NASA向空間站發(fā)送新的金屬和生物3D打印實(shí)驗(yàn)裝置

2025年8月26日，南極熊獲悉，SpaceX獵鷹9號(hào)火箭于當(dāng)?shù)貢r(shí)間24日上午從卡納維拉爾角發(fā)射升空，將NASA第33次商業(yè)補(bǔ)給任務(wù)送往國際空間站（ISS）。龍飛船內(nèi)裝載著超過5000磅（約2.5噸）的科學(xué)儀器、食品和硬件，其中包括將測(cè)試3D打印在太空中新用途的實(shí)驗(yàn)裝置。

龍飛船抵達(dá)后，美國宇航局宇航員邁克·芬克和喬尼·金將幫助卸載設(shè)備，這些設(shè)備可能帶來在軌道上制造零部件、醫(yī)療設(shè)備甚至活體組織的新方法。

△NASA宇航員邁克·芬克和喬尼·金將監(jiān)測(cè)SpaceX龍飛船從國際空間站返回的情況。圖片由NASA提供。

美國國家航空航天局代理局長肖恩·達(dá)菲表示：“國際空間站的商業(yè)補(bǔ)給任務(wù)提供的科學(xué)數(shù)據(jù)有助于驗(yàn)證阿爾忒彌斯月球任務(wù)及其他任務(wù)所需的技術(shù)。此次飛行將在微重力環(huán)境下測(cè)試3D打印金屬部件和生物打印組織——這項(xiàng)技術(shù)有望為宇航員提供未來月球和火星任務(wù)所需的工具和醫(yī)療支持?！?/div>

△NASA的SpaceX第33次商業(yè)補(bǔ)給任務(wù)由SpaceX 的“龍”飛船搭載 SpaceX 獵鷹 9 號(hào)火箭發(fā)射，旨在向國際空間站運(yùn)送研究成果和物資。圖片由 NASA 提供。

在太空打印金屬零件

此次任務(wù)的一大亮點(diǎn)是與歐洲航天局（ESA）金屬3D打印機(jī)的新一輪合作，金屬打印機(jī)目前已搭載于國際空間站。宇航員于2024年首次使用它打印小型不銹鋼部件，這是金屬首次在軌道上制造。

為此次任務(wù)，龍飛船將提供繼續(xù)研究所需的打印材料和測(cè)試方案。宇航員將使用打印機(jī)打印幾個(gè)采用不同打印策略的小立方體，以及兩個(gè)小型航天器噴嘴。這些部件將與在地球上打印的相同部件進(jìn)行比較，以了解微重力如何影響強(qiáng)度和質(zhì)量。目標(biāo)是改進(jìn)在太空中直接生產(chǎn)堅(jiān)固可靠部件的技術(shù)，這對(duì)于遠(yuǎn)離地球的長期任務(wù)而言至關(guān)重要。

△歐空局在國際空間站上的金屬3D打印機(jī)將用于積累在微重力環(huán)境下操作和評(píng)估零部件制造的經(jīng)驗(yàn)，以支持長期太空任務(wù)。圖片由NASA提供。

生物打印植入物修復(fù)神經(jīng)損傷

龍飛船上還將發(fā)射一臺(tái) Auxilium 生物打印機(jī)，由位于圣地亞哥的再生醫(yī)學(xué)公司Auxilium Biotechnologies研發(fā)。打印設(shè)備是美國宇航局太空生產(chǎn)應(yīng)用(InSPA) 項(xiàng)目的一部分，旨在支持企業(yè)測(cè)試在微重力環(huán)境下生產(chǎn)產(chǎn)品是否比在地球上更高效。

△Auxilium生物打印機(jī)。圖片由 Auxilium Biotechnologies 提供。

一旦安裝在國際空間站上，這臺(tái)生物打印機(jī)將用于制造可植入裝置，旨在幫助受損神經(jīng)再生。這些被稱為“神經(jīng)橋”的微型支架旨在引導(dǎo)神經(jīng)再生跨越創(chuàng)傷后出現(xiàn)的間隙。在地球上，此類損傷很難治療，目前的方法通常無法恢復(fù)完整的運(yùn)動(dòng)或感覺。

