从高空气球到神舟四号| 空间细胞电融合仪发展历程回顾
高空科学气球因为飞行高度高（20-45km），可以接近太空环境，同时又具有成本相对卫星低廉，准备周期短，发放灵活，仪器可回收等诸多优点，可为实施大型空间计划进行科学思想、仪器原理、技术方法的有效的低成本验证。
高空气球典型任务剖面
气球携带载荷仪器发放之后，随着高度的升高，球体逐渐膨胀，到了设计的平飞高度，球体胀满，浮力和重量平衡，气球不再上升，转入平飞阶段，一般载荷仪器都是在这一阶段开机工作。仪器采集完数据，试验完成，则平飞段结束，球体切割，由降落伞带着仪器返回地面，回收队根据吊舱定位信息到达落点，及时回收吊舱和仪器设备。
高空科学气球准备发放
高空气球工作流程
今天给大家介绍的空间细胞电融合仪，就经历了从高空气球飞行验证，技术改进，到航天器太空飞行这样一个典型的过程。
细胞融合是细胞工程的重要方法之一，植物细胞可通过体细胞融合克服远缘杂交不孕性培育新品种，动物细胞可通过产生特定抗体的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合获得用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞。地面细胞融合实验中，由于重力引起的细胞沉淀和热对流干扰了细胞膜的紧密接触，大大限制了异源细胞配对和细胞融合效率的提高。
细胞融合
电融合诱导法是20世纪80年代发展起来的一门新兴的细胞工程和生物物理技术。自电穿孔及电融合技术发明创造以来的20 年里，电穿孔和电融合已成为一门成熟的学科。其原理是在短时间强电场的作用下，细胞膜发生可逆性电击穿，瞬时失去其高电阻和低通透特性，然后在数分钟后恢复原状。当可逆电击穿发生在2个相邻细胞的接触区时，即可诱导它们的膜相互融合，从而导致细胞融合。电融合诱导法在农业和医学上也展现了广泛的应用前景。
有关细胞电融合现象为科学家Zimmermann 在1978 年所发现，并采用电脉冲方法成功地诱导了细胞融合，开创了细胞融合技术的新局面。日本科学家Senda 也在1979 年利用电场刺激实现了植物细胞的融合，并首次实现了电穿孔的实验和用电刺激植物原生质体融合的实验，其后他又对植物细胞电融合技术进行了研究。以后几年里，人们把这种新的融合手段从动、植物扩展到微生物和真菌的原生质体融合研究中，导致了原生质体融合技术的新突破。与使用聚乙二醇(PEG) 的化学法相比，电场刺激法是种非常高效的细胞融合方法。电融合技术操作简单、电参数(如脉冲强弱、长短等)容易精确地调节、无化学毒性,对细胞损伤小，可以免去细胞融合后的洗涤程序，融合率高，可应用于许多种不同的细胞。故这种方法得以在短期内被广泛采用，成为细胞融合的主要技术手段。不过需要购置专用的细胞电融合设备(细胞电融合仪)。
而空间微重力环境中，重力沉降趋于消失，为提高细胞融合效率创造了前所未有的条件和特别的机会，在这种条件下实施细胞融合，可以获得比较理想的实验结果。
与化学诱导融合和生物诱导融合相比，电融合具有较大的技术优势：可以用显微镜跟踪观察细胞融合过程；融合过程在细胞群体中同步进行；高效无毒、简便易行、通用性强，易于实施遥控，更适合于应用于空间实验。因此，对空间细胞电融合技术的研究具有非常重要的实际意义，研究空间微重力条件对细胞电融合效率、生物样品的活性及相关的细胞电融合参数的影响，将为开展空间生物加工和空间制药技术的研究奠定技术基础。
细胞电融合仪是进行空间细胞电融合的实验装置。1992年我国空间细胞电融合技术研究开始起步，细胞电融合仪被列为921-2空间生命科学分系统的研制项目。1995年起，上海技术物理所根据细胞电融合实验的要求和高空气球落舱搭载试验的技术条件，研制了一台适合于落舱搭载的细胞电融合仪，1998年，该仪器成功实施了中德合作的高空气球落舱(MIKROBA)搭载试验，验证了实验方法，为寻找最佳电融合实验参数和船载装置设计提供了依据。
该仪器及其高空气球搭载试验的成功，在国际上首次成功实现了在一套装置中同时进行动物细胞和植物细胞的空间电融合实验，为我国的空间生物实验技术积累了宝贵的经验，为我国进一步开展空间生物加工和空间制药领域的技术研究创造了良好的条件。微重力细胞电融合实验本身达到预期，但发现在回收的6小时过程中，细胞融合所需电解液对融合后的细胞有不利影响，为此改进了设计，后在神舟4号飞船细胞电融合实验中取得优异结果，这一预备实验发挥了不可替代的作用。
搭载试验
大型高空气球系统进行科学试验一般都有一个最主要的科学目标，用来完成这个科学目标的载荷一般被称为主载荷。除此之外，在浮力还有富余的情况下，可视情装载其它载荷同时进行飞行试验，但飞行的任务剖面不能影响主载荷，这些其它的载荷被称为搭载载荷。它们在高空气球上进行的试验被称为搭载试验。
2002年12月29日至2003年1月5日，细胞电融合仪在神舟四号飞船上成功进行了空间细胞电融合实验，生物学初步测定已经确认可获得具有重要研究价值的实验结果，标志着我国掌握了空间细胞融合等技术，为我国空间实验室和空间站生命科学仪器的发展奠定了技术基础。
空间细胞电融合仪实物）
“神舟四号”飞船空间细胞电融合仪及其空间飞行实验的圆满完成，首次在外层空间成功实现了在同一套装置内同时完成动物细胞和植物细胞的保存、换液、融合和培养全过程实验, 标志着我国已突破并掌握了空间细胞保存、空间细胞换液、空间细胞电融合、数据实时传输和无菌培养等关键技术；表明实验装置设计合理，能够适应空间环境和飞船总体对硬件的各项技术要求和约束条件，各项性能技术指标能够满足空间细胞电融合所需要的生物实验环境和条件，可以作为重要的空间生物技术实验装置和手段，其关键技术研究和重要部件研制为我国空间实验室和空间站生命科学仪器的发展奠定了技术基础。本次空间飞行实验验证了有关的实验方法，确定了融合实验参数，技术研究和实验方法具有独创性，取得的成果属国内首创，到达国际先进水平。空间细胞电融合仪及其空间飞行实验为我国进一步开展空间生物加工和空间制药领域的技术研究建立了良好的基础。空间细胞电融合仪首次在外层空间成功实现了在同一套装置内同时完成动物细胞和植物细胞的保存、换液、融合和培养全过程实验，其关键技术研究和重要部件研制为我国空间实验室和空间站生命科学实验与技术探索了新方法，为我国进一步开展空间生物加工和空间制药领域的技术研究建立了良好的基础。