随着载人航天工程三步走战略的实施,我国即将进入到永久性空间实验室和宇航员长期驻留的空间站的第三阶段。空间站长期在轨期间,对空间站微生物进行有效的监测,确保站内微生物指标符合在轨要求并根据检测结果进行风险控制和预防,就成了空间站稳定运行的必要保障。舱内的微生物不仅对宇航员的身体健康构成威胁,还会侵蚀空间站的材料,导致设备出现故障,甚至引起系统瘫痪。研究表明,在太空复杂环境因子作用下,微生物发生变异的几率增加,自身毒性会增强。对空间站内的微生物进行自动采集和快速检测,进行有效的防控已成为日益迫切的需求。针对上述需求,论文设计并实现了一套基于微流控芯片的全自动空气微生物采集与荧光检测技术的研究装置。在对比国内外常用的微生物采样技术,结合空间站对于载荷体积小、操作简单、自动化程度高的要求后,采用MSP430单片机作为控制核心,将小型气泵、液泵、电磁阀集成在一个紧凑的空间内,配套斜射式激发荧光检测模块,能够自动化完成微生物收集和实时光学检测。该设备体积为200mm×150mm×130mm,重量小于5Kg,功耗小于10W,符合空间站使用的基本需求。在微流控芯片采样设计上,设计选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为芯片材料,采用阻流式采样原理,以0.22μm的醋酸纤维素膜作为滤膜材料。为达到气液路分离的效果,设计了分层式十字通道式结构,并对腔室尺寸进行了有限元仿真,确定了最优腔室设计,实现大于70%的空气微生物捕获率。在检测方法上,从溯源标准出发,为了满足对微生物定量以及菌种识别的功能要求,设计了激发荧光和培养两种检测方式。并对这两种方式进行了灵敏度、线性度、重复性的测试,确保了两种检测方式的一致性。不同场景应用实验确认了研究样机的有效性。本课题所设计的面向空间站的空气微生物采集研究装置,不仅可以为我国空间站微生物监测与防护提供技术支持,同时也适用于多领域下需要进行微生物快速检测的情形,具有较大的航天价值和民用前景。