用于行星保護(hù)的微生物消殺技術(shù)分析

徐子昂，謝倍珍*，劉 紅

(1.北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100191;2.北京航空航天大學(xué)環(huán)境生物學(xué)與生命保障技術(shù)研究所，北京 100191)

1 引言

隨著人類對(duì)外太空認(rèn)識(shí)的不斷加深以及在外太空活動(dòng)的日益頻繁，外層空間環(huán)境也因此發(fā)生著不可避免、無(wú)法挽回的變化。這種變化不僅可能給外太空行星地質(zhì)以及地外生物包括生命起源等的研究帶來(lái)誤差，嚴(yán)重的甚至可能威脅地球環(huán)境和人類。行星保護(hù)概念的提出，旨在約束人類探索外太空的行為，應(yīng)盡可能避免對(duì)外層空間的潛在負(fù)面影響，特別是生物污染，同時(shí)還應(yīng)確保地球免受來(lái)自星際飛船返回地球的外太空物質(zhì)所帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)[1]。目前，國(guó)際科學(xué)理事會(huì)空間研究委員會(huì)(Committee on Space Research，COSPAR)受聯(lián)合國(guó)委托，負(fù)責(zé)制定和頒布行星保護(hù)政策，作為各國(guó)航天機(jī)構(gòu)制定本國(guó)和地區(qū)行星保護(hù)政策和規(guī)范的依據(jù)。歐美等國(guó)已開展并嚴(yán)格實(shí)施行星保護(hù)工作五十余年，且仍在進(jìn)一步研究和提升行星保護(hù)技術(shù)水平。與之相比，中國(guó)行星保護(hù)技術(shù)研究尚處于起步階段。隨著深空探測(cè)事業(yè)的不斷發(fā)展以及中國(guó)火星探測(cè)任務(wù)的實(shí)施，發(fā)展中國(guó)的深空探測(cè)行星保護(hù)技術(shù)體系成為了履行行星保護(hù)國(guó)際公約的迫切需求。

在COSPAR明確劃分行星保護(hù)任務(wù)類別和各類別任務(wù)的行星保護(hù)要求[2]后，各航天大國(guó)及組織根據(jù)航天器全生命周期各階段研究相應(yīng)的防控技術(shù)。在生產(chǎn)、運(yùn)輸和發(fā)射等過程中均需采取嚴(yán)格的微生物消殺措施，減少航天器生物載荷，防止活的、可生長(zhǎng)發(fā)育的地球有機(jī)物被帶到地外環(huán)境，這是行星保護(hù)技術(shù)具體實(shí)施的核心內(nèi)容之一。干熱滅菌是最早被應(yīng)用于行星保護(hù)的微生物消殺方法[3]，但其可能會(huì)對(duì)航天器硬件載荷造成不可挽回的損害，進(jìn)而影響探測(cè)任務(wù)的實(shí)施[4]。因此，不斷開發(fā)和發(fā)展不影響航天器材料性能以及各部件乃至系統(tǒng)整體功能的微生物消殺技術(shù)及其輔助技術(shù)，形成完善的航天器微生物消殺技術(shù)體系，以滿足不同深空探測(cè)任務(wù)的行星保護(hù)需求，是目前行星保護(hù)技術(shù)發(fā)展的重要方向。

本文對(duì)目前行星保護(hù)中所采用的以及具備潛在應(yīng)用前景的微生物消殺技術(shù)及可能的輔助技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)介，對(duì)其研究現(xiàn)狀及實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行系統(tǒng)綜述分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)行星保護(hù)微生物消殺技術(shù)體系提出思考和建議。

2 微生物消殺技術(shù)

2.1 干熱滅菌

干熱滅菌(Dry Heat Microbial Reduction，DHMR)技術(shù)主要通過高溫氧化細(xì)胞成分，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)使內(nèi)容物流出、破壞微生物酶結(jié)構(gòu)及核酸結(jié)構(gòu)達(dá)到殺滅微生物的目的。作為目前美國(guó)NASA和歐洲ESA認(rèn)證通過的僅有的2種行星保護(hù)航天器預(yù)發(fā)射滅菌技術(shù)之一，干熱滅菌是唯一經(jīng)過認(rèn)證的穿透性滅菌技術(shù)和參數(shù)化滅菌技術(shù)。ESA和NASA分別公布了ECSS-Q-ST-70-57c和NPR 8020.12D規(guī)范文件，對(duì)應(yīng)用于行星保護(hù)的干熱滅菌技術(shù)流程提出了完整的規(guī)范性要求。

20世紀(jì)70年代初，美國(guó)海盜計(jì)劃率先采用DHMR來(lái)減少航天器表面和總體的生物負(fù)荷。該行星保護(hù)項(xiàng)目中多數(shù)成本都用于驗(yàn)證航天器所采用的電子元件及其他各類組件在110～125 ℃之間的兼容性[3]。在隨后的美國(guó)航天任務(wù)中，干熱滅菌一直作為行星保護(hù)的金標(biāo)準(zhǔn)而存在。DHMR與其他滅菌技術(shù)的最大區(qū)別在于，它不僅是一種表面滅菌技術(shù)，同時(shí)也是一種體滅菌技術(shù)，在系統(tǒng)層面完整使用DHMR可實(shí)現(xiàn)整體的高無(wú)菌保證水平(Sterility Safe Level，SAL)。海盜號(hào)是為數(shù)不多在系統(tǒng)層面完整應(yīng)用DHMR的任務(wù)之一，而其后的多數(shù)任務(wù)僅在組件層級(jí)應(yīng)用DHMR。為滿足歐羅巴木衛(wèi)二探測(cè)器的行星保護(hù)需求，NASA正考慮對(duì)肯尼迪航天中心的設(shè)施進(jìn)行改造，以通過在系統(tǒng)層級(jí)應(yīng)用DHMR來(lái)減少歐羅巴探測(cè)器的生物負(fù)荷[5]。

圖1 115 ℃和170 ℃下不同濕度條件對(duì)孢子死亡速率的影響[6]Fig.1 Effects of different humidity conditions at 115 ℃ and 170 ℃ on the death rate of spores [6]

