中美太空合作“零”的突破 北理工科學載荷登上國際空間站
發(fā)布日期：2017-06-04 供稿：黨委宣傳部 辛嘉洋 攝影：生命學院
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北京時間2017年6月4日凌晨5時7分
美國SpaceX公司龍飛船發(fā)射成功
中國首個登上國際空間站的生命科學實驗載荷
北京時間2017年6月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(huán)境下在PCR反應中DNA錯配規(guī)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(huán)境下，在軌開展抗體編碼基因的突變規(guī)律研究。
按照既定計劃，龍飛船將于美國時間6月6日與國際空間站進行對接，本次搭載項目的順利實施，將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(jù)雙方協(xié)議，美方將把北理工校旗帶到國際空間站，未來宇航員將在空間站內(nèi)展開，這是中國高校校旗首次出現(xiàn)在國際空間站內(nèi)，意義深遠。
本次升空的北理工空間生命科學載荷，是科技部重大科學儀器開發(fā)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(chuàng)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”搭載之后的又一次實現(xiàn)“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(shù)據(jù)將傳回給北理工研究人員進行后續(xù)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(lǐng)域取得的成績得到國際充分認可外，也得益于我校團隊對相關(guān)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(guān)系的美國航天企業(yè)與中國航天領(lǐng)域進行任何接觸和合作，該法案為阻止中美太空合作的“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(chuàng)新精神，大膽嘗試通過商業(yè)合作模式，在2015年8月與美國NanoRacks公司簽署協(xié)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(guān)注。
太空中的美國“龍”貨運飛船
此次搭載是中美兩國30年來在空間領(lǐng)域的首次合作，具有“破冰”之意義，通過商業(yè)合作模式實現(xiàn)中美空間站領(lǐng)域合作，也為中美太空合作開辟了新的途徑，開創(chuàng)了中美空間領(lǐng)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(guān)注航天員生命健康切入，延展到空間環(huán)境影響微(分子)進化的探索。空間飛行過程中航天員將面臨多種健康威脅，其中空間輻射和微重力是導致航天員生理功能失調(diào)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(fā)現(xiàn)了在空間環(huán)境中DNA變異的一些新現(xiàn)象，從而推斷空間環(huán)境之于基因突變可能與生物分子進化有著重要的聯(lián)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(chuàng)新設想，將抗體編碼基因片段作為研究空間環(huán)境對分子進化影響的模型，開展了此次空間實驗。”
據(jù)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(tài)下的基因擴增，來模擬人類生命的延續(xù)與發(fā)展。在空間飛行結(jié)束后，分析基因突變規(guī)律，進而探討空間輻射及微重力環(huán)境下的基因誘變機理。
最終測試和安全性評價前
實驗團隊緊張配液、加樣、封膠、測試等
“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(huán)境開展‘微進化’研究，一方面有助于我們認識空間環(huán)境對于生物進化規(guī)律的影響，另一方面當我們掌握基因突變規(guī)律，對其做出相應改變和修飾，以更好的適應環(huán)境，對預防和控制疾病有著重要意義，對人類發(fā)展具有重要的影響。”團隊成員生命學院王睿博士介紹到。
此次空間實驗不僅具有理論上的創(chuàng)新，在技術(shù)上也做出了多種新的探索。據(jù)介紹，團隊利用微流控芯片模擬人體發(fā)育過程，利用擴增技術(shù)模擬細胞中基因復制，實現(xiàn)對生命擴增與發(fā)展的動態(tài)過程模擬，從而掌握環(huán)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(xiàn)基因擴增的技術(shù)難題，“溫度過高會給芯片帶來巨大的壓力，容易產(chǎn)生破裂。2011年‘神八’搭載時，我們就攻克了這項難關(guān)——用微流控芯片來實現(xiàn)變溫PCR擴增技術(shù)，在‘狹小’的載荷儀器中，開展‘大量’的科學研究。”李曉瓊說。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(huán)境下進行突變規(guī)律的研究。“能在體積如此嚴苛的載荷條件下，實現(xiàn)20種基因的突變規(guī)律研究，這一技術(shù)在國際上也是領(lǐng)先的。”王睿說。
“我們的招牌產(chǎn)品是人才”
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(yī)學工程在儀表、自動控制、信息電子與生命科學、醫(yī)學的交叉融合方面已經(jīng)形成特色，展現(xiàn)出雄厚的技術(shù)實力，同時也在人才培養(yǎng)和團隊建設方面取得了可喜的成績。李曉瓊、王睿等青年骨干教師和楊春華、任浩、張朋藝、金晨、冷坤、韓杰和樊云龍等優(yōu)秀研究生和高年級本科生擔當大任，重點實驗室張亞璽、柯紅梅和周迪在實驗技術(shù)和后勤保障上給予了極大支持，年屆76歲高齡的莊逢源教授不辭勞苦擔任顧問參與國際合作。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(gòu)成。鄧玉林用“敢想、敢干、敢創(chuàng)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(chuàng)新，面對空間輻射、復雜機制、規(guī)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，每個人都非常刻苦努力，嚴格按照時間節(jié)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(yè)對接，可以說是非常成功的模式范例。這次任務得到了長沙湘計海盾科技有限公司的大力支持。”
博士生任浩是從本科做畢設的時候開始進入課題組，在僅僅一年多的時間里，跟隨項目組已經(jīng)開始了博士生課題，“從前我每天都要做PCR，覺得枯燥乏味，但是老師告訴我們，科研不是每天都要做出新成果，而是在重復中摸索規(guī)律，在規(guī)律中找出新發(fā)現(xiàn)。”任浩坦言自己是跟著項目一起成長。為了完成科研任務，她還與老師一起學習制作微流控芯片，“每天連軸做也只能做十幾片，雖然路途艱難，但堅持下來，成就感真的無法言語。”
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(tài)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(shù)開發(fā)提供了難得的機遇。
李曉瓊認為，每一次攻堅克難不僅僅是科學研究，更是人才培養(yǎng)的過程，通過學科交叉融合，希望有更多的優(yōu)秀學子加入到團隊當中，為國家、為生命科學載荷研究做出更大的貢獻。他說：“我們的產(chǎn)品不僅僅是載荷，我們最招牌的產(chǎn)品是人才。希望通過國際、國內(nèi)對于北京理工大學空間生命科學的認可，能夠為學校的發(fā)展、生命科學領(lǐng)域的發(fā)展提供更多的成果和更優(yōu)秀的人才。”
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(zhàn)略，充分發(fā)揮自身多年來在國防科技領(lǐng)域研究中積累的工程技術(shù)優(yōu)勢，加強生物醫(yī)學工程學科建設，著力學科深度交叉融合，實現(xiàn)了在空間生命科學領(lǐng)域的快速發(fā)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(xiàn)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(lǐng)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(jīng)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。
