Microfluidica nello spazio per rilevare tracce di vita extraterrestre e monitorare la salute degli astronauti

Mar 07, 2024

Funzionalità del 15 giugno 2023

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di Thamarasee Jeewandara, Phys.org

In un nuovo rapporto ora pubblicato su npj Microgravity, Zachary Estlack e un gruppo di ricerca in ingegneria meccanica e scienze spaziali dell’Università dello Utah e dell’Università della California, Berkeley, hanno sviluppato un analizzatore organico microfluidico per rilevare tracce di vita oltre la Terra e monitorare clinicamente salute degli astronauti. Il team ha eseguito test ambientali approfonditi in diverse atmosfere gravitazionali per confermare la funzionalità dell'analizzatore e il suo livello di preparazione tecnologica.

Gli scienziati planetari hanno simulato ambienti lunari, marziani, condizioni di zero e di ipergravità tipicamente incontrate durante un volo parabolico per confermare la funzionalità dell'analizzatore microfluidico. I risultati dello studio aprono la strada all'integrazione degli strumenti microfluidici in una serie di opportunità di missioni spaziali.

La microfluidica rappresenta un’importante innovazione tecnica per la ricerca biomedica in vitro. Il concetto è adatto anche in astrobiologia per le analisi dei voli spaziali delle firme biologiche regolando i volumi dei fluidi su scala nano/micro attraverso indagini biochimiche altamente sensibili, pur mantenendo un ingombro fisico minore. Di conseguenza, gli strumenti in miniatura sono particolarmente attraenti per analizzare le impronte biologiche della vita extraterrestre.

Gli scienziati planetari hanno già raccolto e studiato in profondità campioni di ghiaccio provenienti da Saturno e dalle lune di Giove Encelado ed Europa con dispositivi microfluidici. Tali strumenti analitici sono utili anche per monitorare la salute dell’equipaggio di condotta. Sebbene i sistemi di bioanalisi microfluidica siano ancora in fase di sviluppo, i bioingegneri mirano a migliorare la loro sensibilità gravitazionale e l’efficienza energetica per l’esplorazione spaziale in-situ riconfigurabile e compatta.

Estlack e colleghi hanno sviluppato un sistema di analisi organica microfluidica (MOA) con un array di microonde programmabile (PMA) integrato insieme a microcanali di vetro e un sistema di rilevamento della fluorescenza indotta da laser (LIF). Durante lo sviluppo dell'analizzatore organico, si sono concentrati su un sistema strumentale in formato di volo con livello di preparazione tecnologica per valutare la maturità del dispositivo per la commercializzazione, come appropriato per il volo spaziale, per identificare gli analiti di interesse.

Questo lavoro fa luce sui risultati dei primi due voli di una serie di cinque voli in microgravità, per valutare le prestazioni della microfluidica in condizioni di microgravità. Gli array di valvole microfluidiche hanno assistito la preparazione e la regolazione dei campioni all'interno dello strumento, per etichettare, incubare e fornire automaticamente i campioni a un chip di elettroforesi capillare integrato e rilevare la fluorescenza indotta dal laser all'interno della stessa configurazione. In totale, lo strumento ha integrato un analizzatore organico microfluidico, un array di analizzatori di microvalvole contenente un chip integrato per il rilevamento della fluorescenza indotta dal laser e una suite di sensori.

Il gruppo di ricerca ha studiato i parametri funzionali generali durante il volo per garantire che tutti gli ambienti di prova fossero monitorati e regolamentati. Man mano che la simulazione dell'aereo saliva, la pressione diminuiva provocando un calo generale della temperatura, che influiva sullo strumento microfluidico. Le modifiche ai parametri operativi, tuttavia, hanno avuto un impatto minimo sulle prestazioni complessive dello strumento.

Estlack e il team hanno condotto analisi della portata durante i periodi lunari, marziani e di ipergravità del volo. Hanno notato cambiamenti nel flusso di ritorno iniziale e nella portata di picco con una maggiore gravità. I risultati delle simulazioni hanno mostrato che l'ambiente gravitazionale ha avuto un impatto minimo sulle prestazioni dello strumento.