在已多次成功應(yīng)用于航天任務(wù)的基礎(chǔ)上，NASA仍對(duì)DHMR技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的深入研究。Kempf等[6]測(cè)定了在常規(guī)室內(nèi)環(huán)境濕度(36%～66%相對(duì)濕度)條件下，溫度高于125 ℃時(shí)，萎縮芽孢桿菌(ATCC 9372)孢子的存活率，以確定DHMR的功效是否超出當(dāng)前規(guī)范文件所批準(zhǔn)的溫度(104～125 ℃)和濕度(相對(duì)濕度<25%)規(guī)格。實(shí)驗(yàn)中將孢子沉積在薄的不銹鋼熱孢子暴露容器內(nèi)，并在干燥環(huán)境或常規(guī)室內(nèi)環(huán)境濕度條件下進(jìn)行115～170 ℃加熱，計(jì)算不同溫度下的孢子死亡率。結(jié)果顯示在115 ℃和125 ℃時(shí)，作為對(duì)照的干燥組死亡速率比環(huán)境濕度實(shí)驗(yàn)組的死亡速率更大；135 ℃時(shí)，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的死亡速率無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；而在150 ℃和170 ℃下，實(shí)驗(yàn)組的死亡速率略大于對(duì)照組的死亡速率(圖1)。該研究為NASA擴(kuò)寬干熱滅菌法采用的濕度控制范圍提供了依據(jù)，但在名義上仍以DHMR命名該系列滅菌方式。此外，考慮到潛在的極端耐熱菌株芽孢的存在可能導(dǎo)致干熱滅菌技術(shù)的參數(shù)放行失效問題，Schubert等[7]在DHMR技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了航天器裝配車間內(nèi)所提取的一株極端嗜熱芽孢桿菌菌株ATCC 29669與作為生物指示劑的標(biāo)準(zhǔn)萎縮芽孢桿菌菌株ATCC 9372的環(huán)境耐受性差異，其中ATCC 29669的十倍致死時(shí)間(Decimal reduction time，D值)在各種滅菌參數(shù)條件下均比ATCC 9372的D值大20到50倍；進(jìn)而提出了干熱滅菌技術(shù)進(jìn)一步強(qiáng)化規(guī)范的建議。

DHMR在行星保護(hù)中的適用性還體現(xiàn)在部分航天器硬件的生產(chǎn)特點(diǎn)中。許多航天器硬件在制造過程(材料成型及性能測(cè)試)中可暴露于300 ℃以上的高溫中。因此，可認(rèn)為其制造過程也是較為徹底的消殺過程，進(jìn)而將該類組件的行星保護(hù)滅菌工作量降低至總裝時(shí)的表面滅菌即可[4]。另一方面，也提示自航天器組件設(shè)計(jì)加工階段，就將各類硬件生產(chǎn)檢測(cè)工藝過程納入到行星保護(hù)環(huán)節(jié)，對(duì)其生物污染防控進(jìn)行規(guī)范化處理，可在系統(tǒng)層面上極大減輕微生物消殺工作量。

然而，DHMR除上述技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)外，還具有難以避免的局限性。其缺點(diǎn)集中于航天器中廣泛應(yīng)用的熱敏感部件與DHMR的不兼容。塑料封裝及導(dǎo)電環(huán)氧樹脂粘膠等一系列現(xiàn)代航天器電子設(shè)備設(shè)計(jì)特征使得干熱滅菌的應(yīng)用存在較高風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)該類組件或設(shè)備使用干熱滅菌潛在風(fēng)險(xiǎn)是帶來(lái)的功能失效可能具有相當(dāng)?shù)貢r(shí)滯性[4]。此外，部分儀器設(shè)備和結(jié)構(gòu)部件有著極為嚴(yán)格的精密度要求，例如，機(jī)械系統(tǒng)的配合可能會(huì)因組件(如螺栓、墊片、密封結(jié)構(gòu)等)中材料種類的差異而存在熱膨脹系數(shù)不匹配問題，進(jìn)而影響裝配或影響設(shè)備正常工作[8]。評(píng)估這些配合結(jié)構(gòu)在DHMR處理后的可靠性，并在組件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開始考慮不匹配的影響是將風(fēng)險(xiǎn)降至最低的必要步驟。

因此，干熱滅菌技術(shù)雖是目前應(yīng)用最為成熟的行星保護(hù)滅菌技術(shù)，但仍存在處理工藝復(fù)雜、成本高昂、材料兼容性不佳的問題，特別是在當(dāng)前航天器大量使用各種功能涂層材料以及精密電子儀器等敏感部件的情況下，干熱滅菌技術(shù)的應(yīng)用將嚴(yán)重受限，急需其他滅菌方式對(duì)不兼容部件的滅菌進(jìn)行補(bǔ)足。

2.2 氣相過氧化氫滅菌

氣相過氧化氫(Vapor-phase Hydrogen Peroxide，VHP)通過羥基自由基和活性氧成分破壞膜蛋白、膜脂質(zhì)和核酸成分，對(duì)真菌、細(xì)菌、原生動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和孢子具有廣譜殺滅效果[9]。VHP滅菌技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已相當(dāng)完善，廣泛用于藥物生產(chǎn)、醫(yī)療器械生產(chǎn)、醫(yī)院污染控制等方面[10]，同時(shí)被認(rèn)為是其他氣相化學(xué)滅菌劑(例如環(huán)氧乙烷)的安全替代品[11]。在具有極強(qiáng)氧化滅菌性能的同時(shí)，完全分解后僅生成水和氧氣的特性使其不會(huì)對(duì)設(shè)備造成二次污染，目前已成為NASA和ESA認(rèn)證的新一代航天器消殺技術(shù)[12]，ESA已在ECSS-Q-ST-70-56C《氣相法降低航天器硬件生物載荷》中明確提出了規(guī)范要求。

VHP方法的優(yōu)點(diǎn)包括有效的微生物減少功能，可以在小腔室中使用，也可以按比例放大到整個(gè)房間，從而極大方便了大面積表面和復(fù)雜幾何形狀的應(yīng)用。VHP技術(shù)在行星保護(hù)中的應(yīng)用可分為真空腔環(huán)境下以及常壓大氣環(huán)境下2種形式。真空腔內(nèi)VHP滅菌流程主要包括：①腔體抽真空；②注入過氧化氫；③擴(kuò)散階段；④壓力校正；⑤通風(fēng)。但在實(shí)際運(yùn)用過程中，由于真空條件限制，常壓VHP滅菌工藝仍然是目前應(yīng)用的主流。常壓VHP滅菌工藝大致分為以下環(huán)節(jié)[13]：①腔體干燥階段；②注氣調(diào)控階段；③滅菌階段；④排氣階段。常壓VHP滅菌工藝對(duì)于組件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)終端滅菌處理均有較好的適用性。

