Nel laboratorio Destiny della Stazione Spaziale Internazionale, l'astronauta della NASA Dan Burbank, comandante della spedizione 30, conduce una sessione con il Preliminary Advanced Colloids Experiment (PACE) presso il Light Microscopy Module (LMM) nel Fluids Integrated Rack / Fluids Combustion Facility (FIR/FCF) ). PACE è progettato per studiare la capacità di condurre esperimenti colloidali ad alto ingrandimento con l'LMM per determinare le particelle di dimensioni minime che possono essere risolte con esso. Credito:Scienza@NASA
I colloidi sono miscele di particelle microscopiche sospese in fluidi, sostanze che sono in parte solide e in parte liquide. I colloidi si trovano in prodotti tra cui dentifricio, ketchup, vernice e sapone liquido per le mani e fanno parte di un campo di studio noto come materia soffice.
Un'altra esperienza familiare con i colloidi:"decantazione", che è quando queste miscele si separano in strati nel tempo, separati dalla gravità. Ecco perché i ricercatori hanno deciso di studiare come queste sostanze si comportano a un livello fondamentale nello spazio, per prolungare la "durata di conservazione" dei materiali, sia nello spazio che sulla Terra.
Per raccogliere questi dati, i ricercatori avevano bisogno di uno strumento speciale che consentisse loro di vedere in profondità nel mondo di queste minuscole particelle. Entra nel modulo LMM della NASA, il modulo di microscopia ottica.
Dal 2009, scienziati e ricercatori di sei paesi, tra cui 27 università e organizzazioni di ricerca, hanno impiegato migliaia di ore utilizzando la straordinaria potenza di questo microscopio confocale all'avanguardia per l'imaging della luce per studiare una varietà di fenomeni fisici e biologici. Precedentemente ospitato nel modulo Destiny della Stazione Spaziale Internazionale, l'LMM ha contribuito notevolmente alla scoperta scientifica.
Il LMM è stato utilizzato da aziende private per trovare nuovi modi per migliorare i propri prodotti di consumo. Procter &Gamble, ad esempio, ha ricevuto l'approvazione di tre domande di brevetto per nuovi prodotti come risultato diretto della ricerca dell'azienda che utilizza l'LMM.
Il dispositivo ha anche aiutato altri ingegneri a progettare la prossima generazione di celle solari sensibilizzate ai punti quantici altamente efficienti, a migliorare notevolmente la tecnologia dei dispositivi biomedici e a fornire potenziali innovazioni nei materiali da costruzione per l'uso sulla Terra, sulla luna e su Marte.
Diane Malarik è attualmente il vicedirettore della divisione di scienze biologiche e fisiche della NASA, ma negli anni '90 era la project manager responsabile del progetto iniziale di LMM. Come ricorda:"Abbiamo progettato i carichi utili per lo space shuttle, ma allora avevano un design e un funzionamento molto più semplici. L'attrezzatura è stata progettata per essere utilizzata solo una volta da un singolo investigatore. Quando è nata l'idea di costruire un LMM da installare nella stazione spaziale venuto alla luce, sapevamo che avrebbe dovuto essere utilizzato da almeno quattro ricercatori e dovevamo progettarlo con molta più flessibilità."
Dall'installazione, l'LMM è stato utilizzato in 40 esperimenti, catturando immagini strumentali per aiutare scienziati e ingegneri a comprendere le forze che controllano l'organizzazione e la dinamica della materia su scala microscopica. In effetti, il LMM ha contribuito a rendere più visibile il mondo invisibile dei colloidi.
Ciò che ha reso l'LMM unico tra i microscopi è che ha consentito agli scienziati di utilizzare l'ambiente di microgravità per osservare la separazione dei meccanismi fisici e biologici su scale temporali molto più lunghe di quelle possibili sulla Terra. E le immagini tridimensionali di alta qualità del microscopio hanno approfondito la nostra comprensione scientifica di molteplici campi micro e macroscopici, inclusi trasferimento di calore, interazione colloidale e separazione di fase. In tal modo, ha consentito agli scienziati di migliorare l'efficienza dei prodotti commerciali sulla Terra, oltre a contribuire a una maggiore comprensione dei colloidi da parte della comunità scientifica.
Dopo aver completato oltre un decennio di ricerca, l'ultimo esperimento dell'LMM si è svolto nell'ottobre 2021. Durante questo periodo l'LMM è stato utilizzato per la ricerca su materia soffice/fluidi complessi (colloidi e gel), fisica dei fluidi (condutture di calore), biofisica (cristallizzazione di proteine , somministrazione di farmaci) e biologia vegetale (rilevamento della gravità nelle radici). Sono state presentate oltre 30 conferenze e circa 50 pubblicazioni su riviste pubblicate o in fase di sviluppo che utilizzano i dati direttamente dai risultati LMM della stazione spaziale.
I professionisti del museo sperano che un giorno l'LMM possa essere preservato per consentire anche ad altri di interagire sulla Terra. Lauren Katz, responsabile del programma di Artifacts and Exhibits della NASA, ha affermato che sarebbe entusiasta di supervisionare il potenziale utilizzo di LMM nelle future mostre della NASA e nel prestito ai musei. "Riteniamo che l'inclusione dell'LMM potrebbe servire come un'affascinante introduzione a come la scienza nello spazio può essere condotta dalla Terra", afferma Katz. "Inoltre, poiché il microscopio è controllato a distanza, riteniamo che questa funzione interattiva possa fungere da fattore "cool" poiché i visitatori controllano il microscopio (o il dispositivo rappresentativo) da soli".
Molti fattori influenzeranno la possibilità di riportare LMM sulla Terra, in particolare i vincoli di spazio a bordo sia della stazione spaziale che dei veicoli di ritorno. Indipendentemente dalla destinazione finale di LMM, la sua eredità come cavallo di battaglia per la scienza rimarrà. + Esplora ulteriormente
