渗析膜——航天医学与空间生命科学实验的“分子分离平台”

在航天医学和空间生命科学的研究领域，渗析膜是支撑在轨生物实验、航天员生理监测的核心“分子分离平台”。不同于其他压力驱动或者电场驱动的分离膜，渗析膜依靠分子自身的浓度差实现物质分离，不需要额外的驱动能源，不会对生物活性分子产生任何剪切破坏，完美适配空间生命科学实验对生物样本活性保护的严苛要求。

在空间微重力环境下，人体的生理代谢会发生显著变化，航天员的血液、尿液中的生物标志物浓度会出现细微的改变，这些变化是研究空间失重生理效应的核心依据。传统的航天员生理监测手段，只能通过在轨离心机、生化分析仪等大型设备进行定期检测，无法实现对航天员生理指标的实时连续监测。而基于渗析膜技术的在轨微创动态监测系统，只需要将一根搭载渗析膜的微型探针植入航天员的皮下组织，利用渗析膜的孔径筛分作用，让血液中的葡萄糖、乳酸、细胞因子等小分子生物标志物透过膜进入收集管路，同时阻挡血细胞、蛋白质等大分子物质，就可以在不损伤生物活性的前提下，实现对航天员生理指标的24小时连续监测。

这套基于渗析膜的生理监测系统已经在中国空间站得到了应用，科研人员专门开发了孔径精确控制在20纳米的聚醚砜渗析膜，膜的生物相容性经过了严格的空间级验证，植入人体后不会引发排异反应。通过这套系统，地面科研团队可以实时获取航天员在轨期间的血糖变化、代谢速率等核心生理数据，为研究失重环境下的人体代谢规律提供了前所未有的高精度数据支撑。在神舟十八号乘组在轨驻留期间，这套渗析膜监测系统累计连续运行超过6个月，获取的生理数据采样频率是传统在轨检测手段的120倍，发现了多个此前地面模拟试验中没有观测到的失重代谢新特征，为后续航天员的在轨健康保障方案优化提供了关键依据。

在空间生命科学实验领域，渗析膜更是不可或缺的核心部件。空间细胞培养实验要求在微重力环境下长期培养细胞，同时实时更换培养液、带走细胞代谢产生的废物，又不能让培养的细胞从体系中流失。传统的空间细胞培养装置采用机械搅拌的方式更换培养液，微重力环境下的流体剪切力很容易导致细胞破损，实验失败率很高。而采用渗析膜构建的新型空间细胞培养芯片，将细胞培养腔和培养液腔用渗析膜隔开，培养液中的营养物质可以通过浓度差自由透过渗析膜进入细胞培养侧，细胞代谢产生的废物则透过膜进入培养液侧被带走，而细胞本身被完全阻挡在培养腔内，整个过程没有任何机械运动，不会对细胞产生任何剪切损伤。

中国空间站的生命科学实验柜中搭载的多款细胞培养实验模块，都采用了这种渗析膜结构，已经成功完成了空间干细胞培养、肿瘤细胞增殖机制研究等多项重要实验。其中在2023年开展的空间造血干细胞培养实验中，利用渗析膜培养系统，实现了造血干细胞在轨连续培养30天，细胞的活性保持率达到92%，创下了我国空间干细胞培养的最长时长纪录，获取的实验成果为地面的白血病治疗药物研发提供了全新的思路。从航天员的在轨生理监测到前沿的空间生命科学实验，渗析膜这个安静的“分子分离平台”，正在微重力环境下为人类解锁生命科学的全新认知边界。