PMA-µCE yongası, işletim donanımı ve sensör takımından oluşan mikroakışkan organik analiz cihazının (MOA) uçuş testi için kullanılan aparat. A) Çevresel ve deneysel bilgileri elde etmek için kullanılan sensör kartı, akış hızı sensörü ve NI DAQ dahil olmak üzere dahili bileşen yerleşimini gösteren ana cihazın görünümü. B) PMA-µCE çipi, etiketli bölümlerle test edildi: analiz sırasında kimyasalları inkübe etmek ve depolamak için reaktif deposu, çipin etrafındaki sıvı dağıtımını yöneten mikroakışkan işlemci ve ölçüm için LIF’den flüoresan boyaların çekildiği algılama kanalları. C) Mikro yerçekimine maruz kalma sırasında çalıştırılan ve izlenen test cihazının uçuş sırasındaki görünümü. Görüntüdeki her iki kişi de kullanımlarına izin verdi. D) Sensörler, kontrol ve destek ekipmanı için sistem şeması. Kredi: npj Mikro yerçekimi (2023). DOI: 10.1038/s41526-023-00290-3
Şimdi yayınlanan yeni bir raporda npj Mikro yerçekimi, Zachary Estlack ve Utah Üniversitesi ile California Üniversitesi, Berkeley’de makine mühendisliği ve uzay bilimleri alanında çalışan bir araştırma ekibi, Dünya’nın ötesindeki yaşam belirtilerini tespit etmek ve astronot sağlığını klinik olarak izlemek için bir mikroakışkan organik analizör geliştirdi. Ekip, analizörün işlevselliğini ve teknolojiye hazır olma düzeyini doğrulamak için çeşitli yerçekimi atmosferlerinde kapsamlı çevresel testler gerçekleştirdi.
Gezegen bilimcileri, tipik olarak bir uzay yolculuğu sırasında karşılaşılan ay, Mars, sıfır ve hipergravite koşullarının ortamlarını simüle ettiler. parabolik uçuş mikroakışkan analiz cihazının işlevselliğini doğrulamak için. Çalışma sonuçları, mikroakışkan enstrümanları bir dizi uzay görevi fırsatına entegre etmenin yolunu açıyor.
uzayda mikroakışkanlar
Mikroakışkanlar, in vitro biyomedikal araştırmalar için önemli bir teknik yenilik sunar. Konsept ayrıca, küçük bir fiziksel ayak izini korurken son derece hassas biyokimyasal araştırmalarda sıvı hacimlerini nano-/mikro ölçekte düzenleyerek biyolojik imzaların uzay uçuşu analizleri için astrobiyolojiye uygundur. Sonuç olarak, minyatür aletler dünya dışı yaşamın biyolojik izlerini analiz etmek için özellikle çekici.
Gezegen bilimcileri, Satürn ve Jüpiter’in uydularından derinlemesine buz örnekleri topladılar ve incelediler. Enceladus ve Avrupa mikroakışkan cihazlar ile. Bu tür analitik araçlar, uçuş mürettebatının sağlığını izlemek için de yararlıdır. Mikroakışkan biyoanaliz sistemleri hala geliştirilme aşamasında olsa da, biyomühendisler yerçekimsel hassasiyetlerini ve güç verimliliklerini yeniden yapılandırılabilir ve kompakt yerinde geliştirmeyi amaçlamaktadır. uzay araştırması.
Cihaz konfigürasyonu
Estlack ve meslektaşları, cam mikro kanalların yanı sıra entegre bir programlanabilir mikrodalga dizisine (PMA) sahip bir mikroakışkan organik analiz sistemi (MOA) geliştirdiler. lazer kaynaklı floresan (LIF) algılama sistemi. Organik analizörün geliştirilmesi sırasında, ilgilenilen analitleri belirlemek üzere uzay uçuşu için uygun şekilde cihazın ticarileştirme olgunluğunu değerlendirmek üzere bir Teknoloji Hazırlık seviyesi uçuş formatı enstrüman sistemine odaklandılar.
Bu çalışma, mikro yerçekimi altındaki mikroakışkanların performansını değerlendirmek için bir dizi beş mikro yerçekimi uçuşundaki ilk iki uçuşun sonuçlarına ışık tutuyor. Mikroakışkan valf dizileri, numunelerin otomatik olarak etiketlenmesi, inkübe edilmesi ve entegre bir kapiler elektroforez çipine iletilmesi ve aynı kurulum içinde lazerle indüklenen flüoresansın saptanması için cihaz içinde numunelerin hazırlanmasına ve düzenlenmesine yardımcı oldu. Toplamda, cihaz bir mikroakışkan organik analizör, lazerle indüklenen floresan tespiti için entegre bir çip içeren bir mikrovalf analizör dizisi ve bir sensör takımı entegre etti.
