常見微重力實現(xiàn)和模擬的方式及微重力下細胞、組織培養(yǎng)實驗的開展
其次,微重力環(huán)境和模擬微重力效應是兩個不同的概念,微重力環(huán)境是真正意義上的微重力,就是處于其中的物體,受到的重力是小于1g的,但模擬微重力卻不是真正意義上的微重力環(huán)境,處于其中的物體,仍然受到1g的重力的,但作為處于其中的生物體,比如植物或動物的細胞或組織,處于這種模擬的微重力環(huán)境下,其生長發(fā)育的結果會表現(xiàn)出一些與1g重力場下的生長的結果不太一樣的特征,而這些特征卻幾乎與處于微重力環(huán)境下的植物、動物細胞或組織的生長結果一致,也就是說,雖然并非處于真正的微重力環(huán)境下,但卻表現(xiàn)出了微重力環(huán)境下的某些特征,這就是模擬微重力效應。
通常,我們可以通過像空間站、在軌飛行器、亞軌道飛行器、飛機的拋物線飛行、落塔或單軸、雙軸回轉儀等建立微重力環(huán)境或微重力效應模擬的場景以服務于科學研究。當然不同的方式其產生的微重力的效果是不一樣的。一般,在空間站內或在軌飛行器內可以可以達到10-4(即0.0001g)g的真實微重力環(huán)境,當然,這是理想的開展微重力環(huán)境下細胞、組織培養(yǎng)研究的空間,但因其資源有限、耗資巨大,因而不是適用于每一項實驗的。在亞軌道飛行器內,可以產生10-2(即0.01g)的微重力環(huán)境,比如火箭,這也是真實的微重力環(huán)境,但一般維持這一微重力的時間只有5-10分鐘,因此,并不適宜科學實驗,切成本昂貴。另外,當飛機沿拋物線飛行時,也會存在一個微重力階段,這個微重力也是真實的,微重力值約10-2(即0.01g)g,但維持的時間一般20左右,還有就是采用落塔產生真實的微重力,它利用的就是物體在真空狀態(tài)下的自由落體,其加速度剛好等于1g,考慮的空氣阻力等等,落塔能夠產生10-2(0.01g)g的真實微重力環(huán)境,但持續(xù)的時間更短,一般不超過10,因為根據(jù)自由落體的公式計算,每加速度接近10米,10就相當于下落100米,還要考慮到便于實驗樣品回收而設置的減速過程,塔的高度要超過150米以上,因此,方式獲得的微重力環(huán)境也是十分有限且昂貴的資源!
因此,為了滿足大多數(shù)科學研究的需要,既要達到一定的微重力效果,又要能夠長時間的使用、可重復的使用,當然成本也不能太高,這就產生了微重力效應模擬系統(tǒng),比如回轉器,這些系統(tǒng)一般可以模擬10-2或10-3(即0.01g或0.001g)g的微重力效應。比如我司自主設計的DARC-G通用重力環(huán)境模擬細胞(即二軸3d回轉細胞培養(yǎng)系統(tǒng))可以模擬0.001-6g的重力水平,支持數(shù)款模塊可切換,以應對不同實驗需求,讓細胞可以在三維環(huán)境中生長!
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