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Die Astronautenbesatzung von Shenzhou 15 nutzte vor Kurzem das von meinem Land unabhängig entwickelte Zwei-Photonen-Mikroskop der Raumstation, um eine Verifizierungsexperimentmission im Orbit durchzuführen und war damit erfolgreich. Am 27. erfuhr der Reporter vom Zwei-Photonen-Mikroskop-Projektteam der Raumstation, dass dies das weltweit erste Mal sei, dass ein Zwei-Photonen-Mikroskop verwendet wurde, um während eines Raumflugs dreidimensionale Bilder der Epidermis und der oberflächlichen Dermis der Haut von Astronauten zu erhalten. Damit stehe ein neues Instrument für die zukünftige Gesundheitsüberwachungsforschung von Astronauten im Orbit zur Verfügung.

Die Zwei-Photonen-Mikroskopie-Technologie ist eine nichtlineare optische Bildgebungstechnologie, die auf Zwei-Photonen-Absorption und Fluoreszenzanregung basiert. Es zeichnet sich durch eine hohe Auflösung, eine starke dreidimensionale Tomographiefähigkeit und eine große Bildtiefe aus. Da herkömmliche Zwei-Photonen-Mikroskopiesysteme groß sind und die strengen Anforderungen an experimentelle Instrumente und Geräte im Orbit hinsichtlich Zuverlässigkeit, Volumen, Gewicht, Stoßfestigkeit und Vibrationsverhalten nicht erfüllen können, ist es der internationalen Gemeinschaft bisher nicht gelungen, den Betrieb und die Anwendung der Zwei-Photonen-Mikroskopietechnologie im Orbit auf der Raumstation zu erreichen.

Im Jahr 2017 leitete der Akademiker Cheng Heping, Direktor des Nationalen Zentrums für biomedizinische Bildgebungswissenschaften an der Peking-Universität, ein Team, das erfolgreich ein miniaturisiertes Zwei-Photonen-Mikroskop mit einer nur 2,2 Gramm schweren Sonde entwickelte und damit den Grundstein für die Entwicklung eines Zwei-Photonen-Mikroskops für die Raumstation legte. Im Jahr 2019 gründeten die Teams von Cheng Heping und Wang Aimin von der Peking-Universität, das Team von Li Yingxian vom China Astronaut Research and Training Center und das Team von Feng Lishuang von der Peking-Universität für Luft- und Raumfahrt mit starker Unterstützung des China Manned Space Engineering Office gemeinsam mit relevanten Unternehmen und Instituten ein Projektteam für ein Zwei-Photonen-Mikroskop für Raumstationen unter der Leitung von Cheng Heping. Das Projektteam überwand eine Reihe technischer Schwierigkeiten bei der Miniaturisierung von Mikroskopen und entwickelte im September 2022 erfolgreich ein Zwei-Photonen-Mikroskop für die Raumstation.

Das Bild zeigt die Abbildung der Oberflächenschicht der Astronautenhaut durch das Zwei-Photonen-Mikroskop in der Raumstation (Foto bereitgestellt vom Forschungsteam)

Dr. Wang Junjie, Mitglied des Projektteams und Assistenzforscher an der School of Future Technologies der Peking-Universität, gab bekannt, dass das Zwei-Photonen-Mikroskop der Raumstation am 12. November 2022 erfolgreich an Bord des Frachtraumschiffs Tianzhou-5 zur chinesischen Raumstation transportiert wurde und damit das weltweit erste Zwei-Photonen-Mikroskop im Weltraum sei. Vor Kurzem schloss die Astronautenbesatzung von Shenzhou 15 die Installation, Fehlerbehebung und den ersten Bildgebungstest des Zwei-Photonen-Mikroskops ab und konnte im Orbit erfolgreich In-vivo-Zwei-Photonen-Mikroskopbilder der Gesichts- und Unterarmhaut der Astronauten aufnehmen.

Berichten zufolge kann das Zwei-Photonen-Mikroskop der Raumstation die Hautstruktur der Astronauten und die dreidimensionale Verteilung der Zellen mit einer Auflösung im Submikrometerbereich deutlich darstellen und verfügt über die Fähigkeit, nichtinvasive mikroskopische Abbildungen der Struktur und Zusammensetzung der Hautoberfläche durchzuführen. Die Bildgebungsergebnisse zeigen, dass die dreidimensionalen Strukturen der Haut, einschließlich Stratum corneum, Stratum granulosum, Stratum spinosum, Basalzellschicht und oberflächlicher Dermis, deutlich erkennbar sind.

Das Bild zeigt die Abbildung der Oberflächenschicht der Astronautenhaut durch das Zwei-Photonen-Mikroskop in der Raumstation (Foto bereitgestellt vom Forschungsteam)

„Das Zwei-Photonen-Mikroskop der Raumstation ist eine wichtige Errungenschaft, die das Niveau meines Landes bei der Herstellung optischer Präzisionsinstrumente der Spitzenklasse widerspiegelt.“ Cheng Heping führte aus, dass bei diesem Verifizierungsexperiment im Orbit viele Neuerungen erreicht wurden, wie beispielsweise der weltweit erste Normalbetrieb eines Zwei-Photonen-Mikroskops im Orbit; der erste Normalbetrieb eines Femtosekundenlasers im Orbit des Landes; und die weltweit erste Beobachtung der Zellstruktur und Stoffwechselzusammensetzung von Astronauten im Orbit. „Diese liefern nicht nur neue Werkzeuge und Methoden für die Durchführung von Gesundheitsüberwachungsforschungen an Astronauten im Orbit auf zellulärer und molekularer Ebene, sondern bieten auch wichtige technische Mittel für die Durchführung von Hirnforschungen mithilfe der chinesischen Raumstationsplattform in der Zukunft.“