一种模块化芯片实验室平台，集成了a-Si:H传感器，用于在微重力条件下实时监测生物反应器中的生物发光现象

《Scientific Reports》：Modular lab-on-chip platform with integrated a-Si:H sensors for real-time bioluminescence monitoring in bioreactors under microgravity conditions

摘要

长期的深空任务由于宇航员长期暴露在太空辐射和微重力环境中，带来了严峻的健康挑战，这对他们的生理健康构成了重大风险。尤其是银河宇宙射线能够穿透常规的防护层，并产生有害的次级粒子，因此迫切需要创新性的在轨解决方案来研究这些环境条件对宇航员健康的影响并降低相关风险。我们开发了一种先进的芯片实验室系统，该系统能够实现实时监测和精确的环境控制，从而在长期太空任务期间持续监测活细胞的变化。该系统配备了基于氢化非晶硅功能层的光电传感器和电阻加热元件，以实现连续的环境监测和精确的温度调节。通过采用模块化且可适配的制造方法（结合激光切割的聚甲基丙烯酸甲酯组件、粘合剂连接以及薄膜集成技术），我们的设计能够快速原型化并满足各种任务需求。该平台配备了一个锥形培养室，采用了被动和主动的流体管理技术来保持液体的稳定位置。这是通过反馈控制的压力调节实现的，有效应对了太空中的流体动力学挑战。我们通过一系列模拟和实验验证了该系统的有效性，证明了其出色的流体管理和精确的环境控制能力，这对于未来的太空生物学研究至关重要。我们的研究结果凸显了这种低功耗、自动化且高度紧凑的芯片实验室解决方案在推进太空辐射效应研究方面的潜力，并有助于实现更安全、持续时间更长的载人太空任务。