作者:张楠 黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/15 14:10:52
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研究人员揭示天宫二号太空培养箱的秘密

 

“我也没办法了。”张涛并没有重要的事情说三遍,因为实际上,他和中科院上海技术物理研究所的同事们,用尽办法将重要的任务漂亮完成了。

在即将发射入轨的天宫二号空间实验室上,为完成空间高等植物培养实验,将搭载的400毫米*300毫米*300毫米培养箱,比一台车载冰箱还小,然而培养箱里面还将放置4个120毫米*50毫米*255毫米的不返回培养单元、近2升培养液,3台相机,两个风扇,4组灯,4组泵以及复杂的液体管路,乙烯去除装置,温控装置,各类传感器等。另外,还包括一个可拆卸的返回单元,尺寸为10毫米*10毫米*300毫米的,一个400毫米*285毫米*30毫米的控制与数据采集传输装置。

不仅重量需要控制得非常精准,更是“几乎连下手的地方都没有”。张涛和同事们不仅要将经生物学家无菌处理的培养单元准确安装进培养箱,其后还需要把培养箱里的液体管路重新安装起来,再将液体加注好,不能在培养箱里产生一点点漏液,否则都将对实验结果产生影响。

安装的一系列动作将按照一份细致入微的操作流程细则进行,一岗人员操作、二岗人员检查,完成一步划一个勾。全部流程完成后,还要对培养箱各部位再次加固,使其能够经历“天宫二号”发射阶段的振动冲击洗礼。整个安装操作过程须在48小时内完成,并且没有失误的余地。

张涛所带领的队伍当然不是新兵上岗,他们已多次完成空间科学实验的相关任务。然而,“天宫二号”任务又在各方面对他们发出新挑战。

在技术手段方面,这是我国第一次开展高等植物的全周期空间培养实验。“从种子到种子:让种子在太空开始萌发、生长、开花,再到结籽,整个周期对培养环境的要求是在变化的。这对培养实验的技术方案有相当大的挑战。”张涛告诉《中国科学报》记者,“在早先的‘实践十号’返回式科学实验卫星上,相关实验是从植株生长到开花这一步,在时间上只相当于本实验周期的一部分。”

就测控手段而言,因有4个培养单元不返回地面,为使科学研究效能最大化、帮助生物学研究人员通过图像、数据直观判断实验进程和状态,上海技物所科研人员提高了对太空中的培养箱进行遥控操作的能力。与以往不同,这一次,包括光照周期、温度、湿度、成像时间、营养液加注的流程等在内,几乎生物学家关心的主要参数都能通过遥控指令注入实现调控。

此外,荧光相机的使用为本次空间高等植物培养实验提供了重要的在线分析手段。张涛介绍,地面实验通常采用激光作为激发光源,特点是功率大、光信号强、光谱带宽窄,能量集中度高、激发的荧光信号强。在资源条件有限的情况下,本次空间高等植物培养实验采用发光二极管作为激发光源,功率小、光信号较弱,激发的荧光很弱,但通过对荧光相机的特殊设计,可以得到满足实验要求的信噪比,使荧光相机具备了基因表达信号检测分析能力。

长周期的植物培养实验中对有限水资源的的回收利用是非常重要的。植物蒸腾作用和液体自然挥发产生的水汽在微重力条件下会在器壁上结成水滴,而且不会落下来,这不仅影响成像效果,还造成水利用率降低,也可能引起其它不利影响。“我们设计了水回收装置将水汽“集中”起来,并利用微重力条件下的毛细现象将水引回土壤,就让水分在培养单元里循环。”

“事无巨细都得考虑周全,确实压力巨大。我真是没招了。”张涛又说起了开头那句话,但其实看来他们找到了很多办法。

 
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