從禮炮號(hào)到和平號(hào)空間站及目前的國(guó)際空間站（ISS），都發(fā)生過(guò)多次微生物污染事件，如表1所示。早期的禮炮號(hào)和和平號(hào)由于沒(méi)有微生物防控措施或防控手段不足，發(fā)生了10余次微生物污染事件，主要是細(xì)菌嚴(yán)重超標(biāo)和真菌污染。

表1 空間站微生物污染事件

國(guó)際空間站已經(jīng)建立了相對(duì)完備的防控措施，但也偶發(fā)微生物污染事件，2011年，國(guó)際空間站上的水處理組件運(yùn)行一年后，檢測(cè)到廢水箱電磁閥和過(guò)濾器壓力升高。經(jīng)過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)是進(jìn)口過(guò)濾器被真菌和細(xì)菌的生物膜堵塞，生物膜積聚在閥門中，阻礙了該區(qū)域的閥門間隙，導(dǎo)致過(guò)濾器壓力升高。2018年，在入口管道和電磁閥上發(fā)現(xiàn)了同樣的問(wèn)題，電磁閥的12個(gè)通道只有一個(gè)沒(méi)有被生物膜堵塞（如圖1所示）。

圖1 國(guó)際空間站微生物污染事件實(shí)例

總結(jié)歷次微生物污染事件，可以看出以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）空間站微生物污染組成復(fù)雜。細(xì)菌超標(biāo)嚴(yán)重，可達(dá)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的10~105倍；真菌污染現(xiàn)象發(fā)生更頻繁；細(xì)菌-真菌組合共生形成生物膜。

（2）污染對(duì)象多樣。金屬和非金屬材料均會(huì)受到微生物的侵蝕；電纜管道和熱控部組件等都易發(fā)生微生物污染，特別是在水處理設(shè)備中。

（3）微生物污染后果嚴(yán)重。引發(fā)材料失效和系統(tǒng)故障；增加管道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的維修難度；對(duì)艙內(nèi)環(huán)境、設(shè)備、人員帶來(lái)潛在危險(xiǎn)隱患。

空間站在軌微生物檢測(cè)技術(shù)可分為兩種，一種是基于培養(yǎng)法的檢測(cè)技術(shù)，這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)經(jīng)典檢測(cè)方法、體系成熟、易操作，而且可以獲得微生物活性菌株，為后續(xù)研究工作提供材料。

該方法主要包括中溫培養(yǎng)，選擇性培養(yǎng)和原位培養(yǎng)。其中，中溫培養(yǎng)是在評(píng)估微生物水平是否超標(biāo)時(shí)采用的檢測(cè)方法；選擇性培養(yǎng)主要是針對(duì)特殊微生物，如耐輻射、耐藥性、寡營(yíng)養(yǎng)等微生物；原位培養(yǎng)主要是針對(duì)“未培養(yǎng)”微生物進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)，如微流控隔離芯片（Ichip）、中空纖維素膜腔（HFMC）、土壤基質(zhì)膜系統(tǒng)（SSMS）等。

另一種檢測(cè)技術(shù)是免培養(yǎng)檢測(cè)技術(shù)，直接對(duì)微生物進(jìn)行檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是速度快、特異強(qiáng)，常用的有生物標(biāo)志物檢測(cè)技術(shù)，如ATP、內(nèi)毒素等，還有基于核酸擴(kuò)增的檢測(cè)技術(shù)。

在軌微生物培養(yǎng)法檢測(cè)是基于微生物的生長(zhǎng)和繁殖能力，通過(guò)提供適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件，使微生物在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)和繁殖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物的檢測(cè)和分析。國(guó)際空間站上基于培養(yǎng)法檢測(cè)的主要工具有表面采樣工具（SSK）、空氣微生物采樣工具（MASK）和水體微生物采樣工具（EHSWK），分別用于表面微生物、空氣微生物和水體微生物檢測(cè)，如圖2所示。

