太空：标准的终极前沿

·七种美国国家标准与技术研究院（NIST）标准物质，包括房屋灰尘和冻干人体肝脏组织，已被送往国际空间站（ISS）。

·标准物质是经过精密测量的物品，在研究和工业中用于校准仪器和确保测量准确性。

·将这些物质送入轨道将有助于回答关于太空极端环境如何影响制造业和人类健康的重要问题。

国际空间站图片来源：美国国家航空航天局（NASA）

2025年8月24日，七种精心挑选的物质被紧紧包裹在定制容器中，以每小时17,500英里的速度离开地球。位于猎鹰9号（Falcon 9）火箭顶部的房屋灰尘、冻干人体肝脏和胆固醇与其他四种科学样本一起前往国际空间站。这些经过深入研究的样本被称为标准物质，在地球上发挥着重要作用——如今其作用延伸至太空。随着太空成为人们居住、开展研究甚至创办新企业的场所，这些标准物质将在理解外太空对日常物品影响方面发挥关键作用。例如，药物开发已经在近地轨道进行。随着这类研究的增长，对标准物质的需求也将增加。

将这些标准物质送入轨道是美国国家标准与技术研究院（NIST）、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）太空商业办公室与生物技术公司Rhodium Scientific合作的成果。其目标是通过支持外太空创新商业和科学能力的发展，推进美国在太空领域的领导地位。这项工作还支持最近两项关于美国太空活动的行政命令的目标。

从菠菜、水泥到人体粪便，一千多种不同的标准物质存放在马里兰州的一个仓库中，等待运往全球各地的公司和科学家。

许多类型的研究和工业都依赖于美国国家标准与技术研究院（NIST）创建和维护的标准物质。实验室可以将其样本的测量结果与这些经过精密测量的物质进行比较，并校准其测量设备以确保读数准确。例如，NIST的胆固醇标准物质帮助医学实验室确保其胆固醇测量仪器正常工作。这是监测人们健康的重要质量控制措施。标准物质还帮助科学家跨越时空进行交流。如果研究人员在研究中使用了标准物质，任何人都可以使用相同的标准物质重现该实验，即使数十年后身处不同的大陆。

此次送抵的七种物质中，有六种不仅是标准物质，还是标准参考物质（SRM），这意味着它们达到了NIST最高的测量标准。它们是胆固醇、三棕榈酸甘油酯、屋尘、肌酐、尿素、尿酸。第七个样本——人体肝脏——是一种标准物质，属于NIST次高标准。（点击此页面了解区别）

太空以意想不到的方式影响人和物。其低重力环境导致宇航员骨密度下降，并可能削弱其心血管系统。在地球保护性磁场之上，来自太阳和其他恒星的辐射比地球上更强。

外太空将如何影响从未进入过轨道的事物并不总是显而易见的。一个鲜明的例子是，2023年的一项小学项目表明，肾上腺素（一种用于治疗危及生命的过敏反应的药物）在暴露于宇宙辐射时会化学转化为有毒的苯甲酸。如果宇航员或太空游客在试图从过敏性休克中恢复时不慎被注射了苯甲酸，后果将非常严重。

太空引起的化学变化并非都是负面的。例如，在微重力环境下生长蛋白质晶体更容易。利用这一优势，国际空间站上的科学家研究了抗癌药物Keytruda，该药物由蛋白质晶体制成。该药物的晶体在微重力下形成得比地球上均匀得多。这项研究促成了一种更便捷的给药版本，可以注射而非通过输液袋缓慢滴注。

“太空为全类别的研究和制造提供了机会，标准将在那里发挥重要作用，就像在地球上一样，”担任NOAA太空商业办公室高级顾问的NIST研究化学家Dianne Poster表示。

科学家对太空环境如何影响对人类健康重要的分子仍知之甚少。太空可能对肝脏和其他组织中的有机分子造成微小但重要的变化。

“如果人们要在太空停留任何较长时间，他们将必须进行医学检测，我们需要了解他们的胆固醇和尿液分子在太空和地球上的稳定性，”NIST科学家Kate Rimmer解释道。“这些标准参考物质是获得更好理解的早期步骤。”

NIST房屋灰尘标准参考物质 

图片来源：NIST

选择这七种标准物质作为首批进入太空的物质，是因为它们对人类健康重要且相对容易发射入轨。这些标准参考物质以可在室温下保存的干粉形式存在，使其比血浆标准物质（需要保持在零下80摄氏度的极低温）更易于太空包装。

它们也是NIST测量最精确的物质之一。其中五种是“化学原级标准”，即极其纯净和稳定的化学物质，易于操作。“原级标准是用尽可能充分利用当前技术实现测量的物质，”Rimmer说，“正因为如此，它们是许多其他化学测量的起点。”

房屋灰尘标准参考物质不是原级标准，但因其是NIST表征最充分的标准参考物质之一，且含有多种可影响人类健康的化学物质而被选中。这些灰尘收集自美国六个不同州的吸尘器袋。“灰尘含有人们每天接触的化学物质，如车辆排放的室外污染物和农药——所有这些东西都会进入房屋灰尘，”于2007年帮助开发该标准参考物质的Poster解释道。“它是这些污染物的非常好的储存库。”

研究房屋灰尘为室内空气质量、化学物质如何在室内移动以及潜在健康风险提供了见解。就像任何人们居住和工作的地方一样，航天器上也有灰尘。随着太空人口增多和商业空间站的出现，研究灰尘可能成为理解和管理封闭环境内空气的有用工具。

“将我们在太空中测量生物和化学变化的方式进行标准化，这对于创建一个弹性、自维持的生态系统至关重要，在这个生态系统中研究和商业可以蓬勃发展，” NOAA太空商业办公室政策、倡导和国际司司长Gabriel Swiney表示。“这项任务是迈向更具活力和可扩展的太空经济的关键一步。”

NIST将标准物质包装在由Rhodium公司设计的太空旅行专用容器中。在太空中，这些物质将保持包装状态直到返回地球。任务结束后，部分样本将被送往Rhodium的太空生物银行（Space BioBank），在那里保存供未来研究使用。“将样本送往太空进行研究可能需要数年时间并花费数百万美元，”Rhodium首席执行官Olivia Holzhaus解释道。“生物银行的核心思想是拥有大量已经去过太空的不同样本，随时可供测试和即时使用，使太空研究更快更高效。当它们返回时，这些经历过太空旅行的标准参考物质将可供全球研究人员和公司使用。”

其他样本将返回NIST，科学家将使用核磁共振波谱等先进技术测量样本在国际空间站期间是否经历了任何化学变化。科学家们不确定标准参考物质返回后可能会看到什么变化。即使没有任何变化，那也将是未来太空研究的宝贵信息。