神九首次启用医监系统 袖珍组件装备“太空医院”

　　神舟九号确定第一发射窗口时间为6月16日下午，这一消息令襄阳航天四十二所科研人员兴奋。记者从42所“神九”科研通报会上获悉，该所自主研发的三大产品将护卫“神九”航天员与天宫一号交会对接，其中航天员医监生化检测组件将首上太空。

　　此次随“神九”发射升空的航天员医监生化系统，为实时监测、保障航天员身体健康而设计，其中的医监生化检测组件由42所自主研发。该组件由特殊材料加工而成，能在太空极端环境下准确收集、监测待测样本。

　　历时4年研发

　　“当年接受设计任务时，我们脑子里只有概念。大后天下午，医监生化检测组件将迎接‘神九’发射的大考。”12日上午，襄阳航天四十二所医监生化项目负责人、分析测试技术专家马新刚，在介绍医监生化检测组件时，深情回顾4年半时间一路走来的酸甜苦辣。

　　2007年11月，四十二所承接有关方面下达的医监生化项目研发任务。此前，这一项目因难度太大被北京某科研单位放弃。“要把组件做成什么样子，当时心里没底。”马新刚介绍，生理监测组件设计工艺极为复杂，材料应用面临前所未有的挑战。42所召集精兵强将组成项目组，两个月后，设计方案通过评审，11个月后拿出模样产品。2009年5月，产品在总装测试中因关键技术“卡壳”。围绕材料配方展开的3次技术攻关，一直持续到2010年10月，试样终在地面模拟联调中达标。

　　今年5月，医监生化检测组件正式交付使用，参研人员翘首期盼“神九”发射。“这几年，我们辗转于襄阳和测试基地之间，没跟家人享受过完整假期，但感觉很值得!”面对大考，马新刚表示，心怀科学态度，我们很有信心。

　　“袖珍”但不简单

　　“神九”飞船与“天宫一号”交会对接后，三名航天员将在空间站工作、生活多天。太空生活对他们的身体会有什么影响?如何保证他们的身体健康?为了解决好这些问题，“天宫一号”特地为航天员们配备了一套医监生化检测系统，就好象是一个小小“太空医院”，对航天员各项生理指标实施全程“医学监护”。

　　在众多的监测任务中，一项重要任务就是对航天员尿液进行检测，对相关生理指标进行实时监控。航天员在轨飞行中进行生化指标检测时，会用到一套样本采集、预处理和进样检测工具，这套工具就被称为“医监生化检测组件”。虽说只是一些操作工具，但由于是在微重力、空间有限的环境中使用，这些看似简单的工具一个个都不简单。

　　首先，所有组件都十分小。由于受总体空间限制，整个医监生化监测系统不大，用于样本采集、处理的工具就更小。大多类似于拇指大小，最大的也大不过一个巴掌。三人多天要用到的全部检测组件装在一个盒子里，宽不过15公分，高不过20公分。“麻雀虽小，五脏俱全”，虽然是“袖珍”工具，其功能性结构设计却一样都不能少，而且必须尺寸精确、设计精细;其次，这些工具用起来要方便、简单，在微重力环境下通过“傻瓜式”操作就能实现以“ l”(1ml=1000 l)为容量单位的精准定量，确保微量取液准确、可靠;第三，所有组件材料要求十分严格，必须在太空环境下无毒、耐酸碱、耐高温，并且不对样本的生化指标不产生任何干扰，以确保数据的准确。

　　材料是关键

　　“最难的是材料的非特异性吸附性能，要求所使用的材料对某化学元素的响应值要达到10-6”!马新刚研究员介绍说。正是“非特异性吸附性能”这个一般人无法弄懂的生化名词让课题组绞尽了脑汁。2010年，课题组对研制的材料进行检测，结果超出指标要求十万八千里。材料配方调试了N次，依然达不到10-6的指标要求。

　　“最终，我们还是依靠‘科学的眼睛’找到了问题的所在!”马新刚所指的“科学的眼睛”就是先进的分析测试技术。项目组通过近200次分析检测实验，发现研制的橡胶材料吸收了生化检测液中的一些化学物质，同时又释放出一些干扰物质。而且，生化检测液量越小，这种吸收、释放的干扰就越大。

　　如何把高惰性的“非特异性吸附”材料与橡胶基体相结合，同时满足其他各种要求呢?项目组制定了专门的攻关方案，一方面从工艺入手解决两种材料结合问题，一方面利用先进的分析测试技术，再次深入分析各种材料间的性能特性，重新调整材料配方。

　　多管齐下，项目组终于成功找到了一条“通关”路径：通过对橡胶表面进行特殊处理，提高其惰性。同时，改进组件的外壳工艺以满足硬度、透明度等要求，研制出了完全国产、无毒无害、满足生化检测要求的材料和适应微小复杂结构要求的成型工艺。在太空高低温交变、高真空、强紫外辐射、原子氧侵蚀等复杂环境下，这些检测组件性能稳定，完全满足不小于1年的储存、使用要求。

　　设计费思量

　　尽管预想周全，在预处理环节的设计时，如何通过简单操作就能实现样本有效气液分离还是让设计人员陷入了困顿。由于是微重力环境下进行微量取样，任何一丁点的气泡都会影响检测结果，气液分离处理必须彻底。可一般地面上气液分离都采取离心原理，到了天上，在尺寸有限的情况下样品如何实现高速旋转?用什么提供充足的动力?气泡和尿液分离后，又怎样才能不再混在一起?课题组采取了各种方法试验，不是气液分离不彻底，就是分离后气液又再次混合。

　　一次，负责离心器设计的研究员程福银在出差的火车上见到了一种“握力器”式的手动自发电手电筒，回到所里他马上动手开始类似设计。“那段时间，我们满脑子都是‘奇思怪想’，见到一个能转的东西都想试试!”。最后，解决问题的灵感却是来自音乐盒。程福银精心为只有手掌大小的离心器设计了一个手动提供动力的可变速离心系统，变速后离心端转速为初级转速的360倍，不仅达到了气液完全分离的目的，同时实现了“无源设计”。气液分离后的分离瓶，拿在手上虽只有拇指大小，但内部设计却是“暗藏玄机”，稳稳地将气泡和液体“固定”在了两端。

　　2012年4月底，在经过了气密性、耐高温性能等多方面的检验，抗拉、抗压破坏性实验、非特异性吸附实验评审和多次系统联试后，四十二所研制的医监生化检测组件顺利通过了有关方面的评审，正式交付，真正肩负起了航天员生命健康的监护职责。

（责任编辑：余渭霞）