我國(guó)空間站已完成在軌建造，在微生物培養(yǎng)法檢測(cè)技術(shù)方面已開(kāi)展了研究和應(yīng)用。上海技術(shù)物理研究所張濤團(tuán)隊(duì)研制的微生物在線監(jiān)測(cè)模塊（MOMM），配備了在軌微生物培養(yǎng)和觀察系統(tǒng)，可監(jiān)測(cè)空氣、水和表面樣本中的微生物活性，其配置如圖3(a)所示。成像系統(tǒng)使用帶有白光照明的可見(jiàn)光相機(jī)，能夠進(jìn)行視頻錄制和攝影，分辨率為1280×1024像素。微生物培養(yǎng)皿安裝在相機(jī)前，培養(yǎng)皿由蓋子和底座組成，蓋子和底座通過(guò)螺紋密封環(huán)進(jìn)行緊固和密封。在培養(yǎng)皿底部和培養(yǎng)皿支架上都安裝了磁鐵，以進(jìn)行固定；蓋子由玻璃制成，作為培養(yǎng)區(qū)域；培養(yǎng)皿支架配備了一個(gè)加熱墊，可以在微生物培養(yǎng)階段進(jìn)行溫度控制。微生物培養(yǎng)皿的具體結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示。

航天神舟生物科技集團(tuán)有限公司研制了一種適用于空間環(huán)境的表面微生物顯色檢測(cè)片，并已實(shí)現(xiàn)了在軌應(yīng)用。該檢測(cè)片能夠?qū)ζ秸蛷澢砻嫖⑸锊蓸印@色培養(yǎng)和檢測(cè)鑒定。其主要結(jié)構(gòu)包括表面覆膜、顯色培養(yǎng)基及載體、作為支撐材料的底板，具體結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示。黏附材料和顯色培養(yǎng)基及其載體黏附于底板上，其有效取樣和培養(yǎng)基面積為25 cm^2 。

最上層表面覆膜可覆蓋有效采樣部位，并與底板緊密貼合，以防止微生物泄露。這三部分材料在最頂端黏合，形成完整的微生物檢測(cè)片。通過(guò)調(diào)整顯色底物，該檢測(cè)片可實(shí)現(xiàn)多種微生物類型的檢測(cè)，如細(xì)菌總數(shù)、霉菌/酵母、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等，如圖4(b)所示。

空間站的微生物檢測(cè)要求包括定量和種屬鑒定，定量信息可以確定采樣區(qū)域是否符合微生物可接受限值，種屬鑒定信息可以評(píng)估是否存在對(duì)人員和設(shè)備構(gòu)成微生物風(fēng)險(xiǎn)的微生物存在，同時(shí)可以為微生物的控制措施選用提供針對(duì)性的指導(dǎo)。培養(yǎng)法的微生物種屬鑒定需要下行到地面后進(jìn)行，存在時(shí)間滯后性。在軌培養(yǎng)過(guò)程亦增加了航天員暴露于高水平微生物的潛在風(fēng)險(xiǎn)。隨著微生物分子檢測(cè)技術(shù)和便攜式檢測(cè)設(shè)備在提高檢測(cè)速度、準(zhǔn)確性、靈敏度以及現(xiàn)場(chǎng)適用性方面的顯著進(jìn)步，基于分子法的微生物檢測(cè)技術(shù)已在國(guó)際空間站和我國(guó)空間站上開(kāi)展了多項(xiàng)研究和驗(yàn)證試驗(yàn)，證明了在空間進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)序分析和直接微生物鑒定的可行性。

國(guó)際空間站已實(shí)現(xiàn)從環(huán)境樣品采集到微生物在軌鑒定的全流程技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，如表2所示。2016年7月，首次開(kāi)展了mini8 miniPCR 儀（miniPCR bio）的脫氧核糖核酸（DNA）擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)粒、斑馬魚(yú)基因組DNA 和亞硫酸鹽處理的DNA 序列的聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）擴(kuò)增，成功證明在微重力環(huán)境中使用miniPCR儀進(jìn)行DNA 擴(kuò)增的可行性；2016年9月，利用英國(guó)牛津納米孔技術(shù)公司的納米孔測(cè)序儀MinION™ DNA sequencer，成功實(shí)現(xiàn)λ 噬菌體、大腸桿菌（菌株K12）和小鼠（BALB/c）基因組DNA混合物的在軌測(cè)序，驗(yàn)證了在空間站中進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)序分析和直接微生物鑒定的可行性。兩次試驗(yàn)均是從地面攜帶的DNA 樣本。

表2 國(guó)際空間站微生物檢測(cè)標(biāo)志性事件

2017年8月，國(guó)際空間站上開(kāi)展的Genes in Space-3項(xiàng)目，首先將空間站采集的樣品在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)一周，然后制備微生物樣本DNA，再通過(guò)聚合酶鏈反應(yīng)擴(kuò)增，最后通過(guò)基因測(cè)序識(shí)別微生物，首次完成了從微生物樣品制備到基因測(cè)序的完整微生物鑒定流程，能夠在軌鑒定空間站上的微生物，實(shí)現(xiàn)了在軌快速、原位鑒定的重要進(jìn)展。