在用于行星保護(hù)的VHP滅菌工藝流程參數(shù)建立過程中，研究人員對(duì)VHP的濃度時(shí)間分布及滅菌效果進(jìn)行檢測(cè)。來(lái)自NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(Jet Propulsion Laboratory，JPL)的Chung等[14]于2008年將VHP的濃度對(duì)時(shí)間的積分Ct作為量化滅菌過程中材料實(shí)際暴露情況的參數(shù)，討論了VHP濃度、溫度、相對(duì)濕度、基底材料對(duì)滅菌效力的影響。VHP對(duì)時(shí)間積分Ct與芽孢生存分?jǐn)?shù)N/N0的線性擬合程度較好(圖2)，而環(huán)境溫度和氣體環(huán)境的相對(duì)濕度對(duì)滅菌效果也均有一定程度的影響。各類影響因素中，尤以不同基底材料所引起的滅菌效果差異最大。該研究采用了不銹鋼、鋁合金(6061)、聚酰亞胺膠帶、石墨烯、一種白色航天用涂料(Aptek 2711)及一種黑色航天用涂料(Z306)作為測(cè)試用基底材料。其中，除白色涂料(Aptek 2711)之外的其余各組基底材料D值接近，而白色涂料(Aptek 2711)組基底材料D值比其余各組高出近一個(gè)數(shù)量級(jí)。推測(cè)白色涂料(Aptek 2711)組表面芽孢的高生存分?jǐn)?shù)可能源于材料表面較高的粗糙度以及孔洞結(jié)構(gòu)引起的材料對(duì)芽孢的保護(hù)作用以及材料成分導(dǎo)致的過氧化氫過早降解。Malik等[15]測(cè)試了10～90 ppm范圍內(nèi)的VHP對(duì)枯草芽孢桿菌殺滅效果，并通過Weibull模型合理預(yù)測(cè)了10～4000 ppm范圍內(nèi)的VHP的D值。Simard等[16]測(cè)試了VHP-臭氧聯(lián)合滅菌器對(duì)具有復(fù)雜管腔結(jié)構(gòu)的十二指腸內(nèi)窺鏡的滅菌效果，最終SAL達(dá)到了10-6。

圖2 濃度時(shí)間積分Ct 與孢子存活率函數(shù)關(guān)系[14]Fig.2 Relationship between integration of concentration and time Ct with spore survival rate[14]

針對(duì)VHP滅菌技術(shù)的材料兼容性，NASA JPL實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部報(bào)告顯示，其于2011年前對(duì)逾100種航天材料進(jìn)行了6個(gè)數(shù)量級(jí)的VHP滅菌實(shí)驗(yàn)中，多數(shù)材料性質(zhì)變化極小或幾乎未發(fā)生變化，但仍有部分材料某些性質(zhì)變化率達(dá)到15%。對(duì)此，NASA認(rèn)為材料的性質(zhì)變化并不影響其特定的工程應(yīng)用，同時(shí)VHP滅菌所產(chǎn)生的影響可通過硬件設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行提前考量加以解決[17]。Gale等[18]于2009年就VHP對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的影響、材料拉伸性能和耐腐蝕性的影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明VHP對(duì)2024型鋁材、7075型鋁材和304奧氏體不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)影響幅度相對(duì)較小，且僅限于暴露表面周邊區(qū)域，同時(shí)所檢測(cè)的3種合金的拉伸性能及暴露區(qū)域?qū)δ透g性也無(wú)較大影響。Chou等[19]指出，在對(duì)飛行器常用結(jié)構(gòu)材料，包括碳纖維/環(huán)氧樹脂(CF/E)復(fù)合材料和碳纖維/玻璃纖維/環(huán)氧樹脂(CF/GF-E)復(fù)合材料及其他無(wú)涂層結(jié)構(gòu)進(jìn)行VHP滅菌及檢測(cè)后，各結(jié)構(gòu)的化學(xué)性能或機(jī)械性能無(wú)明顯變化。

除去達(dá)到行星保護(hù)規(guī)范的滅菌效力和良好的材料兼容性之外，VHP滅菌技術(shù)的另一優(yōu)勢(shì)在于其遠(yuǎn)高于干熱滅菌技術(shù)的使用靈活性，使其具有很好的原位利用潛力。Stott等[20]在研究VHP參數(shù)對(duì)滅菌效果影響的基礎(chǔ)上，研究了一種可擴(kuò)展模塊化滅菌箱體，用于在潔凈室或發(fā)射臺(tái)硬件裝配集成處的現(xiàn)場(chǎng)滅菌。發(fā)展過氧化氫現(xiàn)場(chǎng)滅菌技術(shù)，并將其與無(wú)菌裝配技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可極大程度降低行星保護(hù)成本，減少行星保護(hù)需求對(duì)組裝、測(cè)試、發(fā)射全流程的時(shí)間影響。

盡管被認(rèn)為是降低表面微生物領(lǐng)域最具希望的替代技術(shù)，但過氧化氫本身的強(qiáng)氧化性同樣具有一定的長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)，而使其應(yīng)用受限。鑒于此，雖然ESA和NASA已經(jīng)對(duì)過氧化氫滅菌技術(shù)進(jìn)行了相當(dāng)?shù)牟牧舷嗳菪匝芯浚栽诮y(tǒng)籌考量DHMR和VHP兩者的特點(diǎn)，并從系統(tǒng)工程角度將材料的可替代性和組件的裝配特性等納入考慮[11]。

2.3 環(huán)氧乙烷

環(huán)氧乙烷通過與蛋白質(zhì)中多種化學(xué)鍵的烷基化反應(yīng)破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)達(dá)到滅菌作用，是一種極為活潑的廣譜滅菌劑，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械滅菌領(lǐng)域。然而由于環(huán)氧乙烷的易燃性及高致癌風(fēng)險(xiǎn)，其在航天器材料表面滅菌的應(yīng)用相對(duì)較少。環(huán)氧乙烷曾被NASA用于徘徊者系列運(yùn)載火箭的終端表面滅菌，但也被認(rèn)為其運(yùn)用與發(fā)射任務(wù)失敗有關(guān)[21]。

