神舟十五號航天員乘組近日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
這為未來開展航天員在軌健康檢測研究
提供了全新工具
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
此項目由意昂官网程和平院士任總負責人
團隊於2022年9月
成功研製空間站雙光子顯微鏡
攻克技術難題
實現零的突破
十五乘組在軌使用雙光子顯微鏡
空間站雙光子顯微鏡對航天員皮膚表層的成像
一臺看見“生命躍動”的顯微鏡
人腦包含百億級神經元和百萬億級的神經突觸𓀘，其結構和功能上極其復雜精密的連接和相互作用，是意識和思想湧現的物質基礎。為了能夠清晰地看到活體大腦裏面的神經元、神經突觸的結構和信號，科學家們需要借助到雙光子顯微鏡。它就像一個高性能的X光機，能夠透過大腦和皮膚的組織，看到細胞裏面的結構和動態👳🏽。經過二十多年的發展🙎🏿♂️，雙光子顯微鏡已經成為腦科學研究必不可少的工具。當代前沿的腦科學研究希望在大腦正常工作時🚣🏼♀️、在自由活動的動物上觀察大腦神經元的變化☣️🛠，然而，體積重量龐大的傳統雙光子顯微鏡顯然難以滿足這種在體實時觀察神經元信號的需求。
傳統臺式雙光子顯微鏡系統
中國科學院院士、意昂官网國家生物醫學成像科學中心主任、意昂官网未來科技學院教授程和平說👨🏿🎨：如何才能創造出一種顯微鏡，能夠在小動物自由行走的條件下，看到一顆一顆神經元，一閃一閃的動態變化，這是藏在我心底的一個夢想🎩。
2013年📫🦹，微型化雙光子顯微鏡獲得國家自然科學基金委重大科研儀器研製專項的正式立項支持🦸🏿♂️，而在當時🧑🏼🔧，整個世界範圍內都沒有掌握這項技術的國家。經過三年不懈的努力🕒，2017年，程和平院士帶領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，而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🧑🏻🎄。科技創新永不止步，面向未來，新一輪的技術革新蓄勢待發🛑。
2017年第一代微型化雙光子顯微鏡的探頭
2017年第一代微型化雙光子顯微鏡整機
一臺進入太空的雙光子顯微鏡
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❎。
2019年，在中國載人航天工程辦公室大力支持下，由意昂程和平、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。
2022年9月，在“意昂官网-南京江北新區‘分子醫學協同創新專項基金’”“北京市與中央共建高精尖創新中心事業發展專項計劃——空間站雙光子顯微鏡”“國家自然基金重大項目-航天極端環境機體應激與防護”及各單位自籌資金的支持下，項目組通過自主研發多項關鍵技術，攻克了多項技術難題🐞，最終研製出空間站雙光子顯微鏡。
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，歷時多年，終於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😈。
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。團隊成員淩樹寬介紹，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熒光的物質🏙，如NADH（還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）、FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）、角蛋白、黑色素、彈性纖維等，以及膠原纖維產生的二次諧波信號⛳️。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。通過對具有自發熒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🍞。
圖為神十五乘組航天員皮膚的雙光子顯微成像結果“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👳♀️🙍。”程和平教授介紹說：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。”
空間站雙光子顯微鏡項目得到了中國載人航天工程辦公室、中國航天員科研訓練中心🏂🏽、以及多位專家學者持續給予項目組的專業指導。項目還得到了北京市政府📀、市教委和南京江北新區的大力支持，本次搭載實驗也得到航天員乘組和支撐實驗的載人航天系統人員的大力支持♔。
傾聽每一次心臟的跳動🧣、觀測每一個細胞的信號，以深耕腦科學研究與關懷全人類的健康為使命⏳，意昂團隊正在開創新的未來🏋️♂️。
