北大程和平院士团队自研空间站双光子显微镜登上中国空间站

神舟十五号航天员乘组日前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监测研究提供了全新工具。

　　人脑包含百亿级神经元和百万亿级的神经突触，其结构和功能上极其复杂精密的连接和相互作用，是意识和思想涌现的物质基础。为了能清晰看到活体大脑里面的神经元、神经突触的结构和信号，科学家们需要借助双光子显微镜。当代前沿的脑科学研究希望在大脑正常工作时、在自由活动的动物上观察大脑神经元变化，然而，体积重量庞大的传统双光子显微镜难以满足这种在体实时观察神经元信号的需求。

　　“如何才能创造出一种显微镜，能够在小动物自由行走的条件下，看到一颗一颗神经元，一闪一闪的动态变化，这是藏在我心底的一个梦想。”中国科学院院士、北京大学国家生物医学成像科学中心主任、北京大学未来科技学院教授程和平如是说。

　　2019年，在中国载人航天工程办公室大力支持下，由北大程和平、王爱民团队，中国航天员科研训练中心李英贤团队，北京航空航天大学冯丽爽团队联合相关企业及院所组建空间站双光子显微镜项目团队，程和平担任总负责人。项目组攻克多项显微镜小型化技术难题，于去年9月成功研制空间站双光子显微镜。

　　去年11月12日，空间站双光子显微镜搭乘天舟五号货运飞船成功运抵中国空间站，成为世界首台进入太空的双光子显微镜。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。

　　项目团队成员、北京大学未来技术学院助理研究员王俊杰介绍，空间站双光子显微镜能以亚微米级分辨率清晰呈现出航天员皮肤结构及细胞的三维分布，具备对皮肤表层进行结构、组分等无创显微成像的能力。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。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。

　　程和平表示，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。“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。”