環(huán)氧乙烷具有和過氧化氫不同的材料/工藝兼容性[22]，通過比較分析環(huán)氧乙烷與過氧化氫的兼容性差異，可以更好地完善行星保護(hù)中的滅菌技術(shù)體系。NASA戈達(dá)德空間飛行中心(Goddard Space Flight Center，GSFC)正在考慮將這項(xiàng)技術(shù)用于多個(gè)天文任務(wù)，包括與ESA合作的ExoMars任務(wù)[4]。

2.4 輻射滅菌技術(shù)

輻射滅菌包括電離輻射和紫外輻射滅菌等。電離輻射如γ射線滅菌技術(shù)通常是以放射性同位素鈷-60為放射源，其產(chǎn)生的高能γ射線使微生物中的蛋白質(zhì)、DNA等物質(zhì)失活，從而達(dá)到滅菌目的。隨著大功率輻射源技術(shù)的發(fā)展，電離輻射滅菌已在醫(yī)學(xué)和食品工業(yè)等行業(yè)中有了極為成熟的應(yīng)用[23]。而單純的紫外輻射殺菌是通過254 nm左右(屬于C波段短波紫外線，Ultraviolet C Irradiation，UVC波段)的紫外線照射，破壞及改變微生物的DNA結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌當(dāng)即死亡或不能繁殖后代，從而達(dá)到殺菌目的。

輻射滅菌技術(shù)在行星保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用不多，最為知名的應(yīng)用案例為歐洲Beagle 2火星著陸器的降落傘輻射滅菌。盡管DHMR已用于其他火星著陸器的降落傘，但Beagle 2火星著陸器降落傘的材料不耐高溫，因此選擇γ射線電離輻射滅菌工藝作為替代，但其加速了材料的老化[24]。

雖然可能存在材料兼容性問題，輻射滅菌技術(shù)的滅菌水平表現(xiàn)相對(duì)良好。Pilai等[25]使用30 kGy電子束輻射可以在鋁(Ti/Al合金)試樣上對(duì)各類型芽孢桿菌孢子實(shí)現(xiàn)6個(gè)數(shù)量級(jí)的殺滅，同時(shí)根據(jù)芽孢桿菌菌株孢子的類型，20 kGy和40 kGy之間的劑量足以使孢子數(shù)減少12個(gè)數(shù)量級(jí)以上。Urgiles等[26]使用10 MeV源和100 keV源分別進(jìn)行滅菌實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)試樣為接種有自航天器表面分離的芽孢桿菌孢子的鋁合金。其中10 MeV的高能電子達(dá)到了數(shù)厘米的穿透，使得其表現(xiàn)出一定的穿透滅菌能力；而100 keV的電子能量沉積深度達(dá)到數(shù)十微米，其尺度與細(xì)菌孢子大致相當(dāng)，從而使得其對(duì)表面細(xì)菌孢子的殺滅效果極為有效。此外，研究發(fā)現(xiàn)不同能級(jí)對(duì)10 MeV的高能電子束對(duì)短小芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的D值分別為2.12 kGy、4.11 kGy和2.05 kGy。100 keV的低能電子束的對(duì)應(yīng)D值則分別為1.34 kGy、3.46 kGy和1.01 kGy。Newcombe等[27]測(cè)試了不同波長(zhǎng)范圍的紫外線輻射對(duì)芽孢桿菌的滅菌效果。通過比較不同波長(zhǎng)范圍的輻射滅菌效果，得出在254 nm波長(zhǎng)處具有最高的效率。值得注意的是，實(shí)驗(yàn)中采自火星奧德賽號(hào)、國(guó)際空間站及航天器組裝車間的共計(jì)43個(gè)芽孢桿菌菌株中，有19株芽孢桿菌表現(xiàn)出高于標(biāo)準(zhǔn)菌株的耐受性。因此，針對(duì)不同的滅菌任務(wù)要求、潛在的菌種輻射抗性而進(jìn)行一系列滅菌效力實(shí)驗(yàn)，是輻射滅菌技術(shù)應(yīng)用中的重要工作。

另外，輻射滅菌的一大應(yīng)用前景在于利用探測(cè)星體的自身輻射實(shí)現(xiàn)生物負(fù)荷的降低。針對(duì)這一特點(diǎn)，Schuerger等[28]搭建了火星環(huán)境模擬腔以測(cè)試火星大氣環(huán)境下紫外線對(duì)材料表面微生物的殺滅效率。在對(duì)氣體成分、溫度、紫外線強(qiáng)度等變量進(jìn)行綜合考量后，得出在晴朗的火星天氣環(huán)境下，火星紫外線可在幾十秒到幾分鐘內(nèi)殺滅材料表面99.9%以上的菌群。除火星的強(qiáng)紫外輻射環(huán)境外，NASA也在積極探討木星遠(yuǎn)高于地球同步軌道的強(qiáng)輻射環(huán)境是否可以應(yīng)用于歐羅巴探測(cè)任務(wù)的行星保護(hù)滅菌體系中[29]。

輻射滅菌技術(shù)在之前的行星保護(hù)探測(cè)中應(yīng)用較少，而在NASA和ESA的現(xiàn)階段行星保護(hù)技術(shù)發(fā)展路線中也未得到足夠重視，同時(shí)還需要確定其與各種類型的材料和硬件幾何形狀的兼容性。

2.5 超臨界二氧化碳

二氧化碳的超臨界態(tài)指一定溫度下的二氧化碳在臨界壓力下表現(xiàn)出的一種同時(shí)具有液態(tài)密度和氣態(tài)粘度的高擴(kuò)散性狀態(tài)，具有極強(qiáng)的溶解能力，這使得其在食品醫(yī)藥行業(yè)和精密光學(xué)儀器清潔作業(yè)得到了一定的應(yīng)用。而在行星保護(hù)領(lǐng)域，超臨界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide，sCO2)的高擴(kuò)散性和高溶解性使其可以更好地深入到具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝配體縫隙深處，因而在清潔航天器表面有機(jī)物附著和降低航天器生物負(fù)荷方面具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用潛力。

