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航天科技与医疗健康密不可分。那样,航天科技有什么医疗成就?将来又有哪些新的航天+医疗的科技值得期待呢?
航天员正在对培育血管试验进行监测
1970年,赞比亚尤肯达修女曾给美国宇航局写信,问道:现在地球上还有这么多孩子子吃不上饭,美国宇航局如何舍得为远在火星的项目花费数十亿USD?随后美国宇航局的科研职员给她回复道:太空探索不只给人类提供一面审视我们的镜子,它还能给大家带来全新的技术、全新的挑战和进取精神,与面对严峻现实问题时依旧乐观自信的心态。
肯尼亚修女给美国宇航局的信
到了现在,大家平时常常用到的尿不湿、浓缩果汁、太阳镜、CT检查、水净化器都始于航天科技的需要和进步。伴随医学技术的进步,临床医学、医疗器械与理工学科的交叉融合进步,已经成为医学革新的主要方向之一。航天医学作为特种医学,对进步载人航天事业起到要紧的保障用途,航天医学的进步也很大推进了整个医学技术的进步。航天医学保障航天员健康的办法、药物和器械,不少已用于解决普通人群的有关健康问题。
医学与生物研究是目前太空实验的重点,也是国际空间站探寻合伙人的最佳选择项目。美国和俄罗斯在国际空间站实验舱的科研项目中,医学与生物研究分别占到43%和32%。而生物工程也是另一重点范围,比如研究、制备在医学、生物学和药物学方面有潜在应用价值的生物材料,如微生物、细菌、植物细胞和动物胚胎中的蛋白质晶体。
日常有什么医疗器材和仪器源于航天科技?
伴随地面应用场景的不同,不少太空科技已转化成不一样的药物和医疗器械,为人类疾病的诊治带来了很多便利。在失重环境中,航天员面临着骨质疏松的风险,所以航天员天天都需要进行体能训练,还需要每周摄入少量的二磷酸盐。后来发现,类似如此的药物同样让面临骨质疏松风险的中老年人受益。
半透明多晶氧化铝,是高强度、高透明度的陶瓷材料,刚开始应用于航空航天范围,后来科研职员发现可以将这种材料应用于透明牙套范围,目前它已成为最成功的牙齿矫正商品材料。
牙齿矫正材料
国际空间站的机械臂是国际空间站上搬运重物、飞船对接和平时维护工作的有力助手,可以辅助或替代航天员拓展高困难程度、高危险的工作。受这项技术的启发,大家研发出了医疗范围的机械手臂,用于去除脑部肿瘤等精密手术,其精准和专业程度完全不亚于资深的外科大夫。
加拿大机械臂
太空中的失重环境会改变人类双眼移动和感知运动的方法,航天员在天上待的时间长了,总是没办法灵活地像地面一样控制双眼看向想看的地方,高科技眼动仪非常不错地解决了这个问题。目前眼动仪也被用在激光眼科校正手术中,以确保激光束的准确定位,以达成对病人的眼部进行实时、准确跟踪,并在无需外科大夫的介入状况下,精确地指挥激光手术刀。
大家在呼吸时会释放一些一氧化氮微粒,当一个人呼吸道发炎时,呼气中的一氧化氮含量会增加。为了发现航天员的潜在炎症,欧空局研发了一种可以准确测量一氧化氮含量的仪器。现在这项技术已被用于哮喘患者的诊治。
航天员测试呼吸测试仪
太空的失重环境使航天员患肾结石的风险加强,而且一旦在太空形成肾结石,会诱发感染和并发症,威胁航天员健康,影响太空任务完成。美国宇航局研发出一种手持式超声波装置,可以测试、移动、粉碎结石,使它们更容易排出体外。这项技术给地球上海量的肾结石病人带来了福音。
太空中的水资源极其宝贵,为此科研职员研发出高效而安全的净水循环处置技术。这项技术也可以用来从透析液中去除有毒废物,于是诞生了透析机,帮助了很多重病患者的治疗。
过去十几年,一组科学家跟踪航天员,研究他们在太空中是怎么样抓紧物体的。通过航天员抓取小物体的训练数据,剖析失重环境里的生活怎么样影响他们的抓握能力。航天员们在进行灵巧性测试实验时,会手握一个特制传感器,睁开双眼,然后闭上,以评估身体怎么样适应没向上或向下的环境。这类实验结果帮助科研工作者为残疾人设计了更为灵巧的假肢。
将来还有什么值得期待的航天科技研究?
