模拟微重力及病毒作用下神经细胞生物活性变化规律研究

空间环境会对人的骨骼、神经系统、免疫系统等产生不利影响,其中微重力条件是重要的影响因素。研究表明微重力条件下重组腺相关病毒(AAV)的活性会增加,也有研究表明病毒的活性变化和自噬有一定的关系。首先构建重组AAV病毒,并与增强型绿色荧光蛋白(eGFP)基因一起包装,并在微重力条件下感染U87神经胶质细胞和SH-SY5Y神经元;使用荧光显微镜和流式细胞仪等技术检测结果。经研究,微重力能促进AAV转导入细胞并促进基因表达,影响细胞的粘附能力,并能影响病毒感染受体的变化。为了检测自噬水平的变化,利用慢病毒构建了稳转株,通过荧光检测发现,微重力条件下自噬水平会增加。QPCR分析发现微重力下,细胞中内体增多,从而促进病毒的转运。这些发现有助于了解微重力对rAAV侵染神经细胞的影响,对基因治疗和在空间环境下研究病毒神经致病性的机制有重要意义。     

模拟微重力下骨髓间充质干细胞成骨分化潜能及分子机理研究

本文旨在研究模拟微重力环境对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响,重点研究mTOR信号通路是否介导这一过程。首先通过茜素红染色检验骨髓间充质干细胞的成骨分化情况;免疫荧光法对微丝和黏着斑蛋白Vinculin进行染色观察细胞骨架和细胞粘附性改变;蛋白免疫印迹实验检测mTOR信号通路关键信号分子p85α,Akt,p-Akt,S6K1,RhoA等的表达水平变化。结果显示模拟微重力会抑制骨髓间充质干细胞的成骨分化,造成细胞微丝结构和分布异常,细胞形态改变,黏着斑数量减少。这种抑制与mTOR信号通路的改变有关。本研究为空间环境下骨质丢失的分子机制提供了理论基础。     

miR92a-3p-miR25-3p-EZH2通路调控模拟微重力致神经炎症的机理研究

空间微重力是对人体功能产生不利影响的重要环境因素,在空间环境中神经细胞将会出现神经炎症,同时胞内外环境及内部调控因子会出现相应变化。本文主要探究了模拟空间微重力环境下星形胶质细胞胞内外神经炎症相关调控miRNA含量及炎症因子的变化,并对其中可能存在的调控机理进行分析。结果显示,组蛋白赖氨酸甲基转移酶(EZH2)对胶质细胞炎性活化起到关键作用,并与miR92a-3p、miR25-3p有着相互调控的关系,揭示了miR92a-3p、miR25-3p和EZH2信号调控途径与微重力条件胶质细胞的神经炎症自适应密切相关。     

空间站科学实验平台并联主动减振系统动力学建模研究

使用凯恩方法建立空间柜并联主动减振系统动力学模型,并对模型进行线性化,得到模型的状态空间形式。对空间微重力环境进行研究,设计并联主动减振机构对空间实验柜进行减振。空间微重力环境具有振动频率低、振动幅度小、随机振动强的特点,并联主动减振系统可以良好抑制振动干扰。并联主动减振机构由空间实验柜、直线型音圈电机、推杆、传感器组成,空间实验柜为减振对象。推杆通过柔性铰链将空间实验柜与空间站舱体连接到一起。控制器接受由传感器采集的空间实验柜加速度与相对位移信号,并驱动直线型音圈电机抵消干扰。最后,对系统线性化的动力学模型进行仿真,并与非线性动力学模型的仿真进行对比,对模型进行了验证。     

空间可展开天线微重力环境模拟研究现状与展望

为满足我国深空探测、空间站建设、探月工程等重大航天工程对空间大型可展开天线等新型卫星有效载荷平台快速发展的要求,对国内外空间可展开天线微重力环境模拟方法进行了综述.分别对落塔法、抛物线飞行法、水浮法、气浮法和悬吊法等典型重力补偿方法的工作原理及优缺点进行了分析,综述了国内外在此领域的应用及技术发展情况,综合分析并比较了5种微重力模拟方法的技术特点及适用范围,结合我国航天科技中长期发展规划的需求,从大型化、高精度化、多样化、通用化、高保真化等方面,提出了未来可展开天线微重力模拟的发展趋势及方向,旨在为我国大型可展开天线及其微重力环境模拟方法的基础理论研究及工程应用提供借鉴与参考.     