2018年11月，在國(guó)際空間站上成功進(jìn)行了免培養(yǎng)微生物檢測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)證。航天員使用聚酯拭子，采集了國(guó)際空間Node 1S4 餐桌墻、多功能模塊窗簾、日本實(shí)驗(yàn)艙（JEM）空氣濾網(wǎng)三個(gè)位點(diǎn)的表面樣品。利用酶促反應(yīng)結(jié)合熱裂解方式提取DNA，使用磁珠-聚乙二醇鹽溶液純化DNA，然后利用miniPCR 儀完成16S擴(kuò)增文庫(kù)構(gòu)建，最后使用MinION™ DNA sequencer完成測(cè)序。圖5為國(guó)際空間站的核酸檢測(cè)設(shè)備。

我國(guó)空間站已成功開(kāi)展了基于分子法的在軌微生物檢測(cè)驗(yàn)證試驗(yàn)。空間站內(nèi)配置了微生物在線監(jiān)測(cè)模塊-在軌核酸擴(kuò)增和檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用離心微流控芯片的環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（LAMP）技術(shù)，可以檢測(cè)微生物種類。系統(tǒng)的配置和主要屬性如圖6(a)所示。其核心組件包括離心機(jī)、熒光檢測(cè)模塊和核酸擴(kuò)增單元。離心機(jī)產(chǎn)生離心力以驅(qū)動(dòng)微流控芯片中的液體流動(dòng)，熒光檢測(cè)模塊是一個(gè)小型化的激光誘導(dǎo)熒光（LIF）檢測(cè)系統(tǒng)，如圖6(c)所示。該模塊使用激光二極管作為激發(fā)光源，光電二極管作為光電探測(cè)器，并具有自動(dòng)增益調(diào)整和激光的恒定功率控制功能。核酸擴(kuò)增單元是一個(gè)完整的、獨(dú)立的最小實(shí)驗(yàn)單元系統(tǒng)，由三個(gè)關(guān)鍵組件組成：溫度控制系統(tǒng)、微流控芯片和液體系統(tǒng)，如圖6(b)所示。

溫度控制系統(tǒng)包括一個(gè)加熱墊和一個(gè)數(shù)字溫度傳感器，可以在擴(kuò)增溫度63±0.5℃的精確范圍內(nèi)控制微流控芯片中擴(kuò)增反應(yīng)池的溫度。液體系統(tǒng)主要用于將裂解液注入微流控芯片，由液體儲(chǔ)存盒和蠕動(dòng)泵組成，通過(guò)連接器和硅膠管連接，形成一個(gè)封閉的液體回路，如圖6(d)所示。

目前，該系統(tǒng)已完成兩次在軌驗(yàn)證試驗(yàn)。首次試驗(yàn)于2023年3月進(jìn)行，并于2024年7月成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)單元的擴(kuò)增和檢測(cè)。陽(yáng)性結(jié)果的Cp 值接近地面結(jié)果，陰性對(duì)照正常。

空間站在軌微生物檢測(cè)技術(shù)是保障航天員健康和空間站環(huán)境安全的重要手段。目前，從傳統(tǒng)的培養(yǎng)法到先進(jìn)的免培養(yǎng)檢測(cè)技術(shù)正在空間站上開(kāi)展技術(shù)驗(yàn)證與應(yīng)用。自我國(guó)空間站全面建成兩年以來(lái)，培養(yǎng)法檢測(cè)技術(shù)已成功在軌應(yīng)用，對(duì)空間站艙內(nèi)表面、空氣和水體微生物水平進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

同時(shí)，免培養(yǎng)檢測(cè)技術(shù)也完成了基于微流控芯片的環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（LAMP）技術(shù)的驗(yàn)證。然而，實(shí)現(xiàn)從環(huán)境樣品采集到微生物在軌鑒定的全流程相關(guān)技術(shù)仍有待進(jìn)一步開(kāi)展，如環(huán)境樣品采集技術(shù)、在軌DNA測(cè)序技術(shù)等。未來(lái)，空間站在軌微生物檢測(cè)技術(shù)未來(lái)主要發(fā)展方向還包括生物膜檢測(cè)技術(shù)、嗜極微生物檢測(cè)技術(shù)、病原微生物檢測(cè)等。

