Микрофлюидика в космосе для обнаружения признаков внеземной жизни и мониторинга здоровья космонавтов

Mar 07, 2024

15 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Тамараси Джевандара, Phys.org

В новом отчете, опубликованном в журнале npj Microgravity, Закари Эстлак и исследовательская группа в области машиностроения и космических наук из Университета Юты и Калифорнийского университета в Беркли разработали микрофлюидный органический анализатор для обнаружения признаков жизни за пределами Земли и клинического мониторинга. здоровье космонавта. Команда провела обширные экологические испытания в различных гравитационных атмосферах, чтобы подтвердить функциональность анализатора и уровень его технологической готовности.

Ученые-планетологи смоделировали условия лунной, марсианской, нулевой и гипергравитационной среды, обычно встречающиеся во время параболического полета, чтобы подтвердить функциональность микрофлюидного анализатора. Результаты исследования открывают путь к интеграции микрофлюидных инструментов в ряд возможностей космических миссий.

Микрофлюидика представляет собой крупную техническую инновацию для биомедицинских исследований in vitro. Эта концепция также подходит в астробиологии для анализа биологических характеристик в космических полетах путем регулирования объемов жидкости на нано-/микроуровне в ходе высокочувствительных биохимических исследований, сохраняя при этом незначительный физический след. В результате миниатюрные инструменты особенно привлекательны для анализа биологических отпечатков внеземной жизни.

Планетологи уже собрали и тщательно изучили образцы льда со спутников Сатурна и Юпитера Энцелада и Европы с помощью микрофлюидных устройств. Такие аналитические инструменты также полезны для мониторинга здоровья летного экипажа. Хотя системы микрофлюидного биоанализа все еще находятся в разработке, биоинженеры стремятся улучшить их гравитационную чувствительность и энергоэффективность для реконфигурируемых и компактных исследований космоса на месте.

Эстлак и его коллеги разработали систему микрофлюидного органического анализатора (МОА) со встроенной программируемой микроволновой решеткой (ПМА), а также стеклянными микроканалами и системой обнаружения лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ). При разработке органического анализатора они сосредоточились на системе приборов летного формата уровня технологической готовности, чтобы оценить готовность устройства к коммерциализации, подходящему для космических полетов, и идентифицировать интересующие аналиты.

Эта работа проливает свет на результаты первых двух полетов в серии из пяти полетов в условиях микрогравитации, чтобы оценить эффективность микрофлюидики в условиях микрогравитации. Массивы микрофлюидных клапанов помогали готовить и регулировать образцы внутри прибора, автоматически маркировать, инкубировать и доставлять образцы на встроенный чип капиллярного электрофореза и обнаруживать лазерно-индуцированную флуоресценцию в одной и той же установке. В целом, прибор включает в себя микрофлюидный органический анализатор, матрицу микроклапанных анализаторов, содержащую интегрированный чип для обнаружения лазерно-индуцированной флуоресценции, и набор датчиков.

Исследовательская группа изучила общие функциональные параметры во время полета, чтобы обеспечить мониторинг и регулирование всех условий тестирования. По мере того, как модель самолета набирала высоту, давление падало, что приводило к общему падению температуры, что влияло на микрофлюидный инструмент. Однако изменения рабочих параметров оказали минимальное влияние на общую производительность прибора.

Эстлак и его команда провели анализ скорости потока во время лунного, марсианского и гипергравитационного периодов полета. Они отметили изменения в начальном обратном потоке и пиковом расходе при увеличении силы тяжести. Результаты моделирования показали, что гравитационная среда оказала минимальное влияние на работу инструмента.