生物卫星成微重力实验又一解法以色列SpacePharma打造微重力芯片实验室【Space Medicine系列案例】

  我们的征途是星辰大海。600年前的大航海时代，我们造船扬帆跨越大洋；600年后的大航天时代，我们搭乘火箭飞船遨游太空。现如今，人类的太空活动日益频繁。

  大航天时代，无数航天机构向太空发射卫星，载人航天工程也变成司空见惯的太空活动。现在的我们正处于卫星密集发射前期，预计未来十年地球近地轨道将部署近6万颗卫星，商业发射需求快速增长。

  卫星发射、火箭回收、航空遥感，都只是太空金矿的冰山一角。当人类社会的生产活动不断向太空延伸时，生命科学、材料制造等医疗和工业产业成为太空商业具有潜力的重要部分。太空独特的微重力环境不仅为生命科学行业带来新的希望，同时也为打造太空工厂创造出无法替代的优势。

  2015年被认为是中国民营商业航天的元年，以翎客、蓝箭、零壹为代表的中国第一批民营商业火箭公司开始创立。2016年，开创国内微重力实验商业化先河的天仪研究院成立，一经成立便获得千万人民币天使投资。

  2017年，天仪研究院联合中科院和以色列微重力芯片实验室平台SpacePharma，在印度搭载“PSLV-C37”运载火箭，成功发射中国首颗微重力化工实验卫星“陈家镛一号”（DIDO-2）。

  自2016年开始，中国科学院过程工程研究所就与以色列SpacePharma公司开展合作。目前，在已发射的“陈家镛1号”上，已针对多相混合和多晶型药物结晶等项目进行了实验。

  SpacePharma是以色列生物载荷装置领域的先行者。2016年，SpacePharma就将以色列首个微重力实验立方星送入太空。迄今为止，已完成7次太空任务。

  一个人口不足的中东小国以色列，何以入局大国航空商业开发领域？SpacePharma如何在以色列航天商业布局中占了重要角色？我们又是否会有如同SpacePharma一样的航空企业出现？

  SpacePharma是一家2012年成立于以色列的微重力实验平台公司，是以色列首家致力于提供微重力实验平台的科技公司。目前其总部设于美国加利福利亚，在瑞士和以色列均设有办事处。SpacePharma致力于用芯片实验室为研究人员提供微重力实验环境。

  Yossi Yamin是SpacePharma的创始人兼首席执行官。Yossi 毕业于特拉维夫大学，拥有在美国、以色列和加拿大执行太空开发项目超过30年的经验。他曾在以色列卫星部队工作，7次指挥卫星发射。

  在微重力环境下，细胞形态和生长状况都会有所改变。SpacePharma利用其独有的芯片技术，帮助研究者在医药学、生物科学技术、材料化学以及营养工业等领域开展研究，加速催化更多科技突破。

  微重力实验的进行通常有几种方案。一是将实验室送入国际空间站，二是地球上进行模拟微重力实验。除此之外，SpacePharma为微重力实验另辟道路——将实验室搭载在绕地小型卫星上。

  这样做的理由主要有两个。首先是生物化学实验往往存在腐蚀、爆炸的风险，大卫星、飞船或国际空间站以安全为首要目标，不能轻易进行这样的实验，而商用的小型卫星，则可以独立承担风险。

  其次是国际空间站资源有限。就拿我国空间站实验举例，尽管“天宫”空间站把生命科学和生物医药实验列为重点研究方向，但进入“天宫”进行实验仍然十分困难。截至2021年8月，“天宫”空间站已经有来自16个国家的1000多个实验项目正在排队。另外，“天宫”空间站尚未公布其商业化的计划，进行实验只能依靠排队。

  SpacePharma为生物化学和药物开发开发了技术驱动的微重力工具，能够最终靠自动化流程进行或由用户远程控制，适用基于web的平台实现近乎实时的操作控制。这种工具为研究者提供了一个可安装再多个微重力平台上的微型、无人化、远程控制的芯片实验室。微重力工具既有独立生物卫星，也有搭载空间站的实验室。

  第一个是纳米卫星计划，目前包括DIDO-1、DIDO-2、DIDO-3。该项目旨在微重力条件下测试一个小型的端到端药物实验室——mGnify实验室，能够直接进行细菌生长、抗生素耐药性、自组装、酶反应、聚合、纳米颗粒合成、颗粒聚集动力学、乳液稳定性和结晶等实验。

  DIDO-1于2016年在SpaceX公司发射的猎鹰9号（Falcon 9）上进行，其余的状态和计划未公开。

  DIDO-2发射于2017年2月，也就是上文中提到的“陈家镛1号”，是一个自由轨道纳米卫星，规格为3U Cubesats。DIDO-2目前正在进行酶促反应、肽自组装、液滴聚结等实验。

  据公开资料显示，DIDO-3于2020年6月发射，由以色列和意大利科学院合作。DIDO-3将进行微重力对人血清白蛋白结合特性的影响、微重力对人血清白蛋白结合特性的影响、在无重力条件下重新配置DNA结构及其功能和微重力条件下细菌偶联、抗生素抗性基因的传播及其表达控制四项实验。

  第二个项目为Nexus 1和Nexus 2，这两个实验室被送入空间站，主要进行药物结晶、巨噬细胞的研究和包括七个人类肌肉细胞群的研究。在这些实验进行之前，SpacePharma在地面进行了多次预先准备，包括3次抛物线飞行和有机晶体的实验调整等。

  此外，未来SpacePharma还有一项由RAMON FOUNDATION提供支持的任务。实验包括微重力对人类骨骼肌肉、运动神经元、胰腺腺泡细胞分泌的影响等，是一项以色列学校的演示实验。

  以色列是拥有本土卫星发射能力面积最小的国家。在商业航空的大国游戏中，以色列走在高精尖的赛道上。由于资源有限，以色列的国防科技发展理念一向秉承质量高于数量——只求高精尖，不求大而全。2019年，以色列成为继中美俄之后第四个涉足月球的国家。

  以色列的商业航空起步于1990年，主要是售卖其高分、轻型、微型卫星。2015年，以色列航天局（ISA）为以色列设定了一个经济目标——要占到世界航天市场占有率的3%。除了售卖高端卫星外，生物制药也就成为了以色列打造太空工厂的一部分。

  目前，国际上仅有两个空间站运行。在空间站资源紧缺的情况下，生物化学实验搭载生物卫星进行实验成了新解法。生物卫星最开始被设计用来在外太空携带动植物进行太空实验，现逐渐用在所有生物化学和药物研发实验。如果未来技术成熟，生物卫星或许会成为太空制药工厂的主要厂房。

  目前，中国创新药研发力量正在快速扩张。从证券交易市场规模来看，在港交所、科创板或纳斯达克上市的中国生物科技公司总市值从2016年的10亿美元，飙升到2021年5月的1800亿美元。一级市场表现同样火热，2020年生物医药行业融资总金额超2000亿元。

  2021年，我国共发射36颗商业卫星，预计2022年将发射超过50颗卫星。2021年中国卫星总产值达4690亿元，较2020年增加了657亿元，同比增长16.29%。值得一提的是，国内商业航天公司天仪研究院已完成12次太空任务，发射21颗卫星，这中间还包括遥感卫星和生物科研卫星。

  2021年，中国首个航天商业中心落户浙江象山，中国商业航天的春天已经到来。2011年美国颁布的“沃尔夫条款”，反而激发了中国航天业的突破和发展。在未来，“天宫”空间站或许成为全世界唯一空间站，这也将不断推动我们国家商业航空的前行，实现“让太空升级地球产业，让地球不断连接太空”。