為確保空間站在軌長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和保障航天員健康，國(guó)際空間站從微生物限值要求到航天器材料選用均制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。我國(guó)于2024年3月正式實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43421-2023《載人航天器微生物控制要求》，對(duì)載人航天器密封艙設(shè)計(jì)、研制、在軌運(yùn)行等階段的微生物控制提出了明確要求，同時(shí)對(duì)實(shí)/試驗(yàn)載荷、貨物、航天員、國(guó)際合作來(lái)訪飛行器的微生物控制作出了相應(yīng)規(guī)定，為我國(guó)空間站的微生物控制提供了依據(jù)。

3.1.1 空間微生物限制要求

國(guó)際空間站和我國(guó)空間站均對(duì)艙內(nèi)空氣和物體表面微生物限值提出了明確要求，如表3所示。根據(jù)新發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43421-2023《載人航天器微生物控制要求》，我國(guó)空間站微生物限值水平要求與國(guó)際空間站保持一致。國(guó)際空間站自1998年建成以來(lái)，已軌運(yùn)行20 余年。其在軌運(yùn)行初期（2000—2006年），艙內(nèi)表面微生物數(shù)量相對(duì)較低，細(xì)菌數(shù)量在2.5×10~4.3×10⁴ CFU/(100 cm²)范圍、真菌數(shù)量范圍為2.5×10~3.0×10⁵ CFU/(100 cm²)。然而，到2019年，真菌數(shù)量已增至1.1×10³~3.1×10⁶ CFU/(100 cm²)，真菌水平已嚴(yán)重超出了100 CFU/(100 cm²)的限值水平。國(guó)際空間站真菌水平的變化趨勢(shì)值得我國(guó)高度重視。閆潔等指出，我國(guó)某航天器密封艙內(nèi)空氣微生物中，細(xì)菌總菌落數(shù)<117 CFU/m³，真菌總菌落數(shù)<5 CFU/m³；表面微生物中，細(xì)菌總菌落數(shù)<140 CFU/(100 cm²)，真菌總菌落數(shù)<4 CFU/(100 cm²)，均符合載人航天器地面微生物控制指標(biāo)。

3.1.2 航天材料選用抗菌防霉要求

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）對(duì)空間中使用的材料提出了抗真菌性能的要求，根據(jù)NASA《航天器材料與工藝》（NASA-STD-6016C）文件和《電子設(shè)備通用指南》MIL-HDBK-454B的要求，首選材料為表4中列出的28種非真菌營(yíng)養(yǎng)材料，包括金屬、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等。這些材料在使用前無(wú)需進(jìn)行抗真菌測(cè)試；可接受材料為表4中列出的20種真菌營(yíng)養(yǎng)材料，包括聚氨酯、天然和合成橡膠、有機(jī)多硫化物等，這些材料在使用前需按照MIL-STD-810 方法508規(guī)定的真菌測(cè)試進(jìn)行為期28天的真菌測(cè)試，只有在滿足0或1級(jí)時(shí)方可接受，同時(shí)要求，在材料與殺菌劑混合測(cè)試時(shí)，不能影響電子或物理性能，且不應(yīng)使用含汞的殺菌劑。在一些特定應(yīng)用場(chǎng)景下，NASA允許使用不滿足防霉要求的原材料，包括以下9種情況：

（1）材料已經(jīng)過(guò)測(cè)試，符合MIL-STD-810《環(huán)境工程因素和實(shí)驗(yàn)測(cè)試》（測(cè)試方法 508）的要求；

（2）材料用于真菌可見(jiàn)且易于清除的航天員區(qū)域；

（3）材料在密封容器內(nèi)使用（最大泄漏率小于10^-4 cm³/s），且內(nèi)部容器濕度在環(huán)境條件下相對(duì)濕度低于60%；

（4）材料用于溫度始終高于或等于外部環(huán)境溫度的電氣箱內(nèi)；

（5）材料僅具有邊緣暴露；

（6）材料通常存放在沒(méi)有凝結(jié)風(fēng)險(xiǎn)位置；

（7）材料用于非關(guān)鍵的現(xiàn)成電氣/電子硬件，存放和/或在航天員區(qū)域使用；

（8）材料為氟碳聚合物（包括乙烯-四氟乙烯共聚物）或硅酮；

（9）材料用于航天員服裝。

值得注意的是，在某些條件下，聚酰胺可能會(huì)受到選擇性微生物的攻擊。然而，對(duì)于軍事應(yīng)用，它們被認(rèn)為是非真菌營(yíng)養(yǎng)材料；酯類特別容易受到攻擊。

