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

 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展在軌驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)任務(wù)并取得成功。記者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(cè)研究提供了全新工具。

　　圖為神舟十五號(hào)航天員乘組在軌使用空間站雙光子顯微鏡（研究團(tuán)隊(duì)供圖）

　　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。

　　圖為空間站雙光子顯微鏡對(duì)航天員皮膚表層的成像（研究團(tuán)隊(duì)供圖）

　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員、北京大學(xué)未來技術(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。

　　圖為空間站雙光子顯微鏡對(duì)航天員皮膚表層的成像（研究團(tuán)隊(duì)供圖）

　　“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，也為未來利用中國(guó)空間站平臺(tái)開展腦科學(xué)研究提供了重要的技術(shù)手段。”