作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2024/3/4 10:32:35
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光纤、水泥、扁虫、蛋白质上过太空,它们有了“超能力”

 

我们有幸生活在地球上,这是一个有大气保护、中等温度且有所谓“相对正常”的重力水平的地方。如果我们到一个条件不同的地方,日子可能不会这么好过。

例如在太空中。太空中几乎没有重力,人们的骨骼会变得脆弱,甚至不知道自己是否饿了,因为人们在没有重力的情况下无法感觉到自己的身体正在发生什么变化。因此,零重力对人类来说并不友好。然而,这并不意味着一切都会在失重状态下“宕机”。事实上,有些东西反而变得更强大了。

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蛋白质晶体在空间站Kibo模块的微重力下形成。
图片来源:日本宇宙航空研究开发机构  

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各公司竞相研发来自太空的奇异玻璃纤维:ZBLAN。
图片来源:国际空间站美国国家实验室官网  

缺陷更少的光纤材料

“超纯氟化物”(ZBLAN)是一种特殊光纤材料,主要用于医疗产品、光纤激光器和近红外等领域,长期以来一直被认为是太空制造业的杰出产品。

根据美国国家航空航天局(NASA)的研究,在微重力环境下制造的ZBLAN,比在地球重力作用下制造的更加光滑、清晰,还可能防止缺陷的出现。

据太空新闻网2月23日最新消息,美国硅谷初创公司“缺陷光子学”两周内在国际空间站(ISS)上生产了超过5公里的ZBLAN,其目标是利用ZBLAN制造海底电缆。ZBLAN比二氧化硅(海底通信电缆中的光纤玻璃)透明得多,透明度的提高意味着信号衰减更少。未来,该公司计划在太空中利用微重力继续制造更多的预成型件。

更加坚固的微重力水泥

水泥是人们建房子所需的最基本材料。据2019年发表在《天文学杂志》上的论文,ISS的宇航员首次在微重力环境中成功地混合了水泥。结果出人意料:与地球上加工的水泥相比,空间站上加工的水泥样品的微观结构发生了很大变化。

研究人员将水泥的基本成分送到ISS,然后将水和水泥的主要矿物成分硅酸三钙在袋中混合,通过水化过程使其硬化42天。结果表明,微重力混合的水泥确实能像在地球上一样固化。

地球上的水泥由于重力作用具有分层结构,而ISS缺乏重力,因此混合水泥的密度非常均匀,这意味着太空水泥更加坚固。同时,太空水泥存在着更多的空隙,孔隙度也会明显影响水泥材料的性能。这一结果标志着人类向“在月球上就地建房”这一目标迈出的重要一步。

“异形”再生的双头扁虫

第一批被送上太空的动物并不是名叫“莱卡”的流浪狗,而是一群果蝇。1947年2月20日,果蝇搭乘V-2火箭登上了临界太空,然后返回并存活下来。科学家试图探索太空的辐射环境对有机体的影响,因此选择了在基因上与人类相似的果蝇。今天,人们仍然用火箭运送简单的无脊椎动物,只是为了看看会发生什么。

据ISS美国国家实验室官方网站介绍,2015年1月10日,15条扁虫通过SpaceX-5商业补给任务发射升空。这些扁虫被切掉头部和尾部,安置在一个一半充满空气、一半充满水的管子里,然后在ISS待了5周。扁虫是种具有很强断肢再生能力的动物,将一只扁虫腰斩,断肢能分别发育成两个完整的个体。然而返回地球后,它们发生了神奇的变化,直接从一个躯干长出了两个头。

惶恐的科学家把扁虫的两个头都切掉后,结果两个头又长了出来。太空永久地改变了这些扁虫。科学家希望通过研究扁虫上天前后的变化,了解太空环境对人体的影响。

性能更强的“太空蛋白质”

当人们在太空中制造药物时,药物性能也会变得更强大。

蛋白质晶体生长实验是太空飞行活动中的重要项目。在地面上,受重力影响,单一纯净的蛋白质晶体很难制成,而太空中独特的微重力环境能让蛋白质更加舒展、充分地结合,更好地过滤杂质,最终形成纳米级、高纯度、高均匀度的蛋白质晶体。

NASA一直致力于ISS的蛋白质晶体生长实验。截至2021年,制药公司和学术研究人员已在ISS进行了500多项蛋白质晶体生长实验,这是迄今为止在空间站进行的最大的单一类别实验。他们对蛋白质晶体进行了修改,促进了一种治疗结核病的新药的发现,同时还找到了新的抗癌药物输送机制。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)也是活跃于微重力蛋白质晶体生长研究的机构之一。其中一项研究检查了与杜氏肌营养不良症相关的蛋白质的晶体结构。微重力结晶研究产生了几种有前途的化合物,包括一种名为TAS-205的分子。

此外,大型制药公司也越来越重视微重力环境下晶体生长为药物研发带来的益处。例如,默沙东公司的PD-1药物就源于ISS的蛋白质纯化与结晶试验。早在2019年,默沙东就发表研究报告称,微重力条件下的蛋白质结晶提高了其肿瘤药物Keytruda的效力。据今年2月最新消息,该药物2023年销售额已超过修美乐,成为全球新晋“药王”。

 
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