NASA lin等[29]于2010年開發(fā)出一套sCO2系統(tǒng)(圖3)，用于航天器材料表面有機(jī)污染物及芽孢的去除。結(jié)果表明，sCO2對(duì)鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)和有機(jī)硅等疏水性污染物的清潔度達(dá)到0.01 μg/cm2以下，達(dá)到了NASA許可的與外星樣品直接接觸的標(biāo)準(zhǔn)，但樣品表面殘留孢子數(shù)量并無(wú)顯著減少。由于單純sCO2處理的微生物殺滅效率并不理想，學(xué)界主要通過在sCO2中摻雜微量化學(xué)滅菌劑的方法來(lái)提高其滅菌效力。Meyer等[30]在sCO2中摻雜300 mg/L的過氧化氫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠原膜和海綿材料內(nèi)萎縮芽孢桿菌的有效殺滅，使材料的SAL達(dá)到10-6。同時(shí)，在對(duì)膠原膜和海綿材料的拉伸強(qiáng)度、抗撕裂能力、溶解性、氨基酸組成等理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行比較后，得出sCO2未對(duì)材料產(chǎn)生負(fù)面影響的結(jié)論。盡管缺乏sCO2對(duì)航天材料的性能影響數(shù)據(jù)，但前述相對(duì)脆弱的生物高分子材料在經(jīng)過sCO2處理后未表現(xiàn)出明顯結(jié)構(gòu)和功能失效的結(jié)果，可能預(yù)示著sCO2滅菌技術(shù)的優(yōu)良材料兼容性。

圖3 NASA開發(fā)的sCO2系統(tǒng)示意圖[30]Fig.3 Schematic diagram of sCO2 system developed by NASA[30]

目前，sCO2滅菌技術(shù)在行星保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處在探索階段，雖然其必須添加化學(xué)滅菌劑才能實(shí)現(xiàn)較好的殺菌效力，且受高壓腔體大小限制，sCO2技術(shù)尚無(wú)法應(yīng)用于大型部件的清潔和滅菌，但對(duì)有機(jī)物的高效溶解清潔能力使得在去除航天器表面有機(jī)物污染，避免地外生命探測(cè)活動(dòng)中出現(xiàn)地外有機(jī)物誤陽(yáng)性等方面可能具有重要應(yīng)用前景，可作為滅菌技術(shù)的輔助補(bǔ)足技術(shù)。

2.6 低溫等離子體滅菌

低溫等離子體又稱非平衡態(tài)等離子體，特征在于具有很高的電子溫度同時(shí)，體系保持在低溫狀態(tài)。一般認(rèn)為，低溫等離子體的滅菌能力主要?dú)w結(jié)為以臭氧、氮氧化物為代表的氧化活性物質(zhì)、激發(fā)產(chǎn)生的紫外線和離子成分。由于低溫等離子體滅菌技術(shù)相對(duì)復(fù)雜的途徑，使其具有了通過結(jié)合使用不同種類工作氣體、利用不同滅菌機(jī)制完成滅菌，并避免微生物產(chǎn)生耐受性的優(yōu)點(diǎn)。目前，低溫等離子體滅菌技術(shù)在醫(yī)療器械滅菌領(lǐng)域已有相當(dāng)成熟的應(yīng)用[31]，而其在行星保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，也在積極探索之中。

低溫等離子體獲得方式有介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)、大氣壓等離子體射流(Atmospheric Pressure Plasma Jet，APPJ)等多種類型。DBD技術(shù)的特征在于通過在電極之間插入絕緣介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電荷在介質(zhì)表面的均勻積累，避免了電極之間的直接放電，從而使得放電更加均勻。該種放電方式的等離子體產(chǎn)生于兩電極之間，電極間距受加載的工作電壓和所用的氣體類型的影響，在幾毫米到幾厘米之間變化。Cooper等[32]驗(yàn)證了DBD低溫等離子體對(duì)嗜熱鏈球菌這一極端微生物的殺滅效果。干燥樣本在低溫等離子體下直接暴露30 min后CFU降低了6個(gè)數(shù)量級(jí)，而潤(rùn)濕樣本在15 s內(nèi)便降低了4個(gè)數(shù)量級(jí)，有力驗(yàn)證了低溫等離子體的滅菌效力。除直接暴露在等離子體作用下之外，DBD低溫等離子體還存在擴(kuò)散暴露這一非直接接觸模式。Shimizu等[33]測(cè)試了非直接暴露模式、空氣介質(zhì)下表面微放電對(duì)萎縮芽孢桿菌、安全芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌、放射球菌、大腸桿菌的殺滅效果，在經(jīng)過30 min間接暴露后，放線菌和萎縮芽孢桿菌數(shù)量降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，該研究還將擴(kuò)散腔內(nèi)不同位置劃分樣方并測(cè)試了各樣方的孢子殺滅效果，發(fā)現(xiàn)無(wú)明顯差異，表明擴(kuò)散腔內(nèi)各處殺滅效果較均一。

由于DBD技術(shù)具有相對(duì)靈活的設(shè)計(jì)特征，其滅菌應(yīng)用也形式多樣。Schwabedissen等[34]通過在密封包裝內(nèi)設(shè)置第三電極的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)密封包裝內(nèi)部消毒。密封包裝內(nèi)的普通環(huán)境氣體在DBD下激發(fā)出H2O2, HNO3, HNO2, N2O4和N2O5等氧化活性物質(zhì)，并在10 min內(nèi)對(duì)106CFU的枯草芽孢桿菌實(shí)現(xiàn)了4個(gè)數(shù)量級(jí)的滅菌效果。Patil等[35]對(duì)放置于密封聚丙烯容器中的萎縮芽孢桿菌孢子條滅菌處理，60 s內(nèi)即實(shí)現(xiàn)了6個(gè)數(shù)量級(jí)的孢子滅活；并對(duì)包裝內(nèi)封裝不同種類氣體以及不同相對(duì)濕度情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出氣體種類及相對(duì)濕度對(duì)殺傷效力均具有較大的影響。

