Rumbobleeksperiment kan føre til mere effektive tidlige kræftscreeninger

Forskere, der studerer, hvordan bobler dannes og fungerer, sender en fuldautomatisk, selvstændigt eksperiment ud i rummet.

Studiet, ledet af Tengfei Luo, en professor i afdelingen for rumfart og maskinteknik ved University of Notre Dame, vil blive initieret af astronauter ombord på den internationale rumstation (ISS). Ved at bruge realtidsresultater sendt tilbage til Jorden til analyse, Luo og hans team håber at få en bedre grundlæggende forståelse af, hvordan bobler dannes, vokse og løsne sig fra faste overflader med forskellige nanoskalafunktioner.

Disse oplysninger kan forbedre diagnostiske muligheder for livstruende sygdomme, herunder visse kræftformer.

"Det, vi kigger på parallelt med den forskning, der finder sted på ISS, er, hvordan man bruger disse bobler til kræftpåvisning i tidlige stadier - når kræftceller stadig er i meget lave koncentrationer, " sagde Luo. "Vores metode er en potentiel metode til at øge følsomheden og forbedre tidlig opdagelse af kræft."

I en undersøgelse fra 2020 offentliggjort i Avancerede materialegrænseflader , Luo brugte med succes laseropvarmning til at generere bobler i en opløsning indeholdende biologiske molekyler. Forskerne fandt ud af, at de kunne tiltrække disse biomolekyler til boblen og afsætte dem på overfladen, skabe en "højt koncentreret ø." Resultaterne kan påvirke den fremtidige udvikling af meget følsom diagnostik - hvilket er genstand for en undersøgelse, Luo arbejder på med finansiering fra National Science Foundation.

Flere konkurrerende faktorer kan påvirke bobledynamikken:tyngdekraft, som påvirker en bobles opdrift; grænsefladen mellem boblen og en fast overflade, eller kapillarkraft; og minimering af overfladespænding som følge af, at boblen forsøger at være sfærisk i væsken. Luos eksperiment ombord på ISS vil teste, hvordan bobler opfører sig i fravær af tyngdekraft.

"Et spørgsmål vi gerne vil besvare er, uden påvirkning af opdrift, hvordan påvirker de to andre faktorer bobledynamikken?" sagde Luo.

Bobleadfærd er nøglen, når de bruges til at indsamle biomarkører til tidlig påvisning af kræft. "Vi ønsker, at boblen skal forblive på overfladen så længe som muligt, så den kan samle flere biomolekyler i en opløsning, " sagde han. "Hvis den bliver for stor vil den løsne sig, så vi vil vide, hvordan man konstruerer overfladegeometrien - ved at bruge nanostrukturer på overfladen for at optimere kapillærkraften og holde boblen på overfladen i længere tid. Vi ved, at opdrift er en stor faktor og kan forhindre en boble i at vokse sig for stor, før den løsner sig, så det er derfor, vi tænkte at se på et miljø, hvor der ikke er nogen tyngdekraft, der giver os mulighed for at belyse den grundlæggende fysik."

Luo modtog finansiering fra Center for Advancement of Science in Space og begyndte arbejdet med ISS-projektet i 2018, men stødte på en række forsinkelser, herunder udsættelse på grund af COVID-19-pandemien.

Til eksperimentet, han havde brug for en enhed, der kunne skabe en boble og optage billeder og aflæsninger af boblens adfærd uden brug af en laser - hvilket ville have kostet 2 millioner dollars ekstra - og uden biomolekyler, hvilken, i rummet, kan skabe en bekymring for biologisk fare. "Så vi fokuserer på det grundlæggende, " sagde Luo.

Arbejder med Space Tango, en virksomhed, der er specialiseret i design og konstruktion af automatiseret sundheds- og teknologihardware til brug i rummet, Notre Dame-undersøgelsen vil blive installeret på ISS i juni.

Efterforskningen er placeret i en lille terning, kendt som et CubeLab, der er udstyret med fire væskerum, termiske evner til at opvarme opløsningen, og et kamera, der optager og sender billeder tilbage af hvert rum i næsten realtid. Luo og hans team vil også modtage temperatur- og trykaflæsninger samt varmeeffektværdier.

"Vi vil sammenligne disse resultater med, hvad vi allerede ved om bobledynamik på Jorden, giver os en bedre forståelse af de roller forskellige væskekræfter spiller, " sagde Luo.

Eksperimentet vil finde sted over cirka tre uger ombord på ISS.