我國(guó)載人航天器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43421-2023《載人航天器微生物控制要求》對(duì)原材料的選用提出了明確規(guī)范：

（1）優(yōu)先選用具有天然抗菌防霉成分的材料；

（2）載人航天器艙內(nèi)非金屬材料應(yīng)同時(shí)滿足藤黃微球菌、表皮葡萄球菌、變異庫(kù)克菌、大腸桿菌、白色念珠菌等微生物的抗菌率高于90%；黑曲霉、黃曲霉、雜色曲霉、繩狀青霉、球毛殼霉等的防霉等級(jí)優(yōu)于1級(jí)；

（3）載人航天器裝水容器材料及廢棄物收集袋材料應(yīng)滿足載人航天相應(yīng)防霉要求。

通過(guò)綜合比較可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)在原材料抗菌防霉選用的要求上與NASA保持一致，均要求非金屬材料要求防霉等級(jí)達(dá)到0級(jí)和1級(jí)，且在防霉評(píng)價(jià)中選用的主要霉菌種類也相同。針對(duì)密封容器、易清除、無(wú)結(jié)露等特定應(yīng)用場(chǎng)景的原材料選用，當(dāng)其不滿足防霉要求時(shí)，NASA也給出了相應(yīng)的指導(dǎo)意見(jiàn)，而我國(guó)目前尚未形成明確規(guī)范，需要根據(jù)具體應(yīng)用工況條件進(jìn)行評(píng)估后選用。

微生物腐蝕（MIC）主要是指由微生物的存在及其生命活動(dòng)所引起的腐蝕現(xiàn)象，這種腐蝕可以對(duì)金屬材料造成嚴(yán)重的局部破壞。在空間站內(nèi)，微生物腐蝕能夠?qū)τ布δ茉斐缮锝到獠a(chǎn)生或引起金屬腐蝕，如空調(diào)、水循環(huán)系統(tǒng)等。國(guó)際空間站針對(duì)微生物腐蝕研究重點(diǎn)包括：（1）艙內(nèi)腐蝕微生物采集和多樣性研究；（2）極端環(huán)境下微生物耐受性和產(chǎn)酸能力研究；（3）微生物對(duì)材料腐蝕評(píng)價(jià)和影響等方面。

1999年，Klintworth等從長(zhǎng)期運(yùn)行的空間站艙內(nèi)發(fā)生腐蝕的材料表面分離獲得腐蝕性菌株，并在模擬載人密閉艙室的微氣候環(huán)境下進(jìn)行了材料的微生物腐蝕試驗(yàn)。

2004年，Novikova等利用電鏡研究了雜色曲霉和擴(kuò)展青霉在艙體外表面幾個(gè)月后的形態(tài)和功能變化，結(jié)果表明真菌可以在艙外極端環(huán)境中存活。俄羅斯在國(guó)際空間站俄羅斯艙外進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)顯示，在艙外環(huán)境下，微生物細(xì)胞內(nèi)脂肪含量增加，返回后對(duì)抗生素的耐受性增強(qiáng)，分泌出的酸含量和種類增多，對(duì)材料的腐蝕能力也顯著提高。此外，材料的服役時(shí)間越長(zhǎng)，受微生物的腐蝕程度越嚴(yán)重。

2007—2010年，Alekhova等利用從“和平號(hào)”空間站和國(guó)際空間站俄羅斯艙段設(shè)備表面分離出的28株霉菌，對(duì)空間站設(shè)備中大量使用的鋁鎂合金（AMG-6）進(jìn)行了地面微生物腐蝕評(píng)價(jià)。研究發(fā)現(xiàn)，在空間站結(jié)構(gòu)表面上分離的真菌中，以曲霉屬為代表的黑曲霉（Aspergillus Niger）具有較強(qiáng)的腐蝕性，導(dǎo)致鋁鎂合金試樣表面出現(xiàn)較深的點(diǎn)蝕坑。

