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研究种类：Space Exploration，Biomaterials
原文作者: Dylan Taylor
创作者：Hahaho@DAOrayaki.org
审核者：Heyyawn@DAOrayaki.org
原文: The Potential of Biomaterials for Human Space Exploration
全文约2200字，阅读时长预计5分钟
随着人类对月球，火星以及更远地方探索的深入，长时间太空旅行也提上了日程。我们也逐渐明白，探索地球大气层以外的地方会对人体造成一定程度的损害。
为了实现一系列太空探索目标，建立革命性的太空经济，我们要为前沿探险者们提供尽可能的帮助，而其中的关键就是最先进的生物材料。
什么是生物材料？
生物材料是与生物系统相互作用的物体、物质或表面。在医学上有很多应用，可用于增强、替换和修复肢体和身体功能。生物材料可以是天然的或是合成的，例如有许多假肢的组成材料就是铝或钛。
1997年，生物材料的定义开始出现了分化与普及。此时国家科学院空间研究委员使用生物材料的术语代指生物衍生材料，即探索地外种植材料用于栖息地建设的应用潜力。今天研究昆虫甲壳素或火星风化层的科学家，更倾向于使用仿生制造等术语。
用于辅助人体的生物材料是一个较新的领域。虽然埃及人在公元前600年前就用木头和皮革制造了脚趾假肢，罗马人在公元前300年就建造了一条青铜色的木腿，但直到20世纪50年代，研究人员才开始认真研究其中的奥秘。
今天的生物材料已经深入人们的生活，包括隐形眼镜、牙齿植入物和髋关节置换物等等。但将生物材料用于太空探索的可能性再次激起了人们对这个领域的兴趣。
在太空中有哪些应用？
健康的宇航员，即使短暂访问过国际空间站后，也会遇到一些问题。尽管经常锻炼，但生活在微重力环境中，会导致宇航员的骨骼吸收增加，力量降低，当宇航员降落在引力更强的星球时，就会面临骨折的风险。
其它挑战也使得在月球或火星上建立前哨基地的计划变得困难，比如肾结石、宇宙辐射中毒和体重降低。专家认为，生物材料可以解决这些问题，还可以简化高精度的专业手术流程。
身体部位的3D生物打印
长时间太空旅行会增加骨质流失和软骨退化的风险。欧洲航天局（ESA）已经投资了多种3D生物打印技术，希望探险者们能利用专业技术解决一系列问题。
3D生物打印代替了包装笨重的医疗用品，在出现医疗紧急情况时，个人可以迅速作出反应。与欧航局合作的科学家，成功地在模拟航天器条件下打印出了皮肤和骨骼样本。皮肤样本是将血浆与植物和藻类中发现的甲基纤维素和海藻酸盐结合的产物，骨骼样本是添加的磷酸钙骨水泥。
抵御宇宙辐射
大多数前往国际空间站的旅程只持续六到十二个月，宇宙辐射不是主要影响，而往返火星需要180天。
传统阻挡辐射的材料，比如铅和水，因为其重量原因，对于长期任务来说不现实。黑色素是一种希望的替代物，它一种天然存在的色素，可以屏蔽生物体的有害射线，保护船员并减轻重量。
NASA未来会向宇航员提供一种充满硒黑色素的生物工程 "防晒霜"。经西北大学的生物化学家测试，它将自然产生的色素与硒（一种助于预防癌症的金属）结合起来，当应用于皮肤细胞时，它迅速被吸收并使细胞变黑。2019年，一种用真菌创造的类似生物材料被送到国际空间站进行进一步测试。
先进的生物伤口敷料
当宇航员在国际空间站上受伤时，他们目前必须使用联盟号航天器从地球上空约250英里的轨道迅速返回地球。“我们可以把宇航员在几个小时内送回地球上的护理中心。”NASA的一位前飞行外科医生解释说。但如果宇航员在月球或火星上，这一过程将昂贵且繁琐。
在太空中，一个无论多么小的开放伤口，都有可能阻碍治疗者的视线。此外，伤口暴露在航天器内的环境，各种未消散的细菌会感染伤口。由于组织退化和关键身体系统的功能发生改变，微重力下的伤口愈合需要更长时间，凝血、胶原蛋白生成和血管再造在太空中都发生得比较慢。
生物伤口敷料可以解决这个问题，比如电动绷带和Bioprint FirstAid手持打印机。前者已经广泛地用于运动员处理伤口，将电活性纱布应用于伤口，细胞会更快地结合。后者使用生物墨水，用伤者的细胞生成皮肤绷带。
如何影响地球的生命？
国际空间站上从事生物材料工作的宇航员，进行了各种再生医学研究。比如微重力对干细胞的影响，测试组织工程的新工具等等。除了太空行走和设备维修之外，他们也在研究加速伤口愈合的方法。
危险的太空环境也有好处：它可以加速对癌症和骨质疏松症等常见疾病的研究，促进药物制造和其他疗法的进步。在太空环境中打印出人体骨骼和软骨，可以帮助技术在地球上更游刃有余的发展，毕竟在相比之下，地球环境没那么恶劣。
研究人员希望在太空进行的再生医学实验，能为全生物工程器官铺平道路。生物材料可以保护未来的太空探索者，并减少需要移植器官的病人对兼容捐赠者的依赖。正如其他衍生技术的例子一样，太空生物材料可以促进商业发明，改善日常生活，从骨折修复到革新身上的衣服。
Dylan Taylor ZeroG
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