總負(fù)責(zé)人。項(xiàng)目組攻克多項(xiàng)顯微鏡小型化技術(shù)難題，于去年9月研制成功空間站雙光子顯微鏡。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員、北京大學(xué)未來(lái)技術(shù)學(xué)院助理研究員王俊杰博士介紹，去年11月12日，空間站雙光子顯微鏡搭乘天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船成功運(yùn)抵中國(guó)空間站，成為世界首臺(tái)進(jìn)入太空的雙光子顯微鏡。近日，神舟十五號(hào)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(cè)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)悉，空間站雙光子顯微鏡能以亞微米級(jí)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(duì)皮膚表層進(jìn)行結(jié)構(gòu)、組分等無(wú)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。

“空間站雙光子顯微鏡是體現(xiàn)我國(guó)高端精密光學(xué)儀器制造水平的重要成果。”程和平介紹，此次在軌驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)第一，例如世界上首次實(shí)現(xiàn)雙光子顯微鏡在軌正常運(yùn)行；國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)飛秒激光器在軌正常運(yùn)行；國(guó)際上首次在軌觀測(cè)航天員細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝成分信息。“這些不僅為從細(xì)胞分子水平開(kāi)展航天員在軌健康監(jiān)測(cè)研究提供了全新工具和方法，也為未來(lái)利用中國(guó)空間站平臺(tái)開(kāi)展腦科學(xué)研究提供了重要的技術(shù)手段。”