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《新闻联播》聚焦海大科研成果

发布时间:2023-11-28 09:11:18 发布人:唐振东  

11月14日,中央电视台《新闻联播》《东方时空》《朝闻天下》《新闻30分》等多档节目,播出了中国空间站生物学舱外暴露实验样品完成初步测试的专题,我校设计的实验装置获得关注,多位专家学者接受采访,介绍相关科研进展。

空间生物学暴露装置由我校孙野青教授团队与中科院空间科学中心张珅毅团队共同设计和研制,随着空间站的第五批实验样品的返回交付,再次被广泛关注,是因为本次返回的样品有该装置在空间站梦天舱外暴露实验的一批样品,这些生物学样品完成了上行-舱外安装-实验-回收舱内-部分样品后再出舱及样品返回的全流程考验,对返回实验室的生物学实验样品进行了初步验证,结果表明,该装置满足了在轨生物学暴露实验的功能要求。

2023年3月,在发射场交付空间辐射生物学暴露装置部分团队成员

2023年5月,部分团队成员在发射场准备飞行样品

2022年11月21日,项目团队成员参加神舟十五号载人飞船和火箭组合体垂直转运

作为该装置的责任科学家孙野青教授提到,为满足空间辐射损伤预警与防护、空间辐射诱变机制与应用、生命起源与进化等科学研究需要的空间环境暴露实验,该装置需放在空间站舱外,为分析宇宙线高能粒子等生物学效应提供实验支持。因此,该装置的研制需要对抗极端高、低温,真空和强紫外等极端的空间环境,需要对不同生物样品长期暴露的生命保障技术,同时需要满足科学研究的各个功能:1)实时在线监测和下传辐射、温度和气压;2)能长期暴露抗逆样品如动物、植物种子、微生物孢子和生物大分子;3)能对模式动物线虫全寿命的生长、发育、组织器官的损伤和辐射敏感标志物进行实时自动监测;4)对在轨的返回样品的空间辐射生物学数据管理分析系统;5)上行样品生命保障子系统。

因此首先在功能需求上,既要考虑满足各研究方向可支持的生物样品的种类,如保障生物样品存活的温度、气密的同时,又要考虑空间平台提供的资源的约束,如体积、重量和功耗的限制,及实验盒对上行、航天员协助安装的功效学、机械臂抓取转运的约束,和实验结束后的返回舱内等待及下行时的约束等。因此孙野青教授说,在该装置的设计之初, 就要全方位考量这些关键的问题,以能为科学家最大限度地保障不同样品在宇宙暴露的实验需求。因此,团队首先通过对抗逆的模式动物、植物种子、微生物孢子和生物大分子样品进行了空间实验全流程的质控分析,确定了长期暴露实验盒的功能保障参数。特别是为实现线虫自动培养、自动捕获和收集后代,开发可用于4组共32个个体的线虫在轨监测微流控芯片,以匹配显微观测、自动化控制,实现全寿命周期实时在线观测模式动物的生长、运动、组织器官和辐射损伤标志物。

孙野青教授与微流控芯片监测子系统团队成员一同讨论功能验证结果

孙野青教授进一步强调,在确定了科学实验功能需求的基础上,在该装置研制软硬件设计和研制方面,以强-强联合和优势互补的原则,分解了该装置的功能模块,据此建立了不同的子系统,在满足航天工程质量方面,组织并联合了国内工程经验丰富的单位,如合作单位中科院空间中心及外协单位的上海计物所。

在暴露实验的全流程中,还涉及与上下行载人飞船或者货运飞船、空间站平台和航天员等系统协同以确保样品的安全,因此,都是在空间科学应用总体的质量考核和统一指挥下,与空间站、飞船和航天员系统进行系统联动才能完成。从今年3月中旬上行至10月31号随神舟十六号成功返回第一批暴露实验样品返回后的测试,表明成功完成了全流程的空间暴露实验。这是一个典型的以科学研究为牵引,集结了国内相关最强的研制团队,在空间站应用总体(中科院空间科学与应用总体)的指挥下,在载人飞船、货运飞船、空间站和航天员系统的全力配合下,才能得以顺利完成的任务。

11月2日在空间科学与应用总体进行第一批暴露装置实验样品接交仪式


1929cc威尼斯环境系统生物学研究所介绍

该研究所由孙野青教授创建于2004年,主要围绕着物理和化学有害因素对健康和生态环境的评估、预警和修复等问题,应用物理和信息学分析技术方法,定性定量分析环境中有害因素,引起生命物质生长、发育和其系统生物学变化规律,揭示环境中有害因素的行为;分析有害因素对生命过程中的物质运输、能量转换、信息传递和基因组稳定性的影响;揭示环境毒理学效应机制,认识生物学效应的遗传学和表观遗传学规律,挖掘环境毒理生物标志物,开发实时现场监测和生物技术修复技术。目前该研究所是一支具有生物学、医学、环境生物学、生物信息学、生物物理学、微生物修复和微纳分析技术的多学科交叉的队伍。承担海洋资源与环境本科生、生物学一级硕士和环境科学与工程博士的培养工作。已于2006年和2010年分别授予辽宁省重点实验室和科技部国际合作基地。承担并完成装备发展部、载人航天预研,载人航天科学与应用、科技部支撑计划、国家自然科学基金委等多项科学项目。发表高水平论文百篇以上,发明专利10项以上。

在空间科学领域,自 1996年起,开始了空间辐射诱变机理研究阶段,该阶段是利用不同遗传背景的品种进行了多次空间飞行,及同一遗传背景不同剂量和能量粒子地面模拟,研究同一背景不同个体对空间辐射生物学效应和其诱因。在1996、2002、2003、2005,先后通过返回式卫星(“尖兵1号”、“第20和第21颗返回式卫星”)和神舟飞船(“神舟3号”、“神舟4号”和“神舟6号”)搭载了50多个水稻品种,同时在日本重离子加速器进行高能低剂量的对比模拟处理,经过实验室和田间标准化种植,分别从表型、细胞和组学层面进行大量实验研究,包括表型变异、细胞学效应、基因组突变、蛋白质谱和基因组甲基化特征的改变等,揭示了空间辐射诱变的主要诱因和诱变的特点。该方向获得了2002年中国高校科技进步二等奖。

在2011年起,开始了空间辐射与微重力协同生物学效应阶段。开始利用神舟8号、实践十号返回式卫星扩大到利用模式动物线虫、拟南芥及其突变体等进行空间辐射和微重力协同生物学效应研究。建立了对不同个体进行定性定量测量空间高能粒子及其诱发的遗传学和表观遗传学分析技术。围绕着空间辐射生物标志物筛选以及空间辐射风险评估,构建了更灵敏的生物标志物获取和风险评估生物物理模型。

2016年起,开启了攻克微重力环境下自动生物样品的培养、自动的生物标志物分离、自动免疫荧光标记等技术。集成在轨空间辐射监测、生命保障和光学检测技术,研制了空间站梦天舱外空间辐射生物学暴露实验装置和问天舱生命生态柜内的线虫微流控自动监测装置。开发了空间辐射生物学数据管理分析系统。