Космические эксперименты помогут в выявлении рака
Представьте себе датчик, настолько чувствительный, что он может обнаружить рак на ранней стадии по одной капле крови, что позволит проводить диагностику и лечение до появления первых симптомов — возможно, даже до образования опухоли.
Далее, представьте себе устройство, способное выявлять следовые количества даже мельчайших пластиковых загрязнителей в океанской воде, что позволит ученым снизить воздействие на окружающую среду опасных микроскопических токсичных отходов, таких как нанопластик, подгруппа микропластиков размером от 1 до 1000 нанометров.
В чем подвох? Образцы крови и пробирки с загрязненной водой проходят проверку в космосе, где отсутствие силы тяжести приводит к неожиданному явлению: образованию необычно больших пузырьков, которые более эффективно концентрируют вещества, такие как биомаркеры рака, для обнаружения.
Таково футуристическое видение Тенгфея Ло, исследователя из Университета Нотр-Дам, который изучает перенос массы и энергии на молекулярном уровне. Его концепция проста, но имеет глубокие прикладные возможности. Используя уникальные свойства тепла, жидкости и света и их взаимодействие с пузырьками, компания Luo стремится создать сенсорную технологию, которая была бы полезна на Земле, но значительно лучше работала бы в условиях микрогравитации в космосе. Эти датчики измеряют биологическое или химическое содержание, генерируя сигналы, пропорциональные концентрации того или иного вещества.
Технология Luo использует пузырьки для концентрирования и извлечения мельчайших веществ, погруженных в жидкие образцы, что позволяет достичь чувствительности и точности обнаружения на несколько порядков выше, чем это возможно в настоящее время. Ключом к этой технологии является освобождение пузырьков от воздействия сил тяжести, что позволяет им действовать в качестве концентратора целевых микроскопических веществ в большем пространстве и на более длительный срок, облегчая их обнаружение и анализ.
Ло говорит, что этот метод биосенсорики может в конечном итоге повысить эффективность инструментов диагностики рака, основанных на извлечении высококонцентрированных образцов из жидкостей.
"Технология, доступная в настоящее время для выявления раннего, бессимптомного рака до того, как опухоль станет видна во время визуализации, очень ограничена лишь несколькими видами рака", - сказал Ло. "Если скрининг на рак с использованием нашей технологии bubble в космосе станет демократичным и недорогим, то можно будет проводить скрининг гораздо большего числа случаев рака, и это принесет пользу всем. Возможно, мы сможем интегрировать это в ежегодные обследования. Это звучит неправдоподобно, но это достижимо".
Первый из серии лабораторных экспериментов на Международной космической станции (МКС), направленных на изучение того, как образуются и растут пузырьки на поверхностях с различной шероховатостью при кипении воды в космосе, по сравнению с процессом на Земле. В первоначальном эксперименте изучалось поведение пузырьков на одной поверхности, а в ходе второй итерации, проведенной в рамках 17-й миссии CRS компании Northrop Grumman, были изучены четыре различные поверхности.
Высокоскоростная камера, установленная в бортовом оборудовании, запечатлела процесс роста пузырьков, а затем команда Луо проанализировала видеозаписи с помощью компьютерного моделирования. Эксперимент был сосредоточен на двух фундаментальных факторах, влияющих на образование пузырьков: текстуре поверхности и движении окружающей жидкости. По словам Ло, результаты многообещающие, они показывают, что в космосе пузыри росли больше и быстрее, чем на Земле.
Понимание механизмов, лежащих в основе роста пузырьков в космосе, поможет Луо усовершенствовать его технологию извлечения веществ в чрезвычайно низких концентрациях из жидкостей, что, по его словам, является следующим шагом в обнаружении рака в образцах крови или мельчайших следов загрязняющих веществ в воде. Помимо применения на Земле, эта технология может способствовать экономичному освоению низкой околоземной орбиты и потенциально может сопровождать астронавтов во время освоения дальнего космоса для оценки источников воды на борту на предмет загрязнения или контроля состояния здоровья членов экипажа.
Разгадка физики пузырьков в космосе
Родом из Китая, Ло присоединился к Notre Dame после получения степени постдока в Массачусетском технологическом институте и в 2012 году основал лабораторию MONSTER (Молекулярные /наноразмерные исследования транспорта и энергии) для изучения энергии и переноса массы на молекулярном уровне.
В исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials Interfaces в 2020 году, Ло и его исследовательская группа использовали лазер для нагрева раствора, содержащего наночастицы, покрытые ДНК-биомаркерами. Они успешно заманили наночастицы в пузырьки, генерируемые лазером, и нанесли их на подложку, создав то, что Ло называет "островком концентрации высокой плотности".
Благодаря явлению, называемому потоком Марангони, наночастицы переносятся к поверхности пузырьков. Чем больше пузырь и чем дольше он находится в жидкости, не отрываясь от поверхности, тем более концентрированными становятся притягиваемые им вещества. Биомаркеры перемещаются по пузырьку к твердой поверхности, где они собираются вместе и готовятся к изучению. В этот момент Луо использует микроскопию, чтобы изучить пузырьки и определить, что осело на поверхности.
Чтобы вырастить "пузырьки большего размера, которые дольше держатся на поверхности", и сделать свои биосенсоры более чувствительными, Ло обратился к уникальным условиям микрогравитации на космической станции и заручился помощью Space Tango.
"Микрогравитация обеспечивает идеальную среду для изучения основ физики, устраняя одну из фундаментальных сил нашей Вселенной", - объяснил Тваймен Клементс, президент и соучредитель Space Tango. "На Земле на пузырьки влияют конкурирующие силы, такие как поверхностное натяжение и плавучесть, но на низкой околоземной орбите эти силы устраняются".
Space Tango сотрудничала с командой Luo в разработке индивидуального оборудования для обеспечения успеха проекта космических полетов.
"Для этого исследования команда разработала автоматизированный эксперимент, от систем удержания жидкости до высокоскоростных инструментов визуализации, которые работают в условиях микрогравитации и безопасно нагревают исследуемые жидкости на космической станции", - сказал Клементс. - Поскольку мы продолжаем совершенствовать наши технологии, эти усилия подчеркивают нашу приверженность расширению границ исследований в области гидродинамики для применения на благо человечества на Земле и за ее пределами".
