北京日報客戶端 | 實習記者 何蕊
近日，神舟十五號航天員乘組使用由我國自主研製的空間站雙光子顯微鏡，開展在軌驗證實驗任務並取得成功。這是目前已知的世界首次在航天飛行過程中使用雙光子顯微鏡獲取航天員皮膚表皮及真皮淺層的三維圖像，為未來開展航天員在軌健康檢測研究提供了全新工具。
空間站雙光子顯微鏡的研製由北京大學國家生物醫學成像科學中心主任程和平團隊負責，基於一種雙光子吸收及螢光激發的非線性光學成像技術，具有高解析度、強三維層析能力、大成像深度等特點。「在軌實驗儀器設備對可靠性、體積、重量、抗衝擊和振動性能等有著更苛刻要求，想要研製出能夠進入太空的雙光子顯微鏡並非易事。」程和平說，背後是近十年的努力。
2013年，微型化雙光子顯微鏡項目正式立項，而在當時，世界範圍內沒有掌握這項技術的國家。2017年，程和平團隊成功研製探頭僅重2.2克的微型化雙光子顯微鏡，這款雙光子顯微鏡可以戴在小動物的腦袋上，科學家可以在長時間的觀察中看到學習、記憶、決策等思維的過程。2021年，團隊研製的第二代微型化雙光子顯微鏡將成像視野擴大了7.8倍，具備獲取大腦皮層上千個神經元功能信號的三維成像能力。2022年，團隊攻克了航天極端環境機體應激與防護等多項技術難題，最終研製出空間站雙光子顯微鏡。
近日，神舟十五號航天員乘組完成了雙光子顯微鏡的安裝、調試和首次成像測試，成功獲取了在軌狀態下航天員臉部和前臂皮膚的在體雙光子顯微圖像。成像結果顯示，皮膚的角質層、顆粒層、棘層、基底細胞層、真皮淺層等三維結構清晰可辨。團隊成員凌樹寬介紹，雙光子顯微成像的信號來源於細胞及胞外基質中具有自發螢光的物質，這些信號有助於實現對航天員細胞線粒體代謝應激反應功能探測。通過對具有自發螢光的細胞代謝產物的量化觀測可以反映出航天員機體代謝功能。
「空間站雙光子顯微鏡是體現我國高端精密光學儀器製造水平的重要成果。」程和平說，此次在軌驗證實驗實現了多項第一，例如世界上首次實現雙光子顯微鏡在軌正常運行；國內首次實現飛秒雷射器在軌正常運行；國際上首次在軌觀測航天員細胞結構和代謝成分信息。「這些不僅為從細胞分子水平開展航天員在軌健康監測研究提供了全新工具和方法，也為未來利用中國空間站平台開展腦科學研究提供了重要的技術手段。」