APPJ最早由Schutze等[36]提出，主要結(jié)構(gòu)為外層金屬管電極和內(nèi)部針狀電極。該技術(shù)特征在于APPJ的氣流可將等離子體射出管腔形成射流，實(shí)現(xiàn)放電區(qū)域與等離子體區(qū)域分離，且形成的等離子體射流溫度低，可與機(jī)體直接接觸，因此在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有一定應(yīng)用。APPJ發(fā)生裝置體積小的特點(diǎn)使其在應(yīng)用中具有很強(qiáng)的靈活性，例如，Weltmann等[37]構(gòu)建了移動(dòng)式APPJ裝置，并用其處理了用于微創(chuàng)心內(nèi)電生理研究的狹縫導(dǎo)管，將總處理時(shí)間根據(jù)處理面積和裝置移動(dòng)速度進(jìn)行等效后，發(fā)現(xiàn)該裝置可在16 s內(nèi)將狹縫內(nèi)的金黃色葡萄球菌降低3個(gè)數(shù)量級(jí)，使用靈活的同時(shí)，還具有優(yōu)秀的滲透滅菌能力。Lee等[38]構(gòu)建了由2組外電極和1個(gè)懸浮式內(nèi)電極構(gòu)成的微型三電極式等離子體射流裝置。Larousi等[39]構(gòu)建了直徑2.5 cm、長(zhǎng)12 cm的等離子體滅菌筆。

在具有良好滅菌效力和多樣化的應(yīng)用方式外，不能忽視的是低溫等離子體滅菌這一復(fù)雜過程對(duì)材料性能的影響。Prysiazhnyi等[40]研究了APPJ處理對(duì)鋁片的影響，發(fā)現(xiàn)鋁材經(jīng)過處理后表面自由能增加到72.6 mJ/m2，表明材料表面的極性有所增加，但處理結(jié)束后其自由能又呈逐漸降低的趨勢(shì)；處理后鋁材水接觸角減小，表明等離子體處理可能造成鋁材潤(rùn)濕性提高。紅外光譜測(cè)試表明經(jīng)過等離子體處理后，材料表面碳?xì)浠衔镂廴境潭冉档?，但伴隨有OH基團(tuán)的產(chǎn)生和氧化程度的加劇。鋁板的表面形貌在經(jīng)過Ar等離子處理后變得多孔，而Ar/O2混合等離子處理組孔隙率增加較小，推測(cè)可能與氧化機(jī)制有關(guān)。Shimizu等[33]在等離子體滅菌處理前在鋁質(zhì)樣品表面滴加6 μL水后，觀測(cè)到水滴附近出現(xiàn)擴(kuò)散型點(diǎn)狀腐蝕痕跡，推測(cè)可能為空氣經(jīng)過等離子體激發(fā)后產(chǎn)生的氮氧自由基與水反應(yīng)產(chǎn)生硝酸對(duì)氧化鋁的腐蝕所致。但值得注意的是，在一項(xiàng)受NASA小企業(yè)創(chuàng)新研究計(jì)劃(SBIR)支持的民間行星保護(hù)技術(shù)研究中，研究人員使用APPJ裝置處理處于工作狀態(tài)的可編輯集成電路(圖4)，包括現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)和同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(Synchronous Dynamic Random-access Memory，SDRAM)后，結(jié)果顯示FPGA和SDRAM在等離子體處理過程中工作狀態(tài)未受影響，始終維持于正常狀態(tài)[41]。

圖4 APPJ處理運(yùn)行中的集成電路[41]Fig.4 APPJ treats integrated circuits in operation[41]

目前，低溫等離子體滅菌技術(shù)在行星保護(hù)領(lǐng)域尚未得到應(yīng)用認(rèn)證[24]，但其相關(guān)基礎(chǔ)研究已有較大進(jìn)展。通過上述研究可以看出，低溫等離子體滅菌技術(shù)可靈活滅菌多類包裝形式下的物品，具有較為優(yōu)秀的材料兼容性，甚至可能用于處理運(yùn)行中的電子設(shè)備；同時(shí)，整體裝置易于小型化的特點(diǎn)使其可靈活運(yùn)用于狹小空間、復(fù)雜環(huán)境的滅菌操作中，具有極大降低行星保護(hù)任務(wù)復(fù)雜程度的潛力。因此，低溫等離子體滅菌技術(shù)在行星保護(hù)領(lǐng)域具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

3 輔助技術(shù)

在發(fā)展用于行星保護(hù)的微生物殺滅技術(shù)同時(shí)，可針對(duì)不同任務(wù)特征選取合適的輔助技術(shù)手段輔助滅菌，例如可通過較為溫和的物理手段在滅菌前處理材料表面，降低材料表面細(xì)菌密度，從而降低嚴(yán)苛的滅菌處理時(shí)間，避免材料的性能損失。此外，對(duì)于具有較高潔凈度要求的滅菌車間，同樣需要進(jìn)行一定的預(yù)處理，以防止零部件進(jìn)樣對(duì)潔凈間的污染。目前NASA主要采取多種有機(jī)溶劑擦拭后紫外照射和烘干的方式進(jìn)行初步清潔[42]。在此基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要介紹另外幾種潛在的滅菌前后輔助技術(shù)。

3.1 干冰清潔預(yù)處理

干冰清潔主要基于熱學(xué)和機(jī)械兩方面，其熱學(xué)原理為當(dāng)特定尺寸的干冰顆粒在一定流速下作用于材料表面時(shí)，材料熱量向干冰顆粒的傳導(dǎo)引起材料表面溫度下降，材料表面附著的雜質(zhì)隨之失去彈性、收縮、變脆并破裂。隨后，干冰及氣流的動(dòng)能帶動(dòng)脫落的雜質(zhì)隨反射氣流脫離材料表面。干冰清潔的機(jī)械原理為干冰顆粒與材料表面的相互碰撞以及干冰顆粒的彼此碰撞導(dǎo)致的升華而引起巨大的體積變化，氣體在雜質(zhì)與材料表面的粘附層之下形成一道氣墊并將其剝離[43]。

根據(jù)所用干冰顆粒大小和氣流速度的不同，干冰清潔目前在汽車工業(yè)的除漆操作、各類精密儀器的清潔處理，甚至一些如天文光學(xué)器件等高度精密儀器的清潔作業(yè)中均有研究和應(yīng)用[44-46]，為其在行星保護(hù)中的應(yīng)用提供了一定的支撐。

