天仪商业小卫星成果又双叒登国际顶级期刊
发布日期: 2024-01-05 点击: 217
2023年6月7日,天仪研究院自主研制的50公斤级科研卫星平台搭载由清华大学机械工程系熊卓教授和张婷副教授课题组(BRE团队)研发、其技术成果转化企业清源泰硕制造的肿瘤模型太空3D打印与培养系统成功发射,卫星入轨后12小时内完成了生物组织在轨3D打印,开创了肿瘤模型太空3D打印先河

近期,BRE团队在材料科学领域顶级期刊Advanced Materials(最新影响因子:29.4)发表题为“Satellite-based On-orbit Printing of 3D Tumor Models”的文章,发布了本次在轨试验的成果:首次通过低成本商业小卫星实现了肿瘤模型在轨3D打印,开发了基于机器学习的太空自动显微成像技术,发现耐药癌细胞在太空环境对化疗药物变敏感,预示着未来肿瘤治疗新的可能途径。



1、首次通过低成本商业小卫星实现肿瘤模型在轨3D打印,开创了肿瘤模型太空3D打印先河

肿瘤是全球重大的公共卫生问题,空间环境下的肿瘤相关研究是空间生物学的热门研究方向。

太空特殊的微重力环境有助于通过三维(3D)生物打印方法构建精确的仿生肿瘤模型,可用于评估空间环境对肿瘤的复合效应,从而深入了解疾病的原理和潜在的治疗方法。通过太空生物3D打印构建精准肿瘤病理模型,对于太空肿瘤研究具有重要意义

然而,在轨3D生物打印具有很大的挑战性。不仅受限于火箭发射的成本,还需考虑微重力、空间辐射和其他环境因素对细胞的影响。同时,由于生物实验的特殊性和复杂性,此前的太空生物实验普遍依托空间站、飞船、航天飞机等大型载人系统完成。

为实现载荷小型化、自动化、打印检测一体化,清华大学BRE团队和清源泰硕公司研发、制造了全球首台自带荧光显微镜和悬浮打印系统超小型太空生物3D打印机,携带清源泰硕生产的光固化水凝胶材料,并依托天仪科研卫星平台完成了在轨打印进程启动与检测数据回传,圆满完成了实验目标。

这是全球首次利用低成本商业小卫星实现肿瘤模型在轨3D打印,具有开创意义,不仅证明了天仪卫星技术的成熟性、平台的可靠性以及服务的高效性,也体现出商业火箭和商业卫星企业群体,面对挑战勇于创新,积极协作,全力成就用户的态度和能力。


2、天仪卫星助力肿瘤模型在轨3D打印——特殊性、复杂性、开创性

此次实验的重大挑战主要表现在生物样品短暂的寿命周期,从载荷安装于运载火箭、随火箭发射到完成入轨实验的整个过程不能超过24小时,这也是生物仓载荷保持生物墨水可打印性和细胞活力的时间。

天仪卫星技术团队考虑到实验周期短,需要快速操作的要求,首次在卫星上采用导轨和卡扣设计来进行生物仓的安装与拆卸,便捷地实现了载荷的 “即插即用”

此外,常规运载火箭发射流程是不允许在临近发射前进行载荷安装的,而且在本次实验前也尚未有类似先例。为此,卫星技术团队联合火箭研制单位经过充分论证,打破常规,提出了生物仓载荷临机安装方案

一方面,运载研制单位在火箭上设计了单独的载荷安装窗口,在卫星安装到火箭上后方便载荷随时拆装;另一方面,针对生物仓载荷共同制定了火箭发射前独有的安装流程,同时为确保实操性,提前在发射场完成多轮联合演练。



最终,天仪卫星技术团队联合火箭研制单位共同助力用户,在发射前负13小时完成细胞样本制作,负7小时样本装填到生物仓载荷,负5小时完成生物仓载荷整体上箭装星。

卫星入轨1个小时后,生物仓载荷正式开始太空3D打印,并顺利完成数据采集。卫星入轨24小时首批肿瘤模型太空3D打印实验数据回传到地面。在轨打印的细胞组织稳定繁殖发育72小时,完成全部预定试验项目,获得大批科研数据。

本次太空实验从准备到完成仅仅历时15个小时左右,实现了在预定时间内完成实验任务的目标,这也同样意味着首次低成本商业小卫星太空3D打印实验的圆满成功。


3、院士点赞

中国载人航天首席科学家、中国科学院院士顾逸东表示,“这是首次在卫星上完成活体细胞空间3D打印试验,可喜可贺。利用空间微重力环境构建仿生肿瘤模型和其他3D生物组织有特殊优势,可后续开展包括治疗技术等的一系列研究,具有重要意义。在太空开展生命科学和生物技术研究是另辟蹊径的重要途径,望继续努力,并与我国空间站生命科学研究计划衔接,取得更大成就。”

中国工程院院士王玉明表示,“3D打印技术作为国际上备受重视的战略技术之一,在各个领域的应用越来越广泛。此次首次实现活体细胞的太空在轨3D打印,对3D打印技术本身,生命科学与生物技术等,均具有十分重要的意义。满足太空发射严苛条件及在轨微重力环境下的3D打印设备的研发,对未来太空3D打印技术的发展将产生深远影响。特别是在轨微重力条件下的肿瘤模型的打印,为未来肿瘤治疗提供了新的途径。

4、2024年天仪研究院太空任务即将开启

目前,天仪研究院拥有10kg-300kg定制化科研卫星平台,可以实现不同级别的搭载能力,目前已成功发射二十余颗科研卫星,助力航天科技集团、清华大学、北京航空航天大学等数百家科研院所、大学和商业企业完成重大空间科研突破,实验成果多次登上国际顶级期刊NatureAdvanced Materials等,为用户提供更高能力、更优指标和更具性价比的一站式太空服务,加速用户星座组网建设。

目前,天仪研究院2024年太空任务尚有余量,期待与您合作。