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神舟十五號航天員乘組近日使用由我國自主研制的空間站雙光子顯微鏡開展在軌驗證實驗任務并取得成功。記者27日從空間站雙光子顯微鏡項目團隊獲悉，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監測研究提供了全新工具。
圖為神舟十五號航天員乘組在軌使用空間站雙光子顯微鏡（研究團隊供圖）
雙光子顯微成像技術是基于雙光子吸收及熒光激發的一種非線性光學成像技術，具有高分辨率、強三維層析能力、大成像深度等特點。由于傳統的雙光子顯微鏡整機系統龐大，不能滿足在軌實驗儀器設備對可靠性、體積、重量、抗沖擊和振動性能等的苛刻要求，此前國際上還未能實現雙光子顯微成像技術在空間站在軌運行與應用。
2017年，北京大學國家生物醫學成像科學中心主任程和平院士帶領團隊成功研制探頭僅重2.2克的微型化雙光子顯微鏡，為空間站雙光子顯微鏡的開發奠定基礎。2019年，在中國載人航天工程辦公室大力支持下，由北大程和平、王愛民團隊，中國航天員科研訓練中心李英賢團隊，北京航空航天大學馮麗爽團隊聯合相關企業及院所組建空間站雙光子顯微鏡項目團隊，由程和平擔任總負責人。項目組攻克多項顯微鏡小型化技術難題，于2022年9月研制成功空間站雙光子顯微鏡。
圖為空間站雙光子顯微鏡對航天員皮膚表層的成像（研究團隊供圖）
項目團隊成員、北京大學未來技術學院助理研究員王俊杰博士介紹，2022年11月12日，空間站雙光子顯微鏡搭乘天舟五號貨運飛船成功運抵中國空間站，成為世界首臺進入太空的雙光子顯微鏡。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。
據悉，空間站雙光子顯微鏡能以亞微米級分辨率清晰呈現出航天員皮膚結構及細胞的三維分布，具備對皮膚表層進行結構、組分等無創顯微成像的能力。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。
圖為空間站雙光子顯微鏡對航天員皮膚表層的成像（研究團隊供圖）
“空間站雙光子顯微鏡是體現我國高端精密光學儀器制造水平的重要成果。”程和平介紹，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；國內首次實現飛秒激光器在軌正常運行；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臺開展腦科學研究提供了重要的技術手段。”
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