北理工課題組在空間站微生物防控技術(shù)方面取得重大突破
發(fā)布日期:2025-09-04 供稿:醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院 攝影:醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院
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近日,北京理工大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院鄧玉林教授團隊與香港中文大學(xué)(深圳)唐本忠教授、西南交通大學(xué)周祚萬教授課題組合作,在空間站微生物監(jiān)測與防控技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破。該研究基于“聚集誘導(dǎo)發(fā)光(Aggregation-Induced Emission, AIE)”技術(shù)與仿生納米材料,成功研制出集實時監(jiān)測與主動殺菌功能于一體的“AIE融合仿生納米抗菌模塊”,并在中國空間站開展在軌應(yīng)用驗證,為長期載人航天任務(wù)中的微生物安全提供全新解決方案。相關(guān)研究成果以封面文章形式發(fā)表于國際知名期刊《Aggregate》(中科院一區(qū)Top期刊)上,標(biāo)題為“From Passive Monitoring to Active Control: Aggregation-induced Emission-driven Antimicrobial Nanotechnology for Long-duration Spaceflight”。
在長期密閉的空間站環(huán)境中,微生物污染是影響航天員健康與設(shè)備運行安全的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)微生物防控方法存在響應(yīng)滯后、易引發(fā)耐藥性、無法實時監(jiān)測等局限。針對這一挑戰(zhàn),北理工鄧玉林教授團隊聯(lián)合香港中文大學(xué)(深圳)唐本忠院士團隊、西南交通大學(xué)周祚萬教授團隊,以及長沙湘計海盾科技有限公司、北京亙芯科技有限公司、北京理工亙舒科技有限公司等多家單位,共同研制“微生物快速檢測與防護技術(shù)試驗裝置”。該載荷裝置實現(xiàn)了從被動監(jiān)測向主動控制的跨越,標(biāo)志著我國在空間生物安全技術(shù)領(lǐng)域取得重大進展。
在軌試驗期間,該裝置將對艙內(nèi)微生物樣本進行在軌采集與快速分析,進一步豐富空間微生物菌種資源數(shù)據(jù)庫,助力構(gòu)建超高靈敏度、超快速的空間微生物檢測平臺。其中,AIE融合仿生納米抗菌模塊利用AIE材料在聚集狀態(tài)下發(fā)光增強的特性,實現(xiàn)對微生物群落與生物膜的高靈敏度、高穩(wěn)定性熒光成像,并結(jié)合仿生納米結(jié)構(gòu)激活即時殺菌機制,可在微重力環(huán)境下完成對病原體的快速識別與清除(圖1)。該載荷裝置于2025年7月15日通過天舟九號貨運飛船成功運抵中國空間站,后續(xù)已完成在軌部署(問天實驗艙)并陸續(xù)開展相關(guān)在軌試驗。

圖1 AIE融合仿生納米抗菌模塊設(shè)計運行流程示意圖
該技術(shù)具備實時成像、抗菌、自適應(yīng)響應(yīng)等優(yōu)勢,研究成果可服務(wù)于顯著降低空間站內(nèi)生物腐蝕、設(shè)備故障及航天員感染風(fēng)險。不僅如此,該項創(chuàng)新還有望廣泛應(yīng)用于醫(yī)療感染控制、水質(zhì)凈化、工業(yè)生物膜管理等民用領(lǐng)域,具有重大的科學(xué)研究價值與工程應(yīng)用前景(圖2)。

圖2 微生物快速檢測與防護技術(shù)試驗裝置及AIE融合仿生納米抗菌模塊實物圖
本研究論文共同第一作者為孫飛一博士與李諾敏博士,通訊作者為唐本忠院士與鄧玉林教授。研究工作由空間站應(yīng)用與發(fā)展工程航天技術(shù)試驗領(lǐng)域項目支持,并得到長沙湘計海盾科技有限公司、北京亙芯科技有限公司、北京理工亙舒科技有限公司等在工程設(shè)計與研制方面的關(guān)鍵技術(shù)支撐。
文章信息:Feiyi Sun, Nuomin Li, Zheng Zhao, et al., "From Passive Monitoring to Active Control: Aggregation-induced Emission-driven Antimicrobial Nanotechnology for Long-duration Spaceflight", Aggregate, 2025, 6:e70132.
論文鏈接:https://doi.org/10.1002/agt2.70132
附作者簡介:
通訊作者:鄧玉林,講席教授、博士生導(dǎo)師,國際宇航科學(xué)院院士,兼任國際宇航科學(xué)院主席團執(zhí)委兼生命科學(xué)部主席、中國電子學(xué)會生命電子學(xué)分會主任委員、國際空間生命科學(xué)專業(yè)委員會委員、《Space: Science & Technology》副主編等多個重要職務(wù)。長期從事極具挑戰(zhàn)性的航天生物醫(yī)學(xué)工程研究,面向國家重大需求,研制了國家重大科學(xué)儀器和系列新型航天生物醫(yī)學(xué)靈巧載荷,成功應(yīng)用于載人航天工程和國際合作,圓滿完成十余次航天任務(wù),取得多項標(biāo)志性成果,完成了國際上首個太空基因擴增和檢測,國際上首個太空器官芯片,也是第一個在國際空間站開展實驗的中國科學(xué)家團隊。承擔(dān)多項重點重大項目,發(fā)表SCI論文500余篇,授權(quán)專利191項,著書20余本。曾獲得全國師德先進個人、首都五一勞動獎?wù)?、第十七屆中國藥學(xué)發(fā)展獎突出成就獎、國際宇航科學(xué)院2020年度空間生命科學(xué)獎等。
通訊作者:唐本忠,教授,2009年、2017年、2020年先后當(dāng)選中國科學(xué)院院士、亞太材料科學(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士。2021年加入香港中文大學(xué)(深圳)擔(dān)任理工學(xué)院院長、校長學(xué)勤講座教授。主要從事高分子化學(xué)和先進功能材料研究。在聚集誘導(dǎo)發(fā)光(Aggregation-Induced Emission, AIE)這一化學(xué)和材料前沿領(lǐng)域取得了原創(chuàng)性成果,是AIE概念的提出者和AIE研究的引領(lǐng)者。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文2,000多篇,總引用超183,000次,h因子為189。在學(xué)術(shù)會議上作了500多場邀請報告,擁有100多項授權(quán)專利?,F(xiàn)任德國Wiley出版社發(fā)行的Aggregate《聚集體》雜志主編以及20多家國際科學(xué)雜志顧問、編委或客座編輯等。2014年至今連續(xù)當(dāng)選全球材料和化學(xué)雙領(lǐng)域“高被引科學(xué)家”。2007年獲Croucher基金會高級研究員獎,2012年獲美國化學(xué)會高分子材料科學(xué)與工程分會MACRO講座獎,2014年獲伊朗國家科技部頒發(fā)的Khwarizmi國際獎,2015年獲廣州市榮譽市民稱號,2017年獲國家自然科學(xué)一等獎、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進步獎,2021年獲Nano Today國際科學(xué)獎,2023年獲生物材料全球影響力獎。
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