Эксперимент проводился в новой CubeLab, автоматизированной платформе размером с обувную коробку, разработанной компанией Space Tango. Оборудование включает в себя четыре специализированные камеры для жидкости и системы визуализации с высоким разрешением, специально разработанные для наблюдения и анализа образования пузырьков в условиях микрогравитации. Эксперимент включал контролируемое введение различных жидкостей в камеры, что позволило исследователям изучить образование пузырьков, их рост и слияние в условиях микрогравитации.
"Мы обнаружили, что в космосе пузырьки образуются гораздо быстрее, чем на Земле. Например, в одном эксперименте пузырьки образовались за 4 минуты и 35 секунд в космосе, но на Земле это заняло в два раза больше времени из-за движения жидкости, охлаждающей область, известную как тепловая конвекция", - сказал Ло.
В космосе, при отсутствии плавучести и конвективного потока, динамика роста пузырьков резко меняется. На Земле плавучесть — тенденция предметов подниматься или опускаться в жидкости под действием силы тяжести — играет важную роль в образовании и росте пузырьков. Кроме того, конвективный поток, создаваемый движением горячей жидкости вокруг зоны нагрева, помогает регулировать температуру и замедляет рост пузырьков.
В условиях микрогравитации плавучесть практически отсутствует. Это означает, что пузырьки не отрываются от поверхности, что позволяет им расти в размерах, не причиняя вреда. Кроме того, без конвективного потока охлаждать зону нагрева нечему. В результате тепловая энергия концентрируется на меньшей площади, что приводит к гораздо более быстрому и крупному росту пузырьков, чем на Земле, говорит Луо.
Результаты его космических экспериментов успешно иллюстрируют эти концепции. Пузырьки не отрывались от поверхности, а лопались в конце, когда становились слишком большими. "Мы до сих пор не понимаем почему", - говорит Ло.
Воплощая мечты в реальные технологии
Проанализировав и подсчитав объем пузырьков, Ло и его команда определили, что космические пузыри могут быть на несколько порядков больше, чем земные. Ранее в этом году они опубликовали свои результаты в журнале Nature Microgravity.
На Земле Ло использовал свою технику для обнаружения нанопластика — в том числе из одноразовых кофейных стаканчиков, бутылок с водой и рыболовных сетей — в пробирке с океанской водой, которую он собрал у побережья Соединенных Штатов, что он описывает в другой недавней статье, опубликованной в журнале Science Advances.
"Мы находим некоторые виды частиц на глубине 300 метров в Мексиканском заливе в очень, очень низких концентрациях, но это дает нам представление о том, как выглядит нанопластик в нашей океанской среде", - говорит Ло.
Луо и его команда продолжат свои исследования в рамках предстоящего эксперимента, запуск которого запланирован на август. На этот раз команда проведет анализ распределения частиц, чтобы подтвердить, что более крупные пузырьки действительно увеличивают плотность собранных концентрированных наночастиц.
Лаборатория Space Tango CubeLab также претерпит некоторые изменения. Луо работает с компанией Space Tango над созданием безопасного и недорогого лазера для нагрева жидкости; наночастицы поглощают лазерный луч и преобразуют его в тепло. Нагрев суспензии наночастиц лазером позволяет лучше контролировать поток Марангони для повышения концентрации и сбора биомаркеров.
"Если соотношение концентраций будет пропорционально размеру пузырьков, мы сможем повысить чувствительность наших биосенсоров еще на три порядка", - говорит Луо. "Теоретически, это позволит нам выявлять рак на ранних стадиях".
Луо начинает задумываться о том, как воплотить эту мечту в реальность. По его оценкам, отправка около 10 000 образцов крови на космическую станцию обойдется в несколько сотен долларов. Конечно, это не покрывает стоимость полета космического корабля. Он надеется, что такие транспортные средства, как Starliner от Boeing, и будущие коммерческие космические направления помогут снизить стоимость скрининга на заболевания в космосе и еще больше демократизировать доступ.
Тем не менее, масштабирование этого процесса, чтобы сделать скрининг в космосе доступным для всех, является серьезным препятствием, которое необходимо преодолеть. В то же время эти эксперименты улучшают наше понимание физики жидкости вокруг поверхностных пузырьков в сложных средах. Применение этой технологии в экстремальных условиях, таких как концентрация частиц, размер пузырьков и скорость их роста, может принести пользу всем видам наземного скрининга. Это позволяет определить научные пределы обнаружения биомаркеров рака или загрязнителей окружающей среды.
И Ло говорит, что от этого выиграют не только люди на Земле. Мониторинг состояния здоровья астронавтов имеет решающее значение для длительных космических полетов, где раннее выявление изменений в состоянии здоровья может обеспечить их благополучие. Совершенствование технологии биосенсоров в космосе может привести к более точному и надежному мониторингу состояния здоровья, способствуя более безопасному освоению космоса.
По словам Джонатана Волка, директора по развитию бизнеса Voyager Space, коммерческой космической компании, специализирующейся на продвижении полетов в дальний космос, включая программы исследования Луны и Марса, а также на разработке Starlab, коммерческого космического центра, приложения двойного назначения, такие как биосенсорное оборудование Luo, обладают преобразующим потенциалом, который приносит пользу как исследованию космоса, так и технологиям на Земле. станция.
"Повышение доступности космоса имеет решающее значение для поощрения большего числа проектов, подобных проекту Tengfei", - сказал Волк, подчеркнув роль Национальной лаборатории ISS в воплощении дальновидных концепций в практические реальности.
"Чтобы заниматься наукой в космической среде, будь то физика или биология, необходимо инновационное мышление, и любая идея может показаться несбыточной мечтой", - говорит Волк. "Но как только мы осознаем возможности космической среды, то, что может показаться невозможным, может стать возможным".
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Последние аномальные новости

