科技日報(bào)北京6月4日電(記者張佳星)北京時(shí)間6月4日凌晨，隨著美國肯尼迪航天中心“3—2—1—點(diǎn)火”的指令，北京理工大學(xué)的兩個(gè)墨綠色盒子，跟隨“龍”飛船奔向國際空間站。

這兩個(gè)小盒子，能自動變溫、自動加料、自動開始和停止實(shí)驗(yàn)……閥、泵、反應(yīng)器一個(gè)也不少，堪稱“魔盒”。

北京理工大學(xué)生命學(xué)院副教授李曉瓊介紹，科學(xué)載荷的盒子中有兩組12塊芯片，60個(gè)通道，可以模擬人體發(fā)育過程，在空間環(huán)境下對20個(gè)基因開展聚合酶鏈?zhǔn)?PCR)反應(yīng)中DNA錯(cuò)配規(guī)律研究。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將在國際空間站駐留一個(gè)月，這是中國空間科學(xué)項(xiàng)目首次進(jìn)入國際空間站，實(shí)現(xiàn)了中美近二三十年空間領(lǐng)域合作“零”的突破。

去空間站做實(shí)驗(yàn)，卻不帶任何儀器？小小“魔盒”內(nèi)“乾坤”幾何？如何完成實(shí)驗(yàn)？

“完成一個(gè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)需要很多儀器，一臺一臺搬上天是不可能的?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)帶頭人、北京理工大學(xué)教授鄧玉林說，“為了滿足太空實(shí)驗(yàn)的要求，我們的設(shè)計(jì)把實(shí)驗(yàn)室嵌進(jìn)芯片，用‘微流控芯片技術(shù)’造‘芯片實(shí)驗(yàn)室’，再把芯片裝進(jìn)‘魔盒’?！?/p>

鄧玉林介紹，“芯片實(shí)驗(yàn)室”的實(shí)現(xiàn)源自一個(gè)奇妙的發(fā)現(xiàn)，1999年的《科學(xué)》雜志上登載了它的原理文章——一位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裝有紅藍(lán)墨水的管子細(xì)到微納米級別時(shí)，二者的界面非常清晰，不會混合。

“不混合”意味著控制流體非常簡單，一個(gè)拐彎就能起到“閥”的作用，泵、反應(yīng)器、實(shí)驗(yàn)室的儀器等都可在小區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)?！半娮有酒菍㈦娮?、二極管等元件集成到晶圓上?！酒瑢?shí)驗(yàn)室’則是把微閥、微泵、微反應(yīng)器都集成在芯片上?！编囉窳终f。

此外，芯片設(shè)計(jì)要考慮與地面完全不同的環(huán)境，例如，太空變溫劇烈，會給芯片帶來巨大的壓力，容易產(chǎn)生破裂等。面對空間輻射、復(fù)雜機(jī)制等難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)勇于創(chuàng)新，完成了整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、核心芯片研制等研究工作。

此次實(shí)驗(yàn)將在空間飛行開始后，啟動“魔盒”中的微流控芯片PCR儀，讓抗體基因片段在空間環(huán)境下擴(kuò)增?！八鼈儠惺堞蒙渚€、微重力等影響?！崩顣原傉f，“同時(shí)，地面將完成相同反應(yīng)條件的對照實(shí)驗(yàn)?！表?xiàng)目組會獲得在軌飛行的“DNA擴(kuò)增產(chǎn)物”和“對照組DNA擴(kuò)增產(chǎn)物”，測序分析后，比較兩者的不同，期望能總結(jié)出空間飛行導(dǎo)致基因突變發(fā)生的頻率、位點(diǎn)等規(guī)律，進(jìn)而探討空間輻射及微重力環(huán)境下的基因誘變機(jī)理。

這是一次生物學(xué)理論的研究實(shí)驗(yàn)，“‘神舟八號’載荷實(shí)驗(yàn)的研究中，我們發(fā)現(xiàn)了在空間環(huán)境中DNA變異的一些新現(xiàn)象，推斷空間環(huán)境造成的基因突變可能與生物分子進(jìn)化有著重要的聯(lián)系?！编囉窳终f，“我們想通過這次機(jī)會，更進(jìn)一步了解這個(gè)現(xiàn)象背后的規(guī)律?！?/p>

事實(shí)上，利用“芯片實(shí)驗(yàn)室”，團(tuán)隊(duì)一個(gè)多月前已在“天舟一號”上進(jìn)行過更復(fù)雜的全自動實(shí)驗(yàn)。那次的載荷是在芯片里模仿人體器官的環(huán)境，進(jìn)行多種細(xì)胞自動共培養(yǎng)，是世界首例。

“芯片里還鑲嵌了影像設(shè)備，”鄧玉林說，“我們采用了多焦融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)焦，清晰地拍下免疫細(xì)胞的遷移數(shù)量、途徑和方向?！表?xiàng)目組最終獲得的十幾個(gè)G容量的照片中，甚至可以講出一個(gè)“救死扶傷”的故事——神經(jīng)細(xì)胞受傷后，發(fā)出信號募集免疫細(xì)胞，免疫細(xì)胞紛紛遷移前來“救援”。

“我們的目標(biāo)是未來讓我國的空間站成為國家太空實(shí)驗(yàn)室，希望各行業(yè)各領(lǐng)域都能去做實(shí)驗(yàn)?！编囉窳终f。

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