世界首次！双光子显微镜获取航天员皮肤三维图像

北京日报客户端 | 实习记者 何蕊

近日，神舟十五号航天员乘组使用由我国自主研制的空间站双光子显微镜，开展在轨验证实验任务并取得成功。这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像，为未来开展航天员在轨健康检测研究提供了全新工具。

空间站双光子显微镜的研制由北京大学国家生物医学成像科学中心主任程和平团队负责，基于一种双光子吸收及荧光激发的非线性光学成像技术，具有高分辨率、强三维层析能力、大成像深度等特点。“在轨实验仪器设备对可靠性、体积、重量、抗冲击和振动性能等有着更苛刻要求，想要研制出能够进入太空的双光子显微镜并非易事。”程和平说，背后是近十年的努力。

2013年，微型化双光子显微镜项目正式立项，而在当时，世界范围内没有掌握这项技术的国家。2017年，程和平团队成功研制探头仅重2.2克的微型化双光子显微镜，这款双光子显微镜可以戴在小动物的脑袋上，科学家可以在长时间的观察中看到学习、记忆、决策等思维的过程。2021年，团队研制的第二代微型化双光子显微镜将成像视野扩大了7.8倍，具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力。2022年，团队攻克了航天极端环境机体应激与防护等多项技术难题，最终研制出空间站双光子显微镜。

近日，神舟十五号航天员乘组完成了双光子显微镜的安装、调试和首次成像测试，成功获取了在轨状态下航天员脸部和前臂皮肤的在体双光子显微图像。成像结果显示，皮肤的角质层、颗粒层、棘层、基底细胞层、真皮浅层等三维结构清晰可辨。团队成员凌树宽介绍，双光子显微成像的信号来源于细胞及胞外基质中具有自发荧光的物质，这些信号有助于实现对航天员细胞线粒体代谢应激反应功能探测。通过对具有自发荧光的细胞代谢产物的量化观测可以反映出航天员机体代谢功能。

“空间站双光子显微镜是体现我国高端精密光学仪器制造水平的重要成果。”程和平说，此次在轨验证实验实现了多项第一，例如世界上首次实现双光子显微镜在轨正常运行；国内首次实现飞秒激光器在轨正常运行；国际上首次在轨观测航天员细胞结构和代谢成分信息。“这些不仅为从细胞分子水平开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具和方法，也为未来利用中国空间站平台开展脑科学研究提供了重要的技术手段。”