干细胞生物学是21世纪引人瞩目的研究范围之一,是组织工程和再生医学研究的上游学科。干细胞的要紧功能是保持和控制细胞的再生能力,它具备自我更新复制能力和多分化潜能,它可分化为多种组织细胞种类。科学家们已经借助航天科技,剖析在空间失重环境下的干细胞的增殖与分化状况,研究借助空间微重力独特的条件下干细胞怎么样进行大规模扩增和组织工程构建。
海外的科学家还筹备基于人类干细胞,用3D生物打印技术开发太空人造微型心脏,然后这类心脏组织结构将被发送到国际空间站,以深入知道微重力怎么样影响人类心脏的功能。科研职员期望这或有助于更好地理解心脏萎缩——这是一种心脏组织的降低和弱化,致使向身体泵血困难。而失重环境会致使如此的问题,可以非常不错地模拟虚弱的心肌致使的晕厥、心律不齐、心脏瓣膜病,甚至心力衰竭问题。心脏萎缩及有关疾病是现在医学界的要紧课题之一,患有糖尿病、肌肉营养不好的和癌症与败血症和充血性心力衰竭等疾病的人,常会出现心脏功能障碍和组织损伤。
可打印出微型人造心脏的3D生物打印机
国内的科学家同样不遑多让。2017年4月,国内天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功对接,不只完成了送货任务,还搭载了不少科学实验。其中一项实验就是“微重力环境下胚胎干细胞培养实验”,通过普通光合荧光显微成像技术察看干细胞在太空中增殖和分化过程,并通过细胞荧光信号强度变化与细胞的形态变化特点,判断小鼠胚胎干细胞在太空失重环境下多潜能基因的自我更新和细胞分化状况。
除此之外,地球上因为重力有哪些用途,细胞一般沉降到培养皿的底部,而很难像人体内细胞一样自组织起来并形成像血管如此的结构。通过实验科学家发现,在失重环境中,血管中的细胞则会以像人体内细胞的方法组织起来,形成为简单的三维结构。科学家表示,这类管状的聚集体就像原始的血管,这是在地球上培养细胞之前从未达成的。假如可以借助人类细胞中培养出人造血管,将具备治疗多种疾病的巨大潜力,不仅能够将它用于外科手术,帮助需要移植的病人替换受损的血管,还可以增进大家对一系列与血管有关疾病与失重对人体影响的认知。
欧空局在国际空间站培育血管的设施
以往国际空间站承担了大多数的空间试验任务,而将来大家中国我们的空间站也会发射升空,其规划部署了密封舱内的16台科学实验柜、舱外暴露实验平台与共轨飞行的实验舱,可以支持在轨推行天文、生命科学、生物技术、航天医学、空间物理等方向的科学研究与应用项目。2019年6月12日,中国空间站第一批空间科学实验国际合作项目入选结果正式公布,共有17个国家、23个实体的9个项目成功入选,入选项目内容涵盖了上述前沿科学范围。
截至2023年8月,中国空间站航天医学实验范围任务主要围绕长期失重对航天员健康的影响与防护技术研究、空间辐射对航天员健康的影响与防护技术研究、航天员行为与能力研究、一流的在轨监测与医学处置技术研究和传统医学航天应用技术研究等5个研究方向,布局拓展49项航天医学革新性实验研究。
比如为航天员长期健康驻留提供技术储备和支撑,打造了系列在轨测试与干涉技术。这类技术具备高效、无创、易操作、可穿着打扮等特征,也可用于大众健康,如骨丢失对抗仪、穿着打扮式穴位刺激仪等可应用于退行性骨质疏松、肌肉萎缩等人群;生物节律导引技术可用于改变和提高睡眠水平;基于超声的无创颅内压测量技术为高颅压视神经水肿等眼颅重压有关范围研究提供了要紧借鉴和参考。脑力疲劳测试、干涉、智能照明和警觉度迅速提高技术可为长期航海、地下密闭空间等特殊环境作业人群能力测试、保持与提高提供技术支撑。
网站建设为应用,空间站运营与进步工程既聚焦太空长期存活面临的医学和人因等有关科学问题,也关注围绕人类健康和人能力发挥的前沿热门;与国家脑科学等国家重大科研计划结合,系统拓展基础性、前瞻性、探知性研究,为载人航天持续进步提供理论支撑和技术储备的同时,造福大众健康。(以上三段转载自中国载人航天工程办公室)
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