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儀器人的驕傲!北理工研制生命科學載荷首次登入國際空間站
發布日期:2017-06-05

北京時間4日凌晨5時7分,由北京理工大學鄧玉林教授團隊研制的“空間環境下在PCR反應中DNA錯配規律研究的科學載荷”在美國佛羅里達州肯尼迪空間中心由負責運營國際空間站科學研究平臺的NanoRacks公司通過SpaceX公司“獵鷹9號”火箭乘坐龍飛船送往國際空間站。該載荷將在空間輻射及微重力環境下,在軌開展抗體編碼基因的突變規律研究。本次搭載項目的順利實施,是中國空間科學項目首次登入國際空間站,標志著中美空間科學合作取得了“零”的突破。根據雙方協議,美方將把北理工校旗帶到國際空間站,由宇航員在空間站內展開,這是中國高校校旗首次出現在國際空間站內,意義深遠。

 

本次登入國際空間站的北理工空間生命科學載荷,是科技部重大科學儀器開發專項和國防科工局民用航天專項支持下,由北京理工大學生命學院教授、國際宇航科學院院士鄧玉林團隊自主創新研制,是繼該團隊所研制的載荷在2011年神舟八號搭載、2016年長征七號首飛搭載以及2017年天舟一號搭載之后又一次實現太空之旅。此次北理工載荷將被帶入到國際空間站美國實驗艙,實驗數據將傳回給北理工研究人員進行后續的科學研究。
 
  小實驗破冰中美太空大合作
 
  能夠由美方搭載,并進入國際空間站,除了北理工在空間生命科學研究領域取得的成績得到國際充分認可外,也得益于中方團隊對相關法律的認真研究,并形成突破。2011年,美國國會曾出臺“沃爾夫法案”禁止美國國家航空航天局(NASA)及與NASA有合同關系的美國航天企業與中國航天領域進行任何接觸和合作,該法案為組織中美太空合作的“壁壘”。北理工生命學院鄧玉林教授團隊帶著北理工人特有的“敢為天下先”創新精神,大膽嘗試通過商業合作模式,在2015年8月與美國NanoRacks公司簽署協議,并通過各項審查,為國際空間站帶去首個中國項目,受到各方廣泛關注。
 
  此次搭載是中美兩國30年來在空間領域的首次合作,具有“破冰”之意義,通過商業合作模式實現中美空間站領域合作,也為中美太空合作開辟了新的途徑,開創了中美空間領域合作的新局面。
 
  小小載荷開展大量研究
 
  本次北理工的空間載荷從關注航天員生命健康切入,延展到空間環境影響微(分子)進化的探索??占浞尚泄討瀉教煸苯媼俁嘀紙】低?,其中空間輻射和微重力是導致航天員生理功能失調的重要因素。團隊負責人鄧玉林介紹到:“在神舟八號載荷實驗的研究中,我們發現了在空間環境中DNA變異的一些新現象,從而推斷空間環境之于基因突變可能與生物分子進化有著重要的聯系。鑒于抗體是人體中較為保守的重要生物學元素,我們提出大膽的創新設想,將抗體編碼基因片段作為研究空間環境對分子進化影響的模型,開展了此次空間實驗?!?br />  
  據團隊主要成員北京理工大學生命學院副教授李曉瓊介紹,此次載荷是采用微型微流控PCR儀,對抗體DNA片段進行在軌飛行狀態下的基因擴增,來模擬人類生命的延續與發展。在空間飛行結束后,分析基因突變規律,進而探討空間輻射及微重力環境下的基因誘變機理。
 
  “這是一項基礎性生命科學研究,具有重大的科學意義。團隊在國際上首次利用空間環境開展‘微進化’研究,一方面有助于我們認識空間環境對于生物進化規律的影響,另一方面當我們掌握基因突變規律,對其做出相應改變和修飾,以更好的適應環境,對預防和控制疾病有著重要意義,對人類發展具有重要的影響?!蓖哦映稍鄙г和躅2┦拷檣艿?。
 
  此次空間實驗不僅具有理論上的創新,在技術上也做出了多種新的探索。據介紹,團隊利用微流控芯片模擬人體發育過程,利用擴增技術模擬細胞中基因復制,實現對生命擴增與發展的動態過程模擬,從而掌握環境對基因擴增的影響;同時,團隊突破了在太空變溫條件下實現基因擴增的技術難題,“溫度過高會給芯片帶來巨大的壓力,容易產生破裂。2011年‘神八’搭載時,我們就攻克了這項難關——用微流控芯片來實現變溫PCR擴增技術,在‘狹小’的載荷儀器中,開展‘大量’的科學研究?!崩釹硭?。本次搭載共有兩組、12塊芯片,60個通道,將對20個基因在空間環境下進行突變規律的研究?!澳茉諤寤绱搜峽戀腦睪商跫?,實現20種基因的突變規律研究,這一技術在國際上也是領先的?!蓖躅K?。
 
  未來還將與歐洲太空局合作
 
  神八、長七、天舟一號、國際空間站??每一次搭載都彰顯著北理工國防新型交叉學科空間生物與醫學工程在儀表、自動控制、信息電子與生命科學、醫學的交叉融合方面已經形成特色,展現出雄厚的技術實力,同時也在人才培養和團隊建設方面取得了可喜的成績。這次任務由十余人的隊伍完成,分為科學和載荷兩個部分,每個部分都由青年教師和學生構成。鄧玉林用“敢想、敢干、敢創新”來形容團隊中的師生。他說:“無論是科學還是載荷,我們都做到了多項創新,面對空間輻射、復雜機制、規律難以把握、整體實驗設計、核心芯片研制等一個又一個難題,我們從老師到博士生,每個人都非??炭嗯?,嚴格按照時間節點完成,團隊開辟了一種有效的模式,‘青年教師+學生’,并密切與企業對接,可以說是非常成功的模式范例?!?br />  
  鄧玉林坦言,一項項科研項目的開展不僅僅收獲了豐富的科研成果,更鍛煉了學生們攻堅克難的科研態度,加強了師生們的國際交往能力,歷練了他們的大局意識、全局精神,對于未來獨立科研和技術開發提供了難得的機遇。


  近年來,北京理工大學瞄準世界科技前沿,立足服務國家重大戰略,充分發揮自身多年來在國防科技領域研究中積累的工程技術優勢,加強生物醫學工程學科建設,著力學科深度交叉融合,實現了在空間生命科學領域的快速發展。在國家重大項目的資助下,在上級和兄弟單位的大力支持下,抓住機會,實現北理工空間生命載荷的多次搭載,為我國深空探測研究做出貢獻,在國際空間研究領域形成影響。下一階段,北理工與歐洲太空局(ESA)在國際空間站的合作已經啟動,相信在未來,北理工將在人類探索宇宙空間的偉大征程中,寫下屬于自己的精彩筆觸。

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