2024中关村论坛年会重大成果专场发布会4月29日下午举行，并发布了19项重大科技成果，北京大学国家生物医学成像科学中心研制的空间站双光子显微镜入选，其在国际上首次实现在航天飞行过程中解析航天员皮肤细胞结构和代谢成分等信息，为未来利用中国空间站平台开展航天医学和脑科学研究提供重要技术手段。
以极高时空分辨率观察细胞在体生命活动
据北京大学未来技术学院助理研究员、博士后王俊杰介绍，双光子显微成像技术是基于双光子吸收及荧光激发的一种非线性光学成像技术。俗话说，眼见为实，现代的科学家已经能够以亚纳米的分辨率观察离体的生物组织，以纳米级的分辨率观察单个活细胞的生命活动，而实现对在体细胞的生命活动的观察，一直是成像科学家们的重要追求方向，双光子显微镜正是这样一种能够以极高的时空分辨率观察细胞在体生命活动的成像技术，已经在脑科学、肿瘤、类器官等研究领域获得广泛应用。
“借助双光子显微镜，科学家能够看到一个个细胞以及细胞周围的组织究竟是以怎样的方式构建和互作成一个宏观的生命体。”他说。
为利用空间站平台开展脑科学研究提供技术手段
在遨游星辰大海的旅途中，航天员往往会因失重、辐射、密闭空间等特殊环境而产生各种健康问题。皮肤作为人体最大的器官，在承担身体最外层保护伞作用的同时，也是反映机体健康信息的窗口。
利用双光子显微成像技术，科学家能够观察到航天员在漫长的飞行过程中皮肤本身结构和细胞代谢的变化，将来还可以用双光子显微镜在空间站开展各种在体成像观测，为空间科学研究提供多一个维度的信息。然而传统的双光子显微镜无法满足在轨实验仪器设备对可靠性、抗冲击和振动性能等的苛刻要求，此前国际上还未能实现双光子显微成像技术在空间站上的在轨验证。
2019年，在北京市委市政府、南京江北新区管委会、中国载人航天工程办公室的支持下，由北京大学程和平院士牵头，联合中国航天员科研训练中心，北京航空航天大学、北京大学分子医学南京转化研究院等相关单位组建了联合团队，开展为期三年的空间站双光子显微镜的研制任务攻关。
2022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。2023年2月11日，神舟十五号航天员乘组使用空间站双光子显微镜开展在体成像实验，宣告首次在轨验证任务取得成功。
“我们实现了国际上首次双光子显微镜在轨正常运行；国际上首次在轨观测航天员细胞结构和代谢信息。”他说，这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。
商业应用前景广阔，可用于医美领域
空间站双光子显微镜也具有广阔的商业应用前景。由于能够真实地看到细胞在体的形态和代谢情况，这项技术有望推动相关产业的模式革新，对促进生命科学技术进步及精准医疗的发展，带动大健康产业发展的战略布局具有重要意义，是新质生产力的生动体现。
他说，双光子显微镜非常适合观测皮肤。和中学生物课使用的显微镜需要把被观测物体切成薄片不同，双光子显微镜镜头可以直接贴着被观测物体，高清的细胞图像就会呈现在眼前，比如看到皮肤里面的弹性纤维和胶原纤维。所以这项技术可以进入医疗美容领域，服务大众的需求。它也可用于口腔、消化道等的病变诊断和癌症研究当中。
新京报记者 张璐
编辑 张牵 校对 王心