2022年，Hupka等在國(guó)際空間站上開(kāi)展了研究航天材料表面的生物被膜的在軌試驗(yàn)，將接種了產(chǎn)紅青霉（Penicillium Rubens）的7種材料（不銹鋼316、鋁合金、鈦合金、碳纖維、石英、硅膠和納米草）送至國(guó)際空間站，研究微重力對(duì)生物被膜形態(tài)和生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時(shí)間和材料類型的不同，材料表面的生物膜的重量、厚度和表面積方面表現(xiàn)出差異性。在第15天時(shí)，碳纖維和不銹鋼在空間條件下的生物膜表面積較地面條件分別增加了37.8%和30.7%。但到了第20天，這兩種材料在空間和地面條件下的生物膜表面積已無(wú)顯著差異。

我國(guó)空間站目前正在開(kāi)展空間微生物腐蝕領(lǐng)域的研究工作，航天神舟生物科技集團(tuán)有限公司成功研制了微生物-材料相互作用科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置（ISED），該裝置位于我國(guó)空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜內(nèi)，現(xiàn)已利用該設(shè)備開(kāi)展了多批次微生物與材料相互作用實(shí)驗(yàn)，如圖7所示。

首批次實(shí)驗(yàn)于2023年2—5月進(jìn)行，進(jìn)行了為期90天的黑曲霉對(duì)聚氨酯涂層電路板、裸銅電路板、熱縮管等多種材料的微生物腐蝕試驗(yàn)。聚氨酯涂層電路板研究結(jié)果顯示，在空間中黑曲霉形成了結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的生物膜結(jié)構(gòu)、代謝有機(jī)酸草酸濃度顯著增加、聚氨酯涂層劣化更嚴(yán)重，涂層劣化與生物膜引起的生物降解和有機(jī)酸等腐蝕介質(zhì)引起的化學(xué)降解有關(guān)。

研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，空間環(huán)境和地面環(huán)境下涂層腐蝕形貌存在顯著差異，地面環(huán)境下涂層內(nèi)部為多孔狀腐蝕層，而在空間環(huán)境中，腐蝕與菌絲的侵入性生長(zhǎng)有關(guān)，沒(méi)有多孔狀腐蝕區(qū)域，這種差異表明天地之間存在兩種不同劣化機(jī)制，還需要進(jìn)一步研究。

裸銅電路板的研究結(jié)果顯示，空間環(huán)境和地面環(huán)境裸銅電路腐蝕產(chǎn)物存在差異，地面樣品中腐蝕產(chǎn)物主要包括氧化亞銅（Cu₂O）、氧化銅（CuO）和堿式碳酸銅（Cu₂（OH）₂CO₃），而空間樣本的腐蝕產(chǎn)物除了上述物質(zhì)外，還發(fā)現(xiàn)了草酸銅（CuC₂O₄），表明空間環(huán)境中草酸參與了腐蝕過(guò)程。去除腐蝕產(chǎn)物后，發(fā)現(xiàn)空間樣品的最大腐蝕坑深度和腐蝕坑直徑都顯著大于地面樣品，表明空間樣品局部腐蝕更為嚴(yán)重。

為滿足載人航天器應(yīng)用環(huán)境及設(shè)計(jì)要求，空間微生物腐蝕防護(hù)材料須具備無(wú)毒、長(zhǎng)效、廣譜抗菌、輕質(zhì)等性能。表面涂層防護(hù)技術(shù)是微生物腐蝕防護(hù)的重要手段之一，防護(hù)方式主要分為以下三種：防止微生物在其表面生長(zhǎng)（抗黏附/微生物排斥）、釋放抗菌劑殺死微生物（抗菌劑釋放）以及通過(guò)接觸殺死微生物（接觸殺滅）。

（1）抗黏附涂層旨在通過(guò)非細(xì)胞毒性機(jī)制阻止微生物在表面的最初黏附。通過(guò)控制表面親水性或疏水性以及表面粗糙度，可以降低固體表面與微生物之間的黏附力，從而在厚生物膜形成前輕松移除細(xì)菌。抗黏附涂層的材料包括高親水性水凝膠、交聯(lián)聚合物、無(wú)機(jī)薄膜（如銅/還原氧化石墨烯、介孔二氧化鈦、含鋅纖維）等。

（2）釋放型涂層通過(guò)持續(xù)釋放加載的活性化合物來(lái)發(fā)揮作用。活性物質(zhì)的釋放可以通過(guò)擴(kuò)散、侵蝕/降解或水解共價(jià)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。釋放型涂層可以直接從材料表面洗脫，提供局部高濃度的抗菌劑，從而最小化抗藥性風(fēng)險(xiǎn)。廣泛使用的抗菌化合物包括抗生素、抗菌肽、金屬（如銀、銅、鋅、鎵）、鹵素和酶等。