干冰清潔不僅具有較好的材料兼容性，還對(duì)材料表面附著的微生物具有一定的清潔能力。Witte等[47]比較了干冰清潔技術(shù)對(duì)陶瓷、金屬、高分子聚合物等多種材料表面大腸桿菌的清潔效果，結(jié)果顯示清潔效果主要受干冰用量、氣體壓力和材料種類的影響。Purohit等[48]使用干冰清潔技術(shù)處理不銹鋼表面的傷寒沙門氏菌和李斯特菌，發(fā)現(xiàn)7 s處理可將2種菌的數(shù)量降低3個(gè)數(shù)量級(jí)。Millar[49]關(guān)于干冰清潔機(jī)技術(shù)報(bào)告中測(cè)試其對(duì)多種食品級(jí)材料表面沙門氏菌、大腸桿菌和李斯特菌的清潔效果，顯示對(duì)多種不銹鋼表面沙門氏菌的清潔效果均達(dá)到了4個(gè)數(shù)量級(jí)，其中對(duì)表面光潔的不銹鋼清潔效果可達(dá)5個(gè)數(shù)量級(jí)。

因此，在行星保護(hù)應(yīng)用中，可以選擇干冰清潔作為污染程度較高的大面積平面零部件的前期清潔工藝，但在應(yīng)用時(shí)需嚴(yán)格選取合適的干冰粒徑和氣流速度以免磨損材料表面。

3.2 超聲清潔預(yù)處理

隨著超聲波清洗理論研究的不斷深入和明晰，超聲清潔技術(shù)在工業(yè)中有著越來(lái)越成熟的應(yīng)用。超聲波的高頻機(jī)械振動(dòng)使得液體清洗介質(zhì)產(chǎn)生接近真空的空泡，通過空化作用完成對(duì)材料表面的清洗。空化作用會(huì)在固體和液體界面處產(chǎn)生高速的微射流，達(dá)到破壞附著物、加速溶解的去污目的。超聲清潔可以很好地清潔深孔和復(fù)雜幾何形狀的物體，廣泛應(yīng)用于精密器械的清潔作業(yè)中，具有相對(duì)良好的材料兼容性。

由于空泡在收縮崩潰時(shí)可產(chǎn)生5000 ℃高溫及50 MPa高壓，因而超聲清潔對(duì)細(xì)菌具有一定的致死性，但整體殺滅效率較低，因而更多地作為一種清潔技術(shù)而非嚴(yán)格的滅菌技術(shù)。因此，超聲清潔也是一種極具潛力的行星保護(hù)微生物消殺前期清潔預(yù)處理工藝，尤其是對(duì)污染程度較高的復(fù)雜幾何形狀零部件進(jìn)行前期清潔處理，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.3 敏感器件封裝處理

1969年，COSPAR計(jì)算了人類地外探索活動(dòng)對(duì)目標(biāo)天體的污染概率，認(rèn)為在航天器表面的微生物，其釋放到目標(biāo)天體的概率為1，在緊固組合部件之間的微生物釋放概率為2×10-3，而包埋在組件內(nèi)部的微生物釋放到目標(biāo)天體的概率僅為1×10-4[50]。鑒于此，可針對(duì)航天器內(nèi)部敏感器件進(jìn)行封裝處理，對(duì)于在滅菌工藝材料兼容性評(píng)估中被認(rèn)為存在較大性能和功能風(fēng)險(xiǎn)的敏感材料和元器件，可以對(duì)其采取一定的保守滅菌處理后，使用滅菌工藝可兼容的材料進(jìn)行封裝。事實(shí)上，隨著航天器信息處理載荷對(duì)性能要求的不斷提高，以及對(duì)深空探測(cè)衛(wèi)星及微小衛(wèi)星等越來(lái)越高的小型化、輕質(zhì)化要求，灌封、系統(tǒng)級(jí)封裝等技術(shù)已經(jīng)被越來(lái)愈多地應(yīng)用在航天領(lǐng)域，并在未來(lái)航天產(chǎn)品中起到越來(lái)越重要的作用，極大提升航天產(chǎn)品精密部件的絕緣、防震，抵抗各種復(fù)雜、惡劣的地理、氣候、空間輻照、高低溫等的防護(hù)性能[51]。因此，可從航天任務(wù)的規(guī)劃伊始，便將與消殺工藝兼容的封裝處理方法納入行星保護(hù)整體考量，對(duì)敏感材料和元器件進(jìn)行不影響本身性能和功能的封裝處理后，采用消殺技術(shù)對(duì)封裝系統(tǒng)整體進(jìn)行表面處理，以符合行星保護(hù)的要求。

3.4 無(wú)菌包裝、傳遞與貯存

在滅菌過程中，待滅菌物品的包裝是一個(gè)相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)，其主要用于避免物品經(jīng)過滅菌后在存放和傳遞過程中受到細(xì)菌的再次污染，從而使其在打開包裝使用時(shí)都能夠保持無(wú)菌狀態(tài)。

NASA和ESA的行星保護(hù)文件中并未對(duì)行星保護(hù)消殺體系中的無(wú)菌包裝形式具體描述，但來(lái)自NASA JPL的研究人員于2006年和2008年所開展的消殺技術(shù)測(cè)試中，均使用了Tyvek/Mylar滅菌袋包裝樣品[13-14](圖5)。Tyvek/Mylar滅菌袋由杜邦公司生產(chǎn)的Tyvek無(wú)紡布和聚脂薄膜熱封而成，是一種常用的醫(yī)用滅菌袋，具有透氣隔菌的特性，且兼容環(huán)氧乙烷、伽馬射線、電子束、蒸汽、VHP及低溫等離子體等多種滅菌工藝，并且在滅菌后仍可維持原本特性。目前醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)中所使用的低溫等離子體滅菌器的滅菌流程中普遍使用硬質(zhì)器械盒、Tyvek/Mylar滅菌袋或其他無(wú)紡布等多種形式包裝手術(shù)器械，對(duì)行星保護(hù)消殺應(yīng)用中的無(wú)菌包裝具有極大的參考價(jià)值。

圖5 使用Tyvek/Mylar滅菌袋包裝的樣品[13]Fig.5 Samples packed in Tyvek/Mylar sterile bags[13]