Simüle edilmiş parabolik uçuşlar altında cihazı test etme
Araştırma ekibi, tüm test ortamlarının izlenmesini ve düzenlenmesini sağlamak için uçuş sırasında genel işlevsel parametreleri inceledi. Uçak simülasyonu yükseldikçe, basınç düştü ve sıcaklıkta genel bir düşüşe neden oldu, bu da mikroakışkan aleti etkiledi. Bununla birlikte, operasyonel parametrelerdeki değişikliklerin, aletin genel performansı üzerinde minimum etkisi oldu.
Estlack ve ekibi, uçuşun Ay, Mars ve hiper yerçekimi dönemlerinde akış hızı analizleri gerçekleştirdi. Artan yerçekimi ile ilk geri akışta ve tepe akış hızında değişiklikler kaydettiler. Simülasyonların sonuçları, yerçekimi ortamının aletin performansı üzerinde minimum girdiye sahip olduğunu gösterdi.
Enstrüman performansını derecelendirme
Ekip, çeşitli yerçekimi koşulları altında hassas hacim kontrolü kapasitesine dayalı olarak, gelecekteki biyobelirteç dizisi testi için aletlerin performansını belirlemek üzere otomatik dilüsyonlar gerçekleştirdi. Seyreltme dizisinin üç aşamasını tamamladılar ve uçuş sırasında kaydettiler.
İlk iki aşamada bir tampon ve bir floroforu bir depolama kuyusuna istenilen oranlarda aktardılar. Son aşamada, seyreltilmiş flüoroforun bir mikro hacmini yerleşik tespit kanallarına yüklediler ve bunu vakum aracılığıyla flüoresans detektöründen geçirdiler. Mikro yerçekimi veya Mars yerçekimi altında gerçekleştirilen deneyler, belirli bir seyreltme dizisine karşılık geldi ve çok az değişiklik gösterdi.
Aletlerde Teknolojiye Hazırlık düzeyinin artırılması
Uzay bilimcileri ve biyomühendisler, mikroakışkan organik analiz cihazının Teknoloji Hazırlığını iyileştirmek için ilk iki uçuşun sonuçlarını birleştirdiler. Mikro yerçekimi altındaki başarılı performansları, uzay uçuşu görevlerine dahil edilmelerini haklı çıkardı. Örneğin, azalan yerçekimi ile aletin pompalama performansı sabit kaldı, ancak artan yerçekimi aleti mikrovalf dizisi bölgesinde bozdu, yine de organik analizör değişen koşullar boyunca etkilenmedi.
Çalışma sonuçları, cihazın dünya dışı kimyasal ve biyokimyasal analitleri tespit eden ve belirleyen uygulamalar için uygunluğunu vurguladı. Aletin laboratuvarda simüle edilmiş koşullar altında yerçekimi alanına karşı duyarsızlığı, uzay konuşlandırması için uygunluğunu haklı çıkardı.
