Onderzoekers die bestuderen hoe bellen zich vormen en functioneren, sturen een volledig geautomatiseerd, op zichzelf staand experiment in de ruimte.

De studie, geleid door Tengfei Luo, een professor in de afdeling Lucht- en Ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Notre Dame, zal worden geïnitieerd door astronauten aan boord van het International Space Station (ISS). Met behulp van realtime resultaten die voor analyse naar de aarde zijn gestuurd, Luo en zijn team hopen een beter fundamenteel begrip te krijgen van hoe bubbels ontstaan, groeien en loskomen van vaste oppervlakken met verschillende nanoschaalkenmerken.

Deze informatie zou de diagnostische mogelijkheden voor levensbedreigende ziekten, waaronder bepaalde vormen van kanker, kunnen verbeteren.

"Wat we parallel aan het onderzoek aan het ISS bekijken, is hoe we deze bellen kunnen gebruiken voor kankerdetectie in vroege stadia - wanneer kankercellen zich nog in zeer lage concentraties bevinden, " zei Luo. "Onze methode is een potentiële methode om de gevoeligheid te verhogen en de vroege opsporing van kanker te verbeteren."

In een studie uit 2020 gepubliceerd in Geavanceerde materiaalinterfaces , Luo gebruikte met succes laserverwarming om bellen te genereren in een oplossing die biologische moleculen bevat. De onderzoekers ontdekten dat ze die biomoleculen naar de bel konden trekken en ze op het oppervlak konden afzetten. het creëren van een "zeer geconcentreerd eiland". De bevindingen kunnen van invloed zijn op de toekomstige ontwikkeling van zeer gevoelige diagnostiek - het onderwerp van een onderzoek waaraan Luo werkt met financiering van de National Science Foundation.

Verschillende concurrerende factoren kunnen de bubbeldynamiek beïnvloeden:zwaartekracht, die het drijfvermogen van een bel beïnvloedt; het grensvlak van de bel en een vast oppervlak, of capillaire kracht; en het minimaliseren van oppervlaktespanning doordat de bel bolvormig probeert te zijn in de vloeistof. Luo's experiment aan boord van het ISS zal testen hoe bellen zich gedragen in afwezigheid van zwaartekracht.

"Een vraag die we willen beantwoorden is:zonder de invloed van drijfvermogen, hoe beïnvloeden de andere twee factoren de bubbeldynamiek?" zei Luo.

Bubbelgedrag is de sleutel wanneer ze worden gebruikt om biomarkers te verzamelen voor vroege detectie van kanker. "We willen dat de bel zo lang mogelijk aan het oppervlak blijft, zodat hij meer biomoleculen in een oplossing kan verzamelen, "zei hij. "Als het te groot wordt, zal het losraken, dus we willen weten hoe we de oppervlaktegeometrie kunnen ontwerpen - met behulp van nanostructuren aan het oppervlak om de capillaire kracht te optimaliseren en de bel voor een langere periode aan het oppervlak te houden. We weten dat het drijfvermogen een grote factor is en kan voorkomen dat een bel te groot wordt voordat hij losraakt. daarom dachten we naar een omgeving te kijken waar geen zwaartekracht is, zodat we de fundamentele fysica kunnen ophelderen."

Luo ontving financiering van het Center for the Advancement of Science in Space en begon in 2018 aan het ISS-project. maar liep een aantal vertragingen op, inclusief uitstel vanwege de COVID-19 pandemie.

Voor het experiment, hij had een apparaat nodig dat een bubbel kon maken en beelden en metingen van het gedrag van de bubbel kon opnemen zonder het gebruik van een laser - wat een extra $ 2 miljoen zou hebben gekost - en zonder biomoleculen, die, in de ruimte, kan een biologisch risico veroorzaken. "Dus we concentreren ons op de fundamenten, ' zei Luo.

Werken met Space Tango, een bedrijf dat gespecialiseerd is in het ontwerpen en bouwen van geautomatiseerde hardware voor gezondheid en technologie voor gebruik in de ruimte, het Notre Dame-onderzoek zal in juni op het ISS worden geïnstalleerd.

Het onderzoek is gehuisvest in een kleine kubus, bekend als een CubeLab, die is uitgerust met vier vloeistofcompartimenten, thermische mogelijkheden om de oplossing te verwarmen, en een camera die bijna realtime beelden van elk compartiment vastlegt en terugstuurt. Luo en zijn team zullen ook temperatuur- en drukmetingen ontvangen, evenals waarden voor het verwarmingsvermogen.

"We zullen die bevindingen vergelijken met wat we al weten over bellendynamiek op aarde, waardoor we een beter begrip krijgen van de rollen die verschillende vloeistofkrachten spelen, ' zei Luo.

Het experiment zal ongeveer drie weken aan boord van het ISS plaatsvinden.