一种多功能空间生物培养实验装置研制

利用空间环境进行空间生命科学的实验研究已成为人类航天活动的重要组成,研究适合在空间微重力环境进行生物培养实验的科学装置显得尤为重要。为此,研制了一种能在空间环境下同时具有自动加注培养液且能自动控温的实验培养装置,采用气液隔离及热电制冷技术,并通过仿真软件实施控制环境温度、加注速度等参数,经在地面条件下实验验证,该装置完全能够实现培养液自动加注与自动控温等功能。     

FDM变重力成形试验研究

为了研究空间微重力环境下对FDM成形过程的影响,验证空间环境下FDM技术的适应能力,通过模拟试验方案的设计,研究重力对FDM成形的影响,间接验证了空间微重力环境下FDM技术的成形能力。成功打印了不同重力环境下的PLA标准试样,对比分析了试样的成形质量,测试并分析了其力学性能,结果表明,重力对FDM成形过程的影响作用较小,材料间的结合力是影响PLA熔融沉积制造成形性能的主要因素。建立并研究了微观环境下FDM成形过程的数学模型,得到了空间微重力环境下影响FDM成形的主要参数及其范围,为FDM技术的空间应用提供了技术支持。     

卫星对接捕获的地面微重力验证系统

以航天器（卫星等）在轨服务的对接捕获操作为研究背景，介绍了两卫星对接捕获系统及其对接捕获的接触动力学特性。基于硬件在环仿真原理,采用两地面工业机器人建立了两卫星对接捕获操作的地面微重力验证系统，模拟了在太空微重力环境下两卫星对接捕获操作过程中的接触碰撞的情况。利用该地面微重力验证系统，通过专门针对卫星火箭发动机喷嘴的接捕获机构实现了两卫星对接捕获操作。实验结果验证了在空间微重力环境下，基于硬件在环仿真原理建立的地面验证系统对卫星对接捕获验证实验的有效性。     

超声场在细胞层次上的生物学效应及其分子机制

作为一种强物理因子,超声的生物学作用一直备受关注,随着生物学的发展,人们对超声生物学现象及其机理的理解逐渐深入.重点综述了超声场在细胞层次的生物学效应,总结了不同参数的超声波在不同介质环境中对细胞的增殖的促进和抑制作用以及对细胞结构与功能的影响,并在分子层面上尝试对超声的生物学效应得机理给予解释.结合实验结果,对超声生物学效应的可能物理机制进行了初步探讨,并对该课题的研究前景进行了展望.     

空间细胞培养装置设计与流体动力学仿真优化

细胞培养装置可用于细胞生物学、空间生物技术和航天医学的研究。设计并制作了一种流加式细胞自动培养装置,可适用于空间、地面微重力环境下的细胞体外自动培养,定期给细胞培养板提供不同试剂定时定量的输入,满足空间细胞培养所要求的小型化、方便组装和高可靠性的要求。整体装置采用模块化的设计方法,利用Solid Works软件分别构建基础组件、试剂供应组件和培养组件三维模型,并使用Solid Works软件中Flow Simulation模块对细胞培养装置与细胞培养板连接的关键部件—针板,进行有限元分析和流体仿真结构优化,观察其内部通道的速度场和压力场,采用圆角替换直角的方法优化通道。仿真结果表明,该装置切实可行,能满足细胞培养装置所需条件,优化后的针板通道内流体稳定性更强,流速及压力分布更均匀。在地面环境中,优化后的针板在低、中、高流速下,流体在横向通道内的速度均匀度分别提升了95%、96%、94%,在纵向通道内的速度均匀度分别提升了68%、70%、72%。实验结果表明,流体在优化后针板通道出口流量更接近入口处泵的设定输出流量,设计的装置可用于空间生物技术研究。     

Numerical simulation and experimental research on the wheel brush sampling process of an asteroid sampler

To examine the environmental characteristics of the microgravity force and the weathered layer on an asteroid surface, a symmetric wheel brush asteroid sampler is proposed for the collection of particles on the asteroid surface. To study the influence of the wheel brush rotation speed on the sampling efficiency and the driving torque required for the wheel brush, the contact dynamics model between particles and sampling wheel brushes is established and a simulation and experimental verification of the sampling process are conducted. The parameter calibration of the sampled particles is studied first, and the calibrated particle parameters are used in the numerical simulation of the sampling process. The sampling results and the particle stream curves are obtained for the working conditions of different rotation speeds, and the effects of different parameter settings on the sampling efficiency are analyzed. In addition, a set of rotating symmetrical sampling wheel brush devices is built for the ground test, and the dynamic torque sensor is used to test the torque change of the wheel brush during the sampling process. The relationship between the speed of the wheel brush and the driving torque of the wheel brush motor is determined by comparing the simulation results with the test results. Results indicate that when the rotating speed of the wheel brush is faster, the sampling efficiency is higher, and the driving torque required for the sampling wheel brush is greater. Moreover, a numerical simulation analysis of the sampling process of the wheel brush sampler in a microgravity environment is conducted to determine the optimal speed condition, and the brushing test of the wheel brush sampler in the microgravity environment is verified with the drop tower method. This research proposes the structural optimization design and motor selection of a wheel brush asteroid sampler, which provides important reference value and engineering significance.     