在完成零部件的無(wú)菌包裝和消殺處理后，還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膫鬟f與貯存措施，以保證滅菌后的零部件保持無(wú)菌狀態(tài)。ESA在行星保護(hù)任務(wù)中使用手套箱傳遞滅菌后的零部件，并且在ECSS-Q-ST-70-53C《消殺過程中的材料與硬件兼容性測(cè)試》中對(duì)進(jìn)行兼容性檢測(cè)的樣品保存環(huán)境提出了要求。NASA對(duì)海盜號(hào)探測(cè)器的污染防控中搭建了專門的生物屏蔽室，通過持續(xù)的熱封吹掃和內(nèi)外壓力梯度保持了良好的清潔程度[11]。目前，醫(yī)療器械生產(chǎn)、醫(yī)院感染控制及消毒供應(yīng)中心等領(lǐng)域均已建立了完善的污染控制體系，通過合理劃分不同功能區(qū)域，并建立嚴(yán)格的氣壓梯度和人員流動(dòng)規(guī)章，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械和物資的無(wú)菌管理。這些在當(dāng)今醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)成熟的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)我國(guó)行星保護(hù)消殺應(yīng)用中部件無(wú)菌傳遞與貯存流程的建立也具有重要借鑒作用。

4 中國(guó)行星保護(hù)微生物消殺技術(shù)體系的思考

歐美等國(guó)經(jīng)過幾十年的行星保護(hù)實(shí)踐，已經(jīng)發(fā)展出一套較為完善的行星保護(hù)體系規(guī)范，特別是在減少航天器微生物載荷方面，要求在航天器生產(chǎn)、運(yùn)輸和發(fā)射等過程中均采取嚴(yán)格的微生物消殺措施，并出臺(tái)了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范文件。而在體系規(guī)范的建立和執(zhí)行過程中出現(xiàn)的一些問題以及由此而來(lái)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)中國(guó)的行星保護(hù)事業(yè)建設(shè)具有重要的參考意義。NASA和ESA在總結(jié)前期行星保護(hù)成果上，達(dá)成了行星保護(hù)需要從任務(wù)伊始便納入總體設(shè)計(jì)的共識(shí)。例如，ESA在對(duì)Beagle 2任務(wù)失敗的后期研討中指出，Beagle 2項(xiàng)目的早期設(shè)計(jì)決策出現(xiàn)的遺漏導(dǎo)致無(wú)菌裝配任務(wù)的復(fù)雜性增加[24, 52]。NASA對(duì)海盜號(hào)任務(wù)的回顧總結(jié)中，盡管項(xiàng)目仔細(xì)地選取耐消毒的零件和材料，但某些粘合劑、潤(rùn)滑劑等組件在最終滅菌后仍無(wú)法保持完整性，極大地增加了行星保護(hù)工作量，因此得出滿足行星保護(hù)要求的系統(tǒng)工程需要在設(shè)計(jì)過程中盡早實(shí)施的建議[53]。

有鑒于此，對(duì)中國(guó)行星保護(hù)微生物消殺技術(shù)體系建立提出如下思考：

1)應(yīng)在航天器早期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及早加入對(duì)行星保護(hù)滅菌要求的考量，將行星保護(hù)要求作為航天器設(shè)計(jì)要求之一，對(duì)于降低行星保護(hù)成本、提高行星保護(hù)完成水平、保障任務(wù)成功，具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2)行星保護(hù)微生物消殺技術(shù)體系的建立，不僅包括對(duì)現(xiàn)有滅菌技術(shù)實(shí)際滅菌效果的檢測(cè)及應(yīng)用參數(shù)的確定，還應(yīng)包含滅菌技術(shù)與航天器所用材料兼容性的測(cè)試記錄工作。由于沒有任何一種滅菌技術(shù)可以適用于所有的材料，所以應(yīng)針對(duì)航天器所用材料的自身特性選取對(duì)應(yīng)滅菌技術(shù)，或根據(jù)滅菌要求而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)選取對(duì)應(yīng)材料。

3)建立完整的行星保護(hù)微生物消殺技術(shù)體系，不僅應(yīng)在航天器全生命周期各階段研究和采取有針對(duì)性的生物載荷防控和消殺措施，在針對(duì)航天器各部件以及系統(tǒng)整體的具體消殺防控措施中，也應(yīng)考慮全面、全過程管理。在考慮材料性能和部件功能基礎(chǔ)上選擇適宜的消殺技術(shù)，隨后基于核心消殺手段，設(shè)計(jì)和執(zhí)行系統(tǒng)完整的微生物消殺措施。首先深空探測(cè)器部件需采取清潔預(yù)處理，有效降低有機(jī)物污染并減輕后續(xù)消殺負(fù)擔(dān)；隨后采取核心消殺手段；其次所有過程包括不同操作之間的傳遞應(yīng)在符合行星保護(hù)微生物控制等級(jí)要求的潔凈環(huán)境中進(jìn)行，相關(guān)操作流程、人員以及器件工具等均有相應(yīng)的規(guī)范管理；最后經(jīng)過消殺處理的部件，特別是著陸器、采樣器等關(guān)鍵整機(jī)或設(shè)備還應(yīng)采取嚴(yán)格的無(wú)菌、防污染包裝(如生物防護(hù)罩等)，確保部件及系統(tǒng)在總裝、集成和測(cè)試階段以及發(fā)射前所攜帶的微生物總量符合行星保護(hù)要求。

4)在建立中國(guó)行星保護(hù)微生物消殺技術(shù)體系的過程中，可在借鑒他國(guó)已有成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，更多地利用醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)發(fā)展成熟的微生物消殺技術(shù)及污染控制體系現(xiàn)有技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)中求進(jìn)，快速發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過深入挖掘歐美各國(guó)行星保護(hù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，分別介紹了干熱滅菌、氣相過氧化氫、環(huán)氧乙烷、輻射、超臨界二氧化碳以及低溫等離子體等多種滅菌技術(shù)以及與滅菌過程相關(guān)的前期預(yù)處理、敏感器件封裝處理和無(wú)菌包裝、傳遞與貯存等輔助技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出建立中國(guó)行星保護(hù)微生物消殺技術(shù)體系的思考，以期為中國(guó)開展行星保護(hù)工作提供參考和借鑒。