微流控芯片在航天医学领域中的应用前景分析

随着人类载人航天活动的深入发展及空间技术的不断进步，空间生命科学已成为空间科学与应用中极其重要的组成部分，其中航天医学与医学工程在载人航天和长期在轨科学研究中具有重要地位，深受各国政府和科学家的重视。

目前，微流控芯片技术已经在空间生命科学研究得到初步应用。2006 年 12 月 ，美国“发现号 ” 航天飞机 STS-116 任务组首次将可以进行革兰氏阴性细菌检测的芯片带入太空，开创了微芯片技术在空间实验领域应用的先河，目前已经用于国际空间站。欧洲航天局 2007 年 9 月发射“Foton-M3”航天器实施近地轨道测试，太空舱上安装了“生命迹象检测芯片”，具备检测 2000 个物质的能力。该芯片并非真正意义上的微流控芯片，是基于怀孕试纸原理的免疫基因探针阵列芯片。2011 年11月 ，我国“神舟”8 号飞船搭载了由北京理工大学自行研制的微流控芯片基因扩增装置并成功完成了 8 种基因的扩增实验，成为世界上第三个将微芯片技术应用于空间生物学研究的国家。这些成果和研究说明微流控芯片技术在空间环境下应用的条件已经具备。

航天员在太空中工作、生活，需要对航天员的内分泌系统、心血管系统、淋巴系统等生理生化指标进行监控，但在空间环境下，细胞及样品受到微重力、高能辐射、节律变化、温度、冷黑背景、噪声等因素的协同作用，实施传统的检测 ( 生化分析仪、 血液分析仪等) 十分困难，操作繁琐，限制了人们对细胞及人体其他生理指标的研究。微流控芯片体积小，所需样品试剂量小，低功耗，易操作，恰好符合航天医学的研究要求。可以利用微流控芯片对航天员的血液、尿液以及其他代谢物进行检测，从而对其身体健康状况进行监控。另外，这些技术还可为航天员的选拔、训练、医监医保系统和充分发挥人的作用提供依据。

随着微电子技术和微机电系统技术（MEMS）的发展，目前已经能够在微芯片上加工出各种微管道、微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件、窗口和连接器等功能元件，可以把生物和化学等领域涉及的样品制备、生物、化学反应和分离检测等基本操作单元集成于几平方厘米大的微流控芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析，成为能够独立完成某些实验任务的芯片实验室 ( Lab-on-a-Chip ) 。依托MEMS技术的微流控芯片设备将成为生物、医学和化学等领域小型化设备的重要发展方向，并有望在空间科学研究中发挥重大作用。

因此，随着微流控芯片技术的日趋成熟和完善，及其在临床检验及航天医学领域应用的不断发展，微流控芯片必将会在航天医学及空间生物学等领域发挥极大作用，显示出良好的应用前景。

与传统技术相比，微流控芯片技术在血液检测研究中已经展示了其快速、高通量、低消耗、易于集成化、便携化的独特优势，大大改善了传统检测技术消耗大、耗时长、操作步骤繁琐等缺点，使其成为血液检测技术新的发展领域。此外，因其成本低、易操作，也为其成为便携式集成化的检测方法奠定了基础，从而可能在航天医学与医学工程等特殊、极端环境下得到应用。近年来，随着人人们对生物样品分析的微量化、快速和集成化的需求逐渐增高，以及微电子技术、微机电技术的不断发展，在不远的将来，必将在很大程度上促进微流控芯片技术的不断完善，使得其检测精度将有望达到临床检验仪器的要求；体积将更加小型化，达到几十立方厘米；检测所需样品量更少，只需几微升左右；检测时间将进一步减少，在几分钟内即可完成检测。结合远程医疗技术，有望实现个人生理生化指标的即时检验，对保障航天员的健康和应急救援具有重要的应用价值。