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3D 生物打印在过去几年中发展迅猛,能够制造简单和复杂的组织模型。国际航天机构已经认识到这些技术为太空基础研究制造细胞和组织模型提供了独特的机会,特别是研究微重力和宇宙辐射对不同类型人体组织的影响。此外,生物打印能够生产临床适用的组织移植物,因此其在太空中的实施可以支持宇航员在未来长期和远距离太空任务中的自主医疗治疗选择。本文讨论了在太空条件下(主要是在微重力条件下)操作不同类型的生物打印机的机会和挑战。虽然一些工艺步骤(其中大部分涉及液体处理)在微重力条件下具有挑战性,但这种环境可以帮助克服低粘度生物墨水中细胞沉降等问题。希望该出版物能够激励更多的研究人员参与该主题,并在不久的将来在国际空间站(ISS)提供公开的生物打印机会。
服务过程中工程材料的突然损害始终是一个挑战,材料科学家已经提出了许多努力,以解决此问题。这激发了各种合金的设计,例如不锈钢,变形和隔离的钢,亚稳态Ti合金,并最近开发了高熵合金(HEA)。从单相到多相HEAS的连续不断发展的旅程表现出了出色的工作性能,这是金属系统中改善抗衰竭性所必需的。与此相一致,最近开发的变换高熵合金(T-Heas)在常规处理,严重变形和激光辅助的3D印花后,在提高的损伤耐受性(σUTS〜1.2 GPA和延性〜20%)方面表现出有趣的结果。这些结果归因于由于缺陷附近转化诱导的可塑性(TRIP)效应,应力浓度区域内的局部WH活性。结果,这些T-HEAS中存在的缺陷是通过显示出明显的转化诱导裂纹延迟(TRICR)效应来延迟损害的位点,从而提高了服务过程中的故障阻力。
在这些突破之后,学生项目“Lotus”被提交到 Parabole 2022 竞赛,这是一个在法国航天局及其子公司 Novespace 组织的抛物线飞行活动期间在微重力条件下测试学生项目的机会。由 5 名国际学生组成的团队将描述和分析创新折纸结构模型的部署和折叠,以用于当前和未来的太空应用,特别是可部署栖息地、燃料箱或其他资源容器(如小行星和风化层)的体积;三个立体摄像机将以不同的设定速度捕捉几何形状。为了最大限度地提高科学回报,将测试几种形状和几何参数:建议测试三种不同的结构,主要受实验可用体积的限制。测试的模型将尽可能与全尺寸模型相似,由太空级聚酰亚胺制成,并将在接近 0g 的条件下评估它们的动力学,以获得尽可能准确的部署环境。这些结果将与具有类似实验装置的地面实验进行比较。
有两种方法可用于研究微重力对细胞的影响——使用地球上的模拟微重力 (sim-µG) 或将细胞送入太空 (SPC-µG)。我们最近报告称,人类神经干细胞 (NSC) 在太空中的增殖速度比地球上的地面控制 (GC) NSC 高出七倍。在这里,我们使用延时显微镜确定在 sim-µG 和 SPC-µG 中都有两个细胞亚群,它们以体细胞直径的差异来区分。在 SPC 飞行的 NSC 与 GC 的情况下,直径超过 10 µm 的“大”细胞(归类为大)的比例明显更高,占测量总群体的 81%,而 GC 细胞中“大”NSC 的比例要小得多,为 49.2%。暴露于 sim-µG 后,细胞直径小于 10 µm 的“小” NSC 百分比为 45%,而直径较大的 NSC 数量增加到 55%。相对于在 1G 中维持的对照 NSC,大多数 (72%) 这些细胞是“小”的,而 28% 的 NSC 大于 10 µm。因此,目前的研究表明,SPC-µG 暴露产生的“大” NSC 比例不仅比 GC 细胞大,而且比 sim-µG 处理的细胞大。将 SPC-NSCs 分泌组添加到幼稚 NSC 中会增加增殖和细胞大小。30 小时后,细胞出现不健康形态的迹象,揭示了 SPC_NSC 分泌组的有害影响。
