Modulær enhed til udenjordiske eksperimenter

Forskere ved Indian Institute of Science (IISc) og Indian Space Research Organisation (ISRO) har udviklet en modulær, selvstændig enhed til at dyrke mikroorganismer, som kunne gøre det muligt for forskere at udføre biologiske eksperimenter i det ydre rum.

I en undersøgelse offentliggjort i Acta Astronautica , holdet viste, hvordan enheden kan bruges til at aktivere og spore væksten af ​​en bakterie kaldet Sporosarcina pasteurii over flere dage, med minimal menneskelig involvering.

At forstå, hvordan sådanne mikrober opfører sig i ekstreme miljøer, kunne give værdifuld indsigt til menneskelige rummissioner som "Gaganyaan, "Indiens første bemandede rumfartøj, sat til lancering i 2022. I de seneste år har forskere har i stigende grad udforsket brugen af ​​lab-on-chip platform, der kombinerer mange analyser til en enkelt integreret chip til sådanne eksperimenter. Men der er yderligere udfordringer ved at designe sådanne platforme til det ydre rum, sammenlignet med laboratoriet.

"Det skal være fuldstændig selvstændigt, " påpeger Koushik Viswanathan, Adjunkt ved Institut for Maskinteknik og seniorforfatter til undersøgelsen. "Udover, du kan ikke bare forvente de samme driftsforhold, som du ville i et normalt laboratoriemiljø … og du kan ikke have noget, der suger 500W, for eksempel."

Enheden udviklet af IISc- og ISRO-teamet bruger en LED- og fotodiodesensorkombination til at spore bakterievækst ved at måle den optiske tæthed eller spredning af lys, svarende til spektrofotometre, der bruges i laboratoriet. Den har også separate rum til forskellige eksperimenter. Hvert rum eller 'kassette' består af et kammer, hvor bakterier - suspenderet som sporer i en saccharoseopløsning - og et næringsmedium kan blandes for at kickstarte væksten ved at trykke på en kontakt eksternt. Data fra hver kassette indsamles og opbevares uafhængigt. Tre kassetter er slået sammen i en enkelt patron, som forbruger lige under 1W strøm. Forskerne forestiller sig, at en fuld nyttelast, der kunne gå i et rumfartøj, vil indeholde fire sådanne patroner, der er i stand til at udføre 12 uafhængige eksperimenter.

Holdet skulle også sikre, at enheden var lækagesikker og upåvirket af enhver ændring i orientering. "Dette er et utraditionelt miljø for bakteriernes vækst. Det er fuldstændig forseglet og har et meget lille volumen. Vi var nødt til at se, om vi ville få konsekvente [vækst] resultater i dette mindre volumen, " siger Aloke Kumar, lektor ved Institut for Maskinteknik, og en anden seniorforfatter. "Vi skulle også sørge for, at LED'en, der tændes og slukkes, ikke genererer meget varme, som kan ændre de bakterielle vækstkarakteristika." Ved hjælp af et elektronmikroskop, forskerne var i stand til at bekræfte, at sporerne voksede og formerede sig til stavformede bakterier inde i enheden, som de ville have under normale forhold i laboratoriet.

"Nu hvor vi ved, at dette proof-of-concept virker, vi er allerede gået i gang med det næste trin - at gøre en flymodel [af enheden] klar, " siger Viswanathan. Dette vil omfatte optimering af den fysiske plads, som enheden kan optage, og dens ydeevne under belastninger såsom vibrationer og acceleration på grund af tyngdekraften.

Enheden kan også tilpasses til at studere andre organismer såsom orme, og for ikke-biologiske forsøg, siger forskerne. "Hele idéen var at udvikle en modelplatform for indiske forskere, " forklarer Kumar. "Nu hvor ISRO går i gang med en ambitiøs menneskelig rummission, det skal komme med sine egne løsninger, lavet hjemme."