I ricercatori che studiano come si formano e funzionano le bolle stanno inviando un messaggio completamente automatizzato, esperimento autonomo nello spazio.

Lo studio, guidato da Tengfei Luo, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Meccanica dell'Università di Notre Dame, sarà avviato dagli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Utilizzando i risultati in tempo reale inviati sulla Terra per l'analisi, Luo e il suo team sperano di acquisire una migliore comprensione fondamentale di come si formano le bolle, crescere e staccarsi da superfici solide con diverse caratteristiche su scala nanometrica.

Queste informazioni potrebbero migliorare le capacità diagnostiche per malattie potenzialmente letali, inclusi alcuni tipi di cancro.

"Ciò che stiamo esaminando parallelamente alla ricerca in corso sulla ISS è come utilizzare queste bolle per il rilevamento del cancro nelle fasi iniziali, quando le cellule cancerose sono ancora a concentrazioni molto basse, " Ha detto Luo. "Il nostro metodo è un potenziale metodo per aumentare la sensibilità e migliorare la diagnosi precoce del cancro".

In uno studio del 2020 pubblicato su Interfacce materiali avanzati , Luo ha utilizzato con successo il riscaldamento laser per generare bolle in una soluzione contenente molecole biologiche. I ricercatori hanno scoperto che potrebbero attirare quelle biomolecole nella bolla e depositarle sulla superficie, creando una "isola altamente concentrata". I risultati potrebbero influenzare lo sviluppo futuro di diagnostica altamente sensibile, che è oggetto di uno studio a cui Luo sta lavorando con il finanziamento della National Science Foundation.

Diversi fattori in competizione possono influenzare la dinamica delle bolle:gravità, che influenza la galleggiabilità di una bolla; l'interfaccia della bolla e una superficie solida, o forza capillare; e la minimizzazione della tensione superficiale dovuta alla bolla che cerca di essere sferica nel liquido. L'esperimento di Luo a bordo della ISS metterà alla prova il comportamento delle bolle in assenza di gravità.

"Una domanda a cui vorremmo rispondere è, senza l'influenza della galleggiabilità, in che modo gli altri due fattori influiscono sulla dinamica delle bolle?", ha detto Luo.

Il comportamento delle bolle è fondamentale quando vengono utilizzate per raccogliere biomarcatori per la diagnosi precoce del cancro. "Vogliamo che la bolla rimanga in superficie il più a lungo possibile in modo che possa raccogliere più biomolecole in una soluzione, " disse. "Se diventa troppo grande si staccherà, quindi vogliamo sapere come progettare la geometria della superficie, utilizzando nanostrutture sulla superficie per ottimizzare la forza capillare e mantenere la bolla sulla superficie per un periodo di tempo più lungo. Sappiamo che la galleggiabilità è un fattore importante e può impedire a una bolla di crescere troppo prima che si stacchi, ecco perché abbiamo pensato di guardare a un ambiente in cui non c'è gravità per permetterci di chiarire la fisica fondamentale".

Luo ha ricevuto finanziamenti dal Center for the Advancement of Science in Space e ha iniziato a lavorare al progetto ISS nel 2018, ma ha riscontrato una serie di ritardi, compreso il rinvio a causa della pandemia di COVID-19.

Per l'esperimento, aveva bisogno di un dispositivo in grado di creare una bolla e registrare immagini e letture del comportamento della bolla senza l'uso di un laser - che sarebbe costato $ 2 milioni in più - e senza biomolecole, quale, nello spazio, può creare un problema di rischio biologico. "Quindi ci stiamo concentrando sui fondamentali, " ha detto Luo.

Lavorare con Space Tango, un'azienda specializzata nella progettazione e costruzione di hardware automatizzato per la salute e la tecnologia da utilizzare nello spazio, l'indagine Notre Dame sarà installata sulla ISS a giugno.

L'indagine è ospitata in un piccolo cubo, conosciuto come CubeLab, che è dotato di quattro compartimenti fluidi, capacità termiche per riscaldare la soluzione, e una fotocamera che catturerà e invierà immagini di ogni scomparto quasi in tempo reale. Luo e il suo team riceveranno anche letture di temperatura e pressione e valori di potenza di riscaldamento.

"Confronteremo questi risultati con ciò che già sappiamo della dinamica delle bolle sulla Terra, dandoci una migliore comprensione dei ruoli che giocano le diverse forze dei fluidi, " ha detto Luo.

L'esperimento si svolgerà nell'arco di circa tre settimane a bordo della ISS.