KEY TECHNIQUES OF MULTI-BODY MODELING OF OCCUPANT RESTRAINT SYSTEM OF VEHICLE SIDE IMPACT

Based on multi-body dynamics, the simulation models of auto-side structures and occupant's dynamic responses are set up, using the occupant injury simulation software MADYMO3D. These models include auto-body structure, impact barrier, seat and dummy. Definitions of multi-body and joints and dynamics properties of joints based on FE combination models, of model setup are introduced. Kelvin element of MADYMO is introduced to show the force action between non-adjoining rigid bodies, too. Then all examples of the methods mentioned are given. By the comparison of simulation and real test, the contract curves between simulation and real test for main structures and biology mechanics properties of dummy are obtained. The result shows the accuracy and validity of the models.     

面向航天医学应用的体液预处理仪研制

本文基于微流控技术研制了面向航天医学应用的体液预处理芯片及仪器,以便对航天员体液进行医学检测。体液预处理芯片集成了驱动液体和控制流路的微泵微阀,通过控制微泵微阀可实现从进样、不同功能的预处理到输出样品整个过程的自动操作。此外在常规样品预处理功能的基础上,还集成了排气泡功能,使预处理芯片能够在太空微重力环境下对有气泡的体液进行体液预处理。预处理仪集微泵微阀驱动机构和芯片液面位置检测机构于一体,能够实现多种体液预处理模式,且与芯片间无需任何管路及电连接,方便芯片更换。利用有限元仿真软件对预处理仪进行了航天环境下的各项力学分析,包括模态分析、加速度过载分析、正弦扫描分析及随机振动分析,得到了预处理仪机械结构在不同载荷条件下的应力分布,结果显示最大应力值为57.37 MPa,经过校核得知满足航天环境强度要求。最后,基于制作的排气混合预处理芯片进行了预处理实验,结果表明芯片的排气和混合效果良好。     

High-aperture cryogenic light microscopy

Living cells are highly organized in space and time, which makes spatially and temporally confined manipulations an indispensable tool in cell biology. Laser-based nanosurgery is an elegant method that allows precise ablation of intracellular structures. Here, we show cutting of fluorescently labelled microtubules and mitotic spindles in fission yeast, performed with a picosecond laser coupled to a confocal microscope. Diverse effects from photo-bleaching to partial and complete breakage are obtained by varying the exposure time, while simultaneously imaging the structures of interest. Using this system we developed an efficient technique to generate enucleated cells without perturbing the distribution of other organelles. This enucleation method can be used to study the cytoskeleton in a nucleus-free environment, as well as the role of the nucleus in cell growth and a variety of cellular functions.     

基于细胞运行机制的产品开发活动控制模型研究

为更好地描述产品开发活动内部运行机制,构建了基于细胞运行方式的产品开发活动控制模型。分析细胞运行过程,借鉴DNA通过编码蛋白质来实现对细胞功能和外部特征控制的作用机制,提出产品开发DNA、活动执行要素以及执行功能体概念,在此基础上建立产品开发活动控制和执行过程模型。     

基于细胞运行机制的产品开发活动控制模型研究

为更好地描述产品开发活动内部运行机制,构建了基于细胞运行方式的产品开发活动控制模型。分析细胞运行过程,借鉴DNA通过编码蛋白质来实现对细胞功能和外部特征控制的作用机制,提出产品开发DNA、活动执行要素以及执行功能体概念,在此基础上建立产品开发活动控制和执行过程模型。     

不同侧碰试验形态的车辆结构耐撞性研究

基于侧面碰撞对乘员伤害的严重性,应用计算机仿真方法开展轿车侧面碰撞研究,通过对车身侧面结构变形、能量响应、加速度响应、乘员逃生空间等方面的深入分析,揭示不同侧面碰撞形态的碰撞特性,并据此提出了相应的改进措施。结果表明:与车对车侧面碰撞相比,车对障碍物侧面碰撞增大了对乘员造成更严重的损伤的风险,对车身的耐撞性提出了更高的要求,通过提高门槛梁、地板横梁强度可以有效的提高车辆抗柱撞的车身结构安全性。     

商用车摆锤正面撞击试验和仿真

介绍了ECE R29<关于就商用车驾驶室乘员保护批准车辆的统一规定>中商用车驾驶室的试验方法和性能要求,开发了用于商用车驾驶室正面撞击试验的检测试验装置,用该套装置对轻型载货汽车进行了正面撞击试验;进行了正面碰撞仿真,对试验结果和仿真结果进行了比较和分析.仿真分析与碰撞试验得到的整车变形趋势比较吻合;在检验驾驶室生存空间的主要特征尺寸上,仿真分析结果与试验结果比较接近,从数值上看,仿真结果略低于试验值.