一、“生物实验室” 机柜上的相关设备“生物实验室” 机柜专门用于在微重力下开展微生物、细胞、植物等生物学实验, 支持对植物、无脊椎动物、微生物、动物细胞和组织的生物研究。机柜的左半边为自动部分,右半边为手动部分。宇航员通过机柜的右半部人工加载具体的生物学实验载荷。在加载完毕后,机柜的左半部分可以进行一系列自动化操作, 为生物学样品提供环境控制并对实验过程产生的液体样品进行实时在线分析观测。在“生物实验室” 机柜顶部, 有两台自动分析仪器: 一台显微镜和一台紫外可见分光光度计。紫外可见分光光度计可对液体样品进行实时在线检测。
1. 生物实验培养箱
生物实验培养箱位于机柜的左半边中间, 属于自动化操作部分。生物实验培养箱内有两个离心机转子, 在转子上面安装了6个标准生物实验容器。具体的生物学实验就是在这样一个个生物实验容器内进行的。每个生物实验容器上都有温度和压力传感器、电源和数据接口以及空气过滤接口。在生物实验容器底部平面还有一些为自动操作机构定制的接口, 例如能对生物实验容器注入水和营养液的隔膜及能被自动操作机构推拉旋转工具操作的接口等。自动操作机构通过这些接口将实验过程中的液体自动转移到紫外可见分光光度计, 再由紫外可见分光光度计对液体进行自动分析。
2. 自动操作机构
在生物实验培养箱上面一点位置的就是自动操作机构, 它是“生物实验室” 机柜实现自动化的关键机构。自动操作机构搭起了生物实验容器中实验样品与“生物实验室” 机柜顶部自动分析仪器之间的桥梁。自动操作机构拥有灵活的机械臂, 使用液体转移针管将在生物实验容器中产生的生物学实验液体产物送到自动分析仪器, 让自动分析仪对样品进行实时在线分析。
二、紫外可见分光光度计
紫外可见分光光度计是一种分析检测仪器, 利用朗伯比尔定律(吸光度与浓度的关系) 通过测量样品的吸光度来得到样品浓度。从中可以看出紫外可见分光光度计位于“生物实验室”机柜的顶部。
1. 紫外可见分光光度计的设计参数
紫外可见分光光度计的光源为氘灯和钨灯的复合光源, 通过光纤传输光能; 样品池为封闭式流动样品池;后端探测器为两个蔡司公司生产的紫外、可见光波段探测器。紫外可见分光光度计的参数。蔡司探测器内部的分光器件选用了平场凹面全息光栅。平场凹面全息光栅兼具色散和成像功能, 将入射狭缝像色散后, 成像于后端的线列探测芯片上。因为只使用了一个光学元件, 所以此结构具有紧凑、牢固的特点。
2. 样品工作方式
液体样品(70kPa压强) 通过实验容器底部的隔膜输送到“生物实验室” 机柜顶部的分析仪器中。要想在流动样品池中检测到样品, 大概需要将0.25ml的液体样品注入到液体处理操作系统。在此之前, 液体样品需要通过一个气泡移除装置去除液体样品中的气泡。紫外可见分光光度计只有一个10mm光程、17.7μl容量的流动样品池, 因此只能对暂停流动的样品和清洁的介质进行分析检测。在观察分析之后,样品池会自动用蒸馏水进行冲洗以保持清洁。我国利用神舟三号空间生命科学实验平台进行了细胞培养实验。在实验过程中一些细胞代谢产物极富研究价值, 甚至有可能用于提炼药物, 但由于没有在线检测仪器, 这些代谢产物在实验过程中得不到及时分析, 只能等飞行结束回收样品再对样品进行分析。这样的实验过程对于研究者来说就是一个“黑匣子”, 只能知道实验的初态和末态, 而对于细胞反应过程中的有用产物则没有对其进行定性定量分析的检测手段。因此, 有必要研究紫外可见分光光度计这种空间生命科学实验在线检测仪器, 以便于我国开展空间生命科学实验。