I den internationella rymdstationens Destiny-laboratorium genomför NASA-astronauten Dan Burbank, befälhavare för Expedition 30, en session med det preliminära avancerade kolloidexperimentet (PACE) vid Ljusmikroskopimodulen (LMM) i Fluids Integrated Rack / Fluids Combustion Facility (FIR/FCF) ). PACE är utformad för att undersöka förmågan att utföra kolloidexperiment med hög förstoring med LMM för att bestämma partiklarna av minsta storlek som kan lösas med den. Kredit:Science@NASA
Kolloider är blandningar av mikroskopiska partiklar suspenderade i vätskor - ämnen som delvis är fasta, delvis flytande. Kolloider finns i produkter inklusive tandkräm, ketchup, färg och flytande handtvål, och är en del av ett studieområde som kallas mjuk materia.
En annan bekant erfarenhet med kolloider:"sättning", vilket är när dessa blandningar separeras i lager över tiden, dras isär av gravitationen. Det är därför forskare satte sig för att studera hur dessa ämnen beter sig på en grundläggande nivå i rymden – för att förlänga "hållbarheten" för material, både i rymden och på jorden.
För att samla in dessa data behövde forskarna ett speciellt verktyg som skulle göra det möjligt för dem att se djupt in i världen av dessa små partiklar. Gå in i NASA:s LMM—ljusmikroskopimodulen.
Sedan 2009 har vetenskapsmän och forskare från sex länder, inklusive 27 universitet och forskningsorganisationer, tillbringat tusentals timmar med att använda den anmärkningsvärda kraften hos denna toppmoderna ljusavbildningskonfokalmikroskopanläggning för att studera en mängd olika fysiska och biologiska fenomen. Tidigare inrymt i Destiny-modulen på den internationella rymdstationen, bidrog LMM i hög grad till vetenskaplig upptäckt.
LMM har använts av privata företag för att hitta nya sätt att förbättra sina konsumentprodukter. Procter &Gamble fick till exempel godkännande för tre patentansökningar för nya produkter som ett direkt resultat av företagets forskning med hjälp av LMM.
Enheten hjälpte också andra ingenjörer att designa nästa generation av högeffektiva kvantpricksensibiliserade solceller, avsevärt förbättra biomedicinsk enhetsteknologi och leverera potentiella innovationer inom byggmaterial för användning på jorden, månen och Mars.
Diane Malarik är för närvarande biträdande direktör för NASA:s avdelning för biologiska och fysikaliska vetenskaper, men på 1990-talet var hon projektledare med ansvar för LMM:s initiala design. Som hon minns:"Vi designade nyttolaster för rymdfärjan, men de hade mycket enklare konstruktioner och drift då. Utrustningen designades för att användas endast en gång av en enda utredare. När tanken på att bygga en LMM för att installera i rymdstationen kom fram, vi visste att den skulle behöva användas av minst fyra utredare och var tvungna att designa den med mycket mer flexibilitet."
Sedan installationen har LMM använts i 40 experiment, fånga bilder som är avgörande för att hjälpa forskare och ingenjörer att förstå de krafter som styr materiens organisation och dynamik i mikroskopiska skalor. I själva verket har LMM hjälpt till att göra kolloidernas osynliga värld mer synlig.
Det som gjorde LMM unikt bland mikroskop var att det gjorde det möjligt för forskare att använda mikrogravitationsmiljön för att observera separationen av fysiska och biologiska mekanismer över mycket längre tidsskalor än vad som är möjligt på jorden. Och mikroskopets högkvalitativa, tredimensionella bilder fördjupade vår vetenskapliga förståelse av flera mikro- och makroskopiska fält inklusive värmeöverföring, kolloidinteraktion och fasseparation. Genom att göra det har det gjort det möjligt för forskare att förbättra effektiviteten hos kommersiella produkter på jorden, samt bidragit till det större forskarsamhällets förståelse av kolloider.
Efter att ha avslutat mer än ett decennium av forskning, ägde LMM:s sista experiment rum i oktober 2021. Under denna tid användes LMM för forskning inom mjuk materia/komplexa vätskor (kolloider och geler), vätskefysik (värmerör), biofysik (proteinkristallisation). , läkemedelstillförsel) och växtbiologi (gravitationsavkänning i rötter). Över 30 konferenspresentationer har hållits och cirka 50 tidskriftspublikationer publicerats eller är under utveckling som använder data direkt från rymdstationens LMM-resultat.
Museiproffs hoppas att LMM en dag kan bevaras för andra att interagera med på jorden också. Lauren Katz, programledare för NASA Artifacts and Exhibits, sa att hon skulle vara glad att övervaka LMM:s potentiella användning i framtida NASA-utställningar och lån till museer. "Vi anser att införandet av LMM kan fungera som en fascinerande introduktion till hur vetenskap i rymden kan bedrivas från jorden", säger Katz. "Vidare, eftersom mikroskopet fjärrstyrs, tror vi att den här interaktiva funktionen kan fungera som den "coola" faktorn eftersom besökare själva styr mikroskopet (eller representativ enhet).
Många faktorer kommer att påverka huruvida LMM kan återföras till jorden, nämligen rymdbegränsningar ombord på både rymdstationen och returfordon. Oavsett LMM:s slutdestination kommer dess arv som en arbetshäst för vetenskapen att finnas kvar. + Utforska vidare
