我国载人航天工程已发展到了需要航天员中长期驻留空间站的阶段。空间站长期在有氧密闭情况下在轨运行，其上的微生物安全必须要引起重视。和平号空间站与国际空间站上都曾检测到大量的微生物，这些微生物一方面会影响宇航员的身体健康，另一方面其中的某些微生物还会侵蚀空间站的材料，导致硬件故障；且有研究表明在太空微重力环境下，微生物变异几率增大，毒性会增强。在空间站这种特殊环境中，应对微生物污染的有效手段是预防，而预防的前提是快速检测。为了满足在空间站上原位快速的微生物检测的需求，本课题设计并实现了一套基于PCR（Polymerase Chain Reaction）技术的微生物原位快速检测系统。主要研究内容及成果如下：1）对比了各种常用的微生物检测方法，提出了使用实时PCR技术进行空间微生物检测。2）采用Ansys Workbench对微流控PCR芯片、静态腔式PCR芯片、基于硅胶管的管道式PCR芯片进行了温度场的有限元仿真，其仿真结果显示，三种PCR实现方案的温度控制皆能满足PCR扩增的需求。经试验验证，并从扩增效率、自动化实现等方面考虑，本课题最终选用微管道式PCR反应器。3）航天载荷的体积和重量是受到严格约束的，在研究过程中，课题一直遵循小型化、自动化的设计思路。在本课题中，PCR反应器采用基于微流控思想的微管道式PCR反应器，PCR反应液的输送使用压电泵技术。4）常规的实时PCR仪所用的光电探测器为光电倍增管，单个光电倍增管只能给出一维光强信息，如果进行大通量的检测就需要多个光电倍增管或采用成像探测的方法，EMCCD属于高灵敏度弱光成像探测器，通过设计EMCCD97的时钟驱动和信号处理，实现EMCCD倍增模式下的成像探测功能，满足了多路PCR实时检测的需求。5）标定了EMCCD探测系统的探测灵敏度，其可以满足激发荧光的探测需求，通过实测正确模板、错误模板以及无模板等情况下的实时PCR，验证了基于实时PCR技术的微生物检测的可行性。同时，本课题设计了便于集成的自动化空气微生物采样器。本课题所设计的基于PCR技术的微生物检测系统，不仅可以为我国空间站生物安全提供技术支持，同时也可用于海关、战地医院、公共卫生安全等需要便携的、快速的微生物检测的场合，具有较大的民用价值。