-
PMA-µCE çip montajı. (A) PMAµCE çipinin (akışkan tabaka (yeşil), pnömatik tabaka (mavi) ve µCE çipi (kırmızı)) katmanlarının patlatılmış görünümü. Üst ve orta katmanlar, PDMS ve geleneksel yumuşak litografi kullanılarak üretilir ve alt katman camdır ve cam aşındırma ve yapıştırma ile üretilir. Üst katman, uygulanan basıncı veya vakumu istenen mikro valfe yönlendiren 80 µm kalınlığında pnömatik kanallarla 4,5 mm kalınlığındadır. Orta katman 250 µm kalınlığında, 50 µm yüksekliğinde ve 250 µm genişliğinde mikrovalf membranları ve kapıları olan akışkan kanallara sahiptir. Bunlar, çip üzerindeki her bir mikro valfi açmak veya kapatmak için basınç veya vakum durumlarına tepki verir. Akışkan kanalları, akışkan direncinin etkisini sınırlamak ve daha hızlı çalışmaya izin vermek için 250 µm genişliğindedir. Alt katman, bu deneylerde algılama kanalı olarak kullanılan bir µCE çipidir. µCE kanalı 30 µm yüksekliğinde ve 110 µm genişliğindedir. Üç katman, üç katmanın doğru arayüzlenmesini sağlayan hassas hizalama ile oksijen plazma maruz kalma bağıyla entegre edilmiştir. (B) Akışkan katmanın (yeşil) enine kesiti ve hem basınç hem de vakum sırasında pnömatik katman (mavi) ve µCE çipi (kırmızı) ile nasıl etkileşime girdiği. PMA, bu basit pompalama kurulumuyla normal kullanım ve koşullar altında döngü başına 850 nL’ye kadar net ileri akış üretebilir. Kredi: npj Mikro yerçekimi (2023). DOI: 10.1038/s41526-023-00290-3
-
Mikro yerçekimi uçuşu sırasında gerçekleştirilen deneylerin her biri için akış yolları. (A) Akış hızı deneyi sırasında kullanılan sıra, bir depolama kuyusundan çekme ve akış hızı sensörüne bağlı olan diğerine pompalama. (B) Farklı karıştırma oranlarını test etmek için kullanılan dizi, üç ana bileşene ayrılır: tampon iletimi, resorufin iletimi ve seyreltilmiş numunenin yüklenmesi ve saptanması. Kredi: npj Mikro yerçekimi (2023). DOI: 10.1038/s41526-023-00290-3
-
Uçak içi test programı. Yeşil bölgeler, değişen düşük yerçekimi ve hiper yerçekimi dönemlerini belirtir. Sarı, düşük yerçekimi parabolleri arasındaki düz uçuş periyodudur (~3 dakika). Her uçuşun üst kısmındaki çizgi, kaba bir uçuş profilini belirtir ve yerçekimi koşulları altta belirtilir. (Üstte) 1. Uçuş, yalnızca uçakla ilgili mekanik bir sorun uçuşu erken bitirmeye zorladığından, Ay ve Mars yerçekimi altında akış hızı testinden oluşuyordu. Bu, tekrar uçuş için deney planında değişikliklere izin verdi. (Alt) Uçuş 2, karıştırma karakterizasyonuna odaklandı, çip sırayla karıştırıldı, verildi ve belirlenen borat tamponu ve resorufin karışımlarını tespit etti. P2.1 ile P2.2 arasında ve P2.4’ten sonra ilgili depolama kuyularında kalan karışım hacmi, müteakip zemin ölçüm doğrulaması için çıkarıldı. Kredi: npj Mikro yerçekimi (2023). DOI: 10.1038/s41526-023-00290-3
Görünüm
Bu şekilde, Zachary Estlack ve meslektaşları, dünya dışı biyokimyasal imzaları keşfetmek ve gelecekte astronot sağlığını izlemek için uzay görevleri için bir mikroakışkan aletin teknolojiye hazır olma seviyesini incelediler. Bu ilk uçuştan öğrenilen dersler, kapiler elektroforez araştırmaları ve özel ilgi alanına giren biyobelirteçleri ortaya çıkarmak için simüle edilmiş klinik tahliller yoluyla astronot ekibinin sağlık izlemesini içeren mikro yerçekimi ve hiper yerçekimi altında gelecekte planlanan analizleri etkileyecektir.
Bu çalışmaların sonuçları ve gelecekte planlanan uçuşlar, planlanan uzay görevleri sırasında ve tamamlandıktan sonra enstrümanların çeşitli kapasitelerini ortaya çıkaracaktır.
Daha fazla bilgi:
Estlack ve diğerleri, uzay uçuşu ortamlarını simüle eden mikro yerçekimi koşulları altında programlanabilir bir mikroakışkan organik analizörün çalışması, npj Mikro yerçekimi (2023). DOI: 10.1038/s41526-023-00290-3
Alison M. Skelley ve diğerleri, Mars’ta amino asit biyobelirteç tespiti ve analizi için bir mikro cihazın geliştirilmesi ve değerlendirilmesi, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı (2005). DOI: 10.1073/pnas.0406798102
© 2023 Bilim X Ağı
Alıntı: Dünya dışı yaşam belirtilerini saptamak ve astronot sağlığını izlemek için uzaydaki mikroakışkanlar (2023, 15 Haziran), 19 Haziran 2023’te https://phys.org/news/2023-06-microfluidics-space-extraterrestrial-life-signatures.html adresinden alındı.
Bu belge telif haklarına tabidir. Kişisel çalışma veya araştırma amaçlı adil ticaret dışında, yazılı izin olmaksızın hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik sadece bilgilendirme amaçlıdır.