空间领域多元化:开发微重力生物研究技术 Sarah Kessans 博士,坎特伯雷大学产品设计学院讲师 sarah.kessans@canterbury.ac.nz 目前全球空间经济价值接近 4000 亿美元,预测者估计未来 20 年该领域的增长将达到 1-3 万亿美元。目前,通信和地球观测卫星以及将它们送入轨道的运载火箭主导着该行业。随着发射频率的增加和小型卫星相关成本的下降,利用空间进行更广泛应用的机会已经打开。在过去的二十年里,国际空间站 (ISS) 提供了一个微重力平台,用于进行数千项研究实验,研究新材料、燃料、先进机器人、植物生长、微生物学、人体生理学和一系列其他科学主题。在 ISS 的独特环境中进行的研究带来了临床生物医学应用、创新制造能力和地球上不可能实现的药物开发。然而,进入国际空间站非常困难,成本高昂,空间和机组人员资源有限,发射实验的准备时间也很长。小型卫星技术的进步使得为商业和学术研究应用提供更方便、更经济高效的平台成为可能。新西兰拥有独特的优势,可以利用其制造能力和频繁的国内发射服务来开展世界领先的微重力研究,支持航天工业以及我们高等院校、皇家研究机构和商业行业的广泛知识和技术能力。通过利用立方体卫星和其他小型卫星上的微重力研究设施,我们的科学家和工程师将有机会促进一系列行业的尖端太空研究。在这次演讲中,莎拉将讨论她和她的团队如何开发太空生物研究技术,为新西兰的航天部门提供宝贵的新机会,同时为生物医学和初级部门创造解决方案。
蒸气压缩循环(VCC)是一项有前途的技术,可用于对未来太空飞行器的制冷需求,因为它们通常很高的冷却COP。然而,由于微重力,在启动过程中液体淹没压缩机的风险。因此,为了更好地为微重力应用制备VCC,了解两相制冷剂对启动过程中重力的依赖性很重要。在这项工作中,在VCC的启动时评估了液态洪水,并考虑了被动压缩机保护的可能性。实验设置具有两种配置。在第一个中,可以在透明管中观察到两相现象,并且可以测试不同的管插入,以作为其作为液体洪水阻塞的有效性。在第二个配置中,可以评估来自商业蒸发器的液体洪水的不同电荷水平。结果显示,管插入对直管中液体洪水的明显影响,发现毛毡管插入最有效地阻碍了流动。蒸发器测试结果还显示了液体洪水参数与电荷水平的密切相关性,并且仅显示出对蒸发器方向的微小依赖性。
在生物学和物理科学中微重力研究的重要性这一基本的生物学和物理科学研究是进入创新的生物学和技术突破的渠道。例如,通常植物的根源向下生长,在那里他们很容易吸收水和养分进入土壤。在太空中,根部朝各个方向生长,水和其他必要的植物食品漂浮。与植物在太空中的研究致力于系统研究,这些研究探讨了高等植物生活中各个阶段重力扮演的作用。研究的重点是重力与其他环境因素与植物系统的相互作用,并使用超重力,模拟的低重力和微重力作为提高植物生物学基本知识的工具。研究结果为进一步的人类探索空间的努力做出了贡献,并通过在医学,农业,生物技术和环境管理中的应用来改善地球上的生活质量。
本文介绍了一种静电悬浮器中高速样品检测和位置控制的方法。该算法使用从两个 CCD(电荷耦合器件)相机获取的图像,可以在各种工艺条件下对样品位置进行稳健可靠的检测。结果表明,与 PSD(位置敏感检测器)系统相比,尤其是在恶劣环境和微重力条件下的自主操作期间,该方法有改进。在 7 mm × 7 mm × 7 mm 的悬浮区域内,可以三维方式检测半径为 0.6 mm 至 1.1 mm 的样品的位置,精度为 ± 40µm。两个正交排列的相机以 260px × 260px 的分辨率记录图像,用于每 5 毫秒计算一次位置。还介绍了三个轴的控制模型和相应的位置控制器。该系统在实验室和微重力条件下的落塔、抛物线飞行和 MAPHEUS 探空火箭上成功进行了测试。