（3）接觸殺滅型涂層設(shè)計(jì)為在微生物接觸表面時(shí)立即殺死它們，而不是釋放抗菌劑進(jìn)入環(huán)境。抗菌化合物通過(guò)柔性的疏水聚合物鏈被共價(jià)錨定在材料表面。其作用機(jī)制包括對(duì)微生物造成物理?yè)p傷或形成強(qiáng)氧化劑來(lái)滅活微生物，如利用有機(jī)分子抗菌效應(yīng)、金屬陽(yáng)離子抗菌、納米粒子、活性氧物質(zhì)等。

空間微生物防控是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多個(gè)系統(tǒng)、多個(gè)環(huán)節(jié)和多個(gè)學(xué)科，需要全面規(guī)劃和協(xié)同推進(jìn)。楊宏等參考國(guó)外空間站的資料，對(duì)空間站微生物的來(lái)源、種類及其衍變因素進(jìn)行了分析；在微生物對(duì)空間站的危害分析的基礎(chǔ)上，提出了地面與空間站共同監(jiān)測(cè)與控制的微生物綜合控制措施，建議微生物控制應(yīng)高度重視、微生物的控制必須從控制微生物的來(lái)源入手、從設(shè)計(jì)上采取措施控制微生物的生長(zhǎng)、持續(xù)監(jiān)測(cè)空間站的微生物狀況。

伊佳等開(kāi)展了空間微生物防控體系研究的探索，從系統(tǒng)層面明確載人航天器空間微生物防控技術(shù)體系構(gòu)成和工作內(nèi)容，提出的研究?jī)?nèi)容包括空間微生物菌種的鑒定、空間環(huán)境下微生物對(duì)材料的腐蝕研究、建立載人航天器艙內(nèi)材料數(shù)據(jù)庫(kù)、空間材料抗菌涂層處理及評(píng)價(jià)、微生物控制技術(shù)五個(gè)方面。

孫伊等提出空間站艙室微生物污染防控體系的構(gòu)成包括材料的生物穩(wěn)定性檢測(cè)評(píng)價(jià)、設(shè)備加工組裝全過(guò)程控制、發(fā)射前檢測(cè)和消毒、在軌檢測(cè)和消毒四個(gè)方面。

李飛等根據(jù)對(duì)載人航天工程微生物控制任務(wù)的分析，提出包括分析、鑒定、評(píng)價(jià)、控制四個(gè)方面的空間微生物控制技術(shù)體系。

目前，關(guān)于空間微生物防控技術(shù)體系研究主要從航天工程任務(wù)流程角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，而本文則基于系統(tǒng)工程風(fēng)險(xiǎn)管理的邏輯，構(gòu)建了一個(gè)空間微生物防控技術(shù)體系。該體系包括微生物風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、檢測(cè)、評(píng)價(jià)和控制四個(gè)環(huán)節(jié)，如圖8所示，這四個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)有機(jī)整體，相互關(guān)聯(lián)。

第一環(huán)節(jié)是微生物風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別環(huán)節(jié)，旨在辨識(shí)空間站中存在幾類微生物相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，確定防控的具體對(duì)象。該環(huán)節(jié)的目標(biāo)是保障人員健康、維護(hù)設(shè)備安全和確保環(huán)境宜居。據(jù)此，對(duì)微生物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別。其中，與人員相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)包括病原性微生物和耐藥性微生物，與設(shè)備相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)包括腐蝕性微生物、生物膜形成微生物，這些風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障。此外，與環(huán)境相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)則涉及微生物總負(fù)荷量及微生物群落穩(wěn)定性。

基于此，可制定重點(diǎn)關(guān)注的微生物名單，明確空間微生物防控的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。開(kāi)展微生物風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，需依托空間微生物菌種資源庫(kù)和信息數(shù)據(jù)庫(kù)，這些資源作為微生物風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的核心基礎(chǔ)，為識(shí)別過(guò)程提供基礎(chǔ)保障。該環(huán)節(jié)涉及的主要技術(shù)發(fā)展方向包括微生物菌種資源庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)、航天器材料腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)、條件致病菌和病原菌識(shí)別、嗜極微生物識(shí)別等。

