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科學(xué)家加緊解密神十五返回樣品

2023-08-08 15:05 來源:北京日報 次閱讀
 
科學(xué)家加緊解密神十五返回樣品

神舟十五號航天員乘組在軌期間,開展了涵蓋科學(xué)與應(yīng)用、航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的40余項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)驗(yàn)證。記者日前從中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心獲悉,神舟十五號飛船將空間站第四批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品帶回地面后,科研人員正在加緊研究這些珍貴的實(shí)驗(yàn)材料,期待揭開更多深邃太空的奧秘。

  發(fā)現(xiàn)“太空細(xì)胞”新特點(diǎn)

  神舟十五號飛船返回地面后,中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員應(yīng)浩順利取回了一個小盒子——細(xì)胞組織培養(yǎng)模塊。其中裝載的是一批骨骼肌細(xì)胞,在太空飛行的幾個月里,它們在生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜中接受了一系列實(shí)驗(yàn)。

  小小的實(shí)驗(yàn)?zāi)K,實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)突破:成功實(shí)現(xiàn)骨骼肌細(xì)胞的在軌培養(yǎng)和分化,觀察到細(xì)胞融合、肌纖維形成等現(xiàn)象;利用我國自主研發(fā)的熒光成像系統(tǒng),建立了在軌活細(xì)胞自噬的可視化分析方法;在國際上首次利用在軌熒光成像,檢測空間微重力環(huán)境下骨骼肌細(xì)胞自噬小體的誘導(dǎo)形成過程……

  “人體中的骨骼肌占體重的40%,肥胖、糖尿病等代謝性疾病以及與衰老相關(guān)的肌萎縮等,都與骨骼肌功能異常相關(guān)。”應(yīng)浩介紹,航天員在太空執(zhí)行任務(wù)時也會出現(xiàn)肌萎縮。研究其背后的機(jī)理,將為空間站后續(xù)任務(wù)的開展,以及未來的探月、探火等深空探測任務(wù)提供助力,同時也能為地面環(huán)境下老年人肌少癥、長期臥床導(dǎo)致的肌萎縮等疾病的防治提供新思路。

  通過天地樣品的比對實(shí)驗(yàn),科研團(tuán)隊已經(jīng)取得了初步發(fā)現(xiàn)。應(yīng)浩說,在空間微重力環(huán)境下,骨骼肌細(xì)胞仍具有生長分化的能力,但應(yīng)激響應(yīng)出現(xiàn)異常,細(xì)胞的自噬水平發(fā)生改變,恢復(fù)能力受損。目前,相關(guān)研究工作仍在進(jìn)行?!爸挥性谡鎸?shí)條件下開展微重力環(huán)境對骨骼肌作用的研究,才能揭示空間復(fù)雜環(huán)境引起肌萎縮的機(jī)制,找到有效的對抗手段。”

  揭開籠罩實(shí)驗(yàn)的重力“面紗”

  與骨骼肌細(xì)胞一同返回的,還有一種鋁合金材料。

  單晶高溫合金是制備航空發(fā)動機(jī)和熱氣輪葉片的關(guān)鍵材料,要通過定向凝固方式制備?!皢尉У哪踢^程,就像是水結(jié)冰。”中國科學(xué)院金屬研究所研究員羅興宏將這個過程形象地比作冰窗花的生長,“先長出主干,再側(cè)向長出枝杈,我們把這個過程稱為枝晶生長?!辈贿^,單晶合金的元素組成遠(yuǎn)比水復(fù)雜得多,不同元素的溶解度不同,加上溫度、重力等作用,會導(dǎo)致合金凝固過程中內(nèi)部發(fā)生對流。

  “對流就像是攪拌、沖刷,合金熔體里某種元素多一點(diǎn),另一種元素濃度高一點(diǎn),都會導(dǎo)致單晶合金制備過程形成一些缺陷?!绷_興宏說,要祛除常見的雜晶、成分偏析等缺陷,提升合金綜合性能,首先要搞清重力的影響機(jī)理,“空間站是個理想的環(huán)境,能幫我們揭開重力這個籠罩在實(shí)驗(yàn)上的‘面紗’,看到凝固的本質(zhì)過程?!?/p>

  熔點(diǎn)較低、成分較簡單的鋁合金打了頭陣。利用空間站高溫材料實(shí)驗(yàn)柜Ⅰ型爐完成定向凝固實(shí)驗(yàn)的鋁合金,跟隨神舟十五號飛船返回地面,羅興宏團(tuán)隊正在對樣品解剖、分析,“我們重點(diǎn)關(guān)注重力對枝晶的粗細(xì)、間距等形態(tài)以及材料成分分布的影響,期待通過空間與地面聯(lián)合研究,有好的結(jié)果呈現(xiàn)。”接下來,他們還將利用高溫材料實(shí)驗(yàn)柜中溫度較高的Ⅱ型爐,探索更復(fù)雜的合金體系凝固研究。

  公開征集空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

  神舟十五號乘組在軌期間,完成了15個科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜的安裝測試,開展了涵蓋科學(xué)與應(yīng)用、航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的40余項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)驗(yàn)證。

  載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師王珂表示,在空間站建設(shè)前,要想到太空開展一次科學(xué)實(shí)驗(yàn),哪怕細(xì)胞樣品只有幾十克,伴隨的科研設(shè)備重量也要數(shù)十公斤,前期準(zhǔn)備需要3至5年的時間?!艾F(xiàn)在,我們已經(jīng)把太空的‘實(shí)驗(yàn)大樓’蓋好了,一次上行就可以攜帶幾十盒實(shí)驗(yàn)樣品,進(jìn)行滾動式研究,前期設(shè)備研發(fā)的時間也省下了。從實(shí)驗(yàn)概念提出到真正在軌實(shí)施,最快只需要半年時間,這是跨越式的提升。”

  根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求,空間站各實(shí)驗(yàn)柜后續(xù)還能再升級;如果出現(xiàn)故障,部件可以在軌維修或者更換。人機(jī)界面的友好設(shè)計,讓航天員能更深度地參與到空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)中來。目前,空間應(yīng)用系統(tǒng)正在公開征集空間站科學(xué)與應(yīng)用項(xiàng)目,王珂表示,期待社會各界踴躍參與空間科學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)更多奇妙的現(xiàn)象。(記者 劉蘇雅)

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