中國空間站首次在軌微生物——材料相互作用試驗取得突破！
2025-04-03 14:11:36
作者：本網(wǎng)發(fā)布 來源：航天生物集團
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近日，由航天神舟生物科技集團有限公司、北京科技大學、北京空間飛行器總體設計部、中國科學院國家空間科學中心多單位聯(lián)合在航天領域國際權(quán)威期刊《Acta Astronautica》2025年228卷發(fā)表題為《Initial attempt: Design and application of microorganism-material interaction test on On-orbit space microgravity conditions》（微重力環(huán)境下微生物與材料相互作用試驗的設計與應用）的研究論文。
該論文報道了首次在中國空間站開展的長期在軌材料微生物腐蝕研究情況。研究團隊利用自主研發(fā)的微生物-材料相互作用科學試驗裝置（Microorganism-Materials Interaction Scientific Experimental Device，ISED）在軌開展了為期90天的真菌與航天材料相互作用試驗，揭示了黑曲霉在空間微重力環(huán)境下對航天材料的腐蝕差異性特征，為未來空間站材料選擇與壽命評估提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
▲中國空間站首次微重力環(huán)境下長期微生物—材料交互試驗；
▲驗證ISED裝置的可靠性，支持48組獨立試驗并行開展；
▲發(fā)現(xiàn)空間環(huán)境中微生物腐蝕行為顯著不同于地面，提示材料降解風險可能加劇。圖片來源：Acta Astronautica官網(wǎng)圖片來源：Acta Astronautica官網(wǎng)空間站不僅是航天員的“太空之家”，也是微生物的“隱秘樂園”。此前，國際空間站（ISS）曾多次檢測到青霉菌、曲霉菌等微生物形成的生物膜腐蝕航天器關(guān)鍵材料，造成設備故障，影響空間站長期在軌穩(wěn)定運行。空間微重力、低劑量累積輻射等環(huán)境可能改變微生物的生物學特性，包括更快的生長速度、毒性和抗生素耐藥性增強、生物膜形成能力提高等，這些特性可能加劇其對材料的腐蝕。當前開展空間微生物腐蝕研究面臨兩大瓶頸：1.地面模擬局限性：傳統(tǒng)微重力模擬裝置（如回轉(zhuǎn)器）無法完全復現(xiàn)真實空間環(huán)境下的微生物-材料相互作用。2.在軌試驗資源稀缺性：受限于試驗裝置設計、資源分配與安全性要求，長期在軌微生物腐蝕試驗數(shù)據(jù)嚴重不足。該項研究通過自主研發(fā)的ISED，突破地面試驗局限，首次開展空間站“在軌、原位”環(huán)境下的微生物腐蝕試驗研究，為空間站材料選型與壽命預測提供理論支撐。研究內(nèi)容：空間試驗裝置與關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)研究團隊設計的ISED攻克了空間微重力條件下營養(yǎng)物質(zhì)供給、在軌試驗資源限制、微生物空間試驗安全性和可靠性要求等技術(shù)難題：1.培養(yǎng)單元培養(yǎng)載體設計：采用“材料層-孢子層-供液層”三層結(jié)構(gòu)，利用毛細作用突破氣液界面失穩(wěn)限制，實現(xiàn)高效營養(yǎng)物質(zhì)供給。2.高通量并行試驗能力：單次可同時開展48組獨立樣品并行試驗，多通道獨立溫控與注液。3.高安全性與高可靠性：雙重密封、高溫殺菌，滿足BSL2生物試驗要求。4.全流程試驗控制：微生物樣品長周期存儲，在軌試驗受控啟動，溫控/補液動態(tài)調(diào)節(jié)，試驗過程的精準控制。以黑曲霉（ATCC16404）為參試菌株，測試其對金屬材料、聚合物材料等的腐蝕行為。▲空間環(huán)境下黑曲霉細胞壁和細胞膜增厚；▲三防涂層電路板在空間試驗中的被腐蝕程度高于地面樣品；▲聚乙烯材料在空間環(huán)境中的老化裂紋密度與深度顯著高于地面。隨著中國空間站進入應用與發(fā)展階段，更多在軌試驗將揭示微生物與材料的“太空博弈”。這些成果不僅為空間站維保運營提供科學依據(jù)，也將為載人深空探測任務的材料選型應用奠定基礎。基于首次在軌試驗的成功，為更好地契合實際工程需求，研究團隊提出以下研究方向：2.建立空間材料微生物腐蝕數(shù)據(jù)庫；Zhang W, Chen N et al. Initial attempt: Design and application of microorganism-material interaction test on on-orbit space microgravity conditions. Acta Astronautica, 2025, 228:384-395. DOI: 10.1016/j.actaastro.2024.12.006.張文德：本文共同第一作者，高級工程師，主要研究方向為空間微生物防控技術(shù)，航天神舟生物科技集團有限公司，E-mail：zhangwende2008@139.com陳娜娜：本文共同第一作者，博士研究生，北京科技大學，主要研究方向為空間環(huán)境鋁合金微生物腐蝕機理
印 紅：本文共同通訊作者，研究員，主要研究方向為空間生物學，航天神舟生物科技集團有限公司，E-mail：yinhong06@163.com肖 葵：本文共同通訊作者，研究員，北京科技大學，主要研究方向為空間環(huán)境材料腐蝕與防護研究，E-mail：xiaokui@ustb.edu.cn
《Acta Astronautica》期刊是由國際宇航科學院（IAA）贊助、Elsevier Ltd出版的權(quán)威學術(shù)期刊，創(chuàng)刊于1974年。期刊覆蓋領域以工程技術(shù)-宇航為核心，同時涉及基礎科學、生命科學、社會科學與空間技術(shù)的交叉研究。期刊2024年JCR分區(qū)等級為Q1，影響因子3.1。
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