△InSPA-Auxilium生物打印機(jī)將測(cè)試3D打印醫(yī)療植入設(shè)備，用于輸送藥物和治療各種健康狀況，例如神經(jīng)損傷。圖片由NASA提供。

在微重力環(huán)境下，研究人員預(yù)計(jì)這些精密結(jié)構(gòu)將以比在地球上更高的精度和質(zhì)量組裝在一起。在此次任務(wù)中，宇航員計(jì)劃在空間站打印多達(dá)18個(gè)神經(jīng)橋植入物。這些樣本將于2026年和2027年返回地球進(jìn)行臨床前試驗(yàn)，屆時(shí)科學(xué)家將測(cè)試它們是否能夠加速康復(fù)并保持身體功能。如果成功，這項(xiàng)技術(shù)可以為宇航員在長期任務(wù)期間提供按需醫(yī)療，并為地球上的患者提供修復(fù)神經(jīng)損傷的新選擇。

帶有血管的生物打印組織

此次任務(wù)還將搭載維克弗斯特再生醫(yī)學(xué)研究所(WFIRM) 的一項(xiàng)名為“零重力條件下血管化肝組織構(gòu)建體成熟 (MVP Cell-07)”的實(shí)驗(yàn)。在這項(xiàng)研究中，研究人員在地球上生物打印了含有血管的肝組織小塊，龍飛船正在將這些樣本送入軌道。一旦進(jìn)入國際空間站，科學(xué)家們將研究這些組織在微重力環(huán)境下的發(fā)育情況。

△MVPCell-07 是一項(xiàng)生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)，旨在研究在太空中生物打?。ɑ?qū)嶒?yàn)室培養(yǎng)）帶有血管的肝臟組織。圖片由NASA 提供。

這項(xiàng)研究建立在先前的一項(xiàng)任務(wù)基礎(chǔ)之上，任務(wù)表明這種組織可以在太空中存活并發(fā)揮作用。下一步是探究微重力是否真的能改善組織內(nèi)部血管的形成方式，這是構(gòu)建更大、功能性器官的關(guān)鍵一步。如果成功，這些結(jié)果未來可能成為宇航員在長期任務(wù)中健康狀況的關(guān)鍵。如果我們能夠掌握如何生物打印能夠修復(fù)甚至替代受損器官的組織，那么在太空中就能提供挽救生命的治療方案。在地球上，這項(xiàng)研究可能為在實(shí)驗(yàn)室中制造可移植器官打開大門，幫助患有肝病或肝損傷的患者。

△溫斯頓團(tuán)隊(duì)是美國宇航局血管組織挑戰(zhàn)賽的一等獎(jiǎng)獲得者，他們使用一個(gè)腔室來容納打印的組織并測(cè)試灌注效果。圖片由 WFIRM 提供。

太空3D打印的遺產(chǎn)

宇航員首次測(cè)試3D打印在太空中的應(yīng)用已有數(shù)年。2014年，國際空間站上打印的第一個(gè)塑料工具是一把簡(jiǎn)單的扳手。從那時(shí)起，宇航員們就開始嘗試打印零件、工具，甚至食物相關(guān)的物品。

如今，實(shí)驗(yàn)正朝著更科幻的領(lǐng)域發(fā)展：金屬，甚至活體組織。他們的想法是，宇航員們有朝一日可以攜帶打印機(jī)和原材料，在發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)制造所需的一切，而不必在發(fā)射前打包所有可能的物品。

畢竟，國際空間站是人類登陸月球和火星后關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)臺(tái)。長期任務(wù)可能會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)，包括設(shè)備故障、醫(yī)療緊急情況以及需要擺脫地球補(bǔ)給的困境。3D打印技術(shù)正是解決這些問題的答案之一。

與此同時(shí)，在地球上，太空飛行也將帶來諸多益處。太空生物打印技術(shù)的進(jìn)步可以加速實(shí)驗(yàn)室培育器官的進(jìn)程。金屬打印研究可以幫助更高效、更少資源地制造零部件。