第二個(gè)環(huán)節(jié)是微生物風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)，即對(duì)防控的具體對(duì)象進(jìn)行針對(duì)性檢測(cè)，判斷空間站各系統(tǒng)是否存在相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。檢測(cè)的目標(biāo)是微生物負(fù)荷量和微生物種類。

主要工作內(nèi)容包括：一是建立上行和在軌階段微生物檢測(cè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。二是追蹤艙內(nèi)微生物豐度的變化趨勢(shì)，包括空氣、表面和水體等。三是微生物檢測(cè)新技術(shù)和設(shè)備的研制，要求能夠在軌、快速、原位和精準(zhǔn)檢測(cè)。微生物風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)環(huán)節(jié)涉及的主要技術(shù)發(fā)展方向包括生物膜檢測(cè)技術(shù)、嗜極微生物檢測(cè)技術(shù)、在軌實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)等。

第三個(gè)環(huán)節(jié)是微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，即對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷是否滿足要求。評(píng)價(jià)的目標(biāo)是評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、決策控制措施。該環(huán)節(jié)涉及的主要技術(shù)發(fā)展方向包括微生物群落動(dòng)態(tài)變化分析技術(shù)、腐蝕動(dòng)力學(xué)分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型開(kāi)發(fā)等。

主要的工作包括以下四點(diǎn)：一是判斷微生物負(fù)荷水平是否合格。目前國(guó)際空間站和我國(guó)空間站均已建立微生物控制標(biāo)準(zhǔn)，從起飛前到在軌飛行階段均有相應(yīng)的要求。二是評(píng)估所采取的微生物控制方法是否有效，是否需要調(diào)整控制措施。三是分析對(duì)人、機(jī)、環(huán)造成的影響。四是預(yù)測(cè)微生物可能發(fā)展趨勢(shì)。

第四個(gè)環(huán)節(jié)是微生物風(fēng)險(xiǎn)控制環(huán)節(jié)，旨在通過(guò)一系列相應(yīng)措施，對(duì)空間站各系統(tǒng)進(jìn)行微生物控制，避免發(fā)生微生物風(fēng)險(xiǎn)。該環(huán)節(jié)的目標(biāo)是確保控制措施的有效性。該環(huán)節(jié)涉及的主要技術(shù)發(fā)展方向包括在軌原位修復(fù)技術(shù)、長(zhǎng)效涂層防護(hù)技術(shù)等。

主要采取的控制措施包括以下四點(diǎn)：一是環(huán)境條件控制。如使用高效濾膜對(duì)空氣進(jìn)行凈化處理，控制艙內(nèi)濕度，減少局部結(jié)露等。二是對(duì)艙內(nèi)表面進(jìn)行定期的清潔和消殺。三是原材料選用控制。如選用具有抗菌防霉性能的材料，對(duì)材料表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化、疏水疏塵表面工藝處理，降低微生物在材料表面的附著。四是應(yīng)用涂層防護(hù)技術(shù)。主要是將抗菌因子加入涂層中起到殺菌或抑菌作用。主要抗菌因子包括Ag⁺、Cu²⁺等金屬離子、季銨鹽類抗菌劑、抗菌肽和仿生涂層等。

空間站微生物防控技術(shù)對(duì)于保障長(zhǎng)期載人航天任務(wù)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)國(guó)外空間站微生物污染事件的分析，可以看出微生物污染問(wèn)題極為嚴(yán)峻，其組成復(fù)雜、污染對(duì)象多樣且后果嚴(yán)重，這為我國(guó)空間站微生物防控提供了警示。

當(dāng)前，我國(guó)空間站已進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段，在微生物檢測(cè)與控制技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展，在軌微生物檢測(cè)技術(shù)已涵蓋培養(yǎng)法與免培養(yǎng)法，并且均有相應(yīng)設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用；在微生物控制方面，也制定了明確要求并配備了有效的技術(shù)手段。

最后，基于系統(tǒng)工程風(fēng)險(xiǎn)管理角度構(gòu)建了防控技術(shù)體系，涵蓋風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、檢測(cè)、評(píng)價(jià)和控制四個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，涉及多項(xiàng)技術(shù)發(fā)展方向，有助于全面提升空間站微生物防控能力，確保航天員安全和航天器穩(wěn)定運(yùn)行，從而推動(dòng)我國(guó)載人航天事業(yè)發(fā)展。