Белая голубка Николы Тесла

Большое землетрясение опустошит Калифорнию к 2032 году

Бывший офицер-ракетчик рассказал об НЛО

Военный гиперболоид поджарил попкорн

Вымершая раса шестипалых гигантов

Глюки в Матрице. Исчезнувшая чайхана в Иране

Загадка появления пяти пар сыновей-близнецов

Загадочный гигантский столб света над Аризоной

Загадочный металлический шар озадачивает ученых

Инопланетные мумии на 100% реальны

Инопланетян сняли внутри НЛО

Искривление пространства-времени убрали из ОТО

Исчезнувшие египетские пирамиды на озере Карун

Конференция 'Архивы невозможного' в Хьюстоне

Может ли сфера из Колумбии оказаться мистификацией

Пилоты Королевских ВВС имели близкие контакты с НЛО

Появление планет-гигантов подобных Девятой планете

Устройство способно прочитать текст на расстоянии 1 км

Уфолог выпускает сериал о похищении в Паскагуле

Ученые озадачены странной сферой из Колумбии

Как найти идеальную радиостанцию для любого настроения

Астронавт Тим Пик верит в существование инопланетян

Восстание нейросетей все ближе

Гунунг-Паданг - не просто холм

Дорога Бимини - подводная дорога в Атлантиду

Древний аэропорт цивилизации Майя

Загадочная форма энергии в египетских пирамидах

Загадочные Моаи и их связь с древними цивилизациями

Загадочный астронавт из Паленке

Зловещее послание человечеству

ИИ изменил труд программистов, и не в лучшую сторону

Наша Вселенная находится внутри черной дыры

Нашли девять экзопланет с обитаемыми лунами

Паранормальная активность в Аляскинском треугольнике

Приблизились к разгадке тайны необратимости времени

Разговоры об НЛО разгорелись из-за загадочной сферы

Тайна Кожаного человека может быть раскрыта

Технология чтения мыслей подозреваемых против их воли

Уфолог выносит вердикт по поводу инопланетной сферы

Ученые распространили слухи о неопознанном летающем объекте

Человек, который записал лучшие в истории кадры с НЛО

Астроном раскрыл тайну огромной огненной птицы

Возможное объяснение магнитных аномалий на Луне

Женщина каждый день видит призраков

Загадочная металлическая сфера вызывает споры

Загадочная сфера вызвала глобальные дебаты

Круги на полях появились недалеко от Стоунхенджа

Месть фей за уничтоженное священное дерево

Металлическая сфера вызывает разговоры об НЛО

Найдена новая точка притяжения инопланетян

Необычная металлическая сфера обнаружена в Колумбии

НЛО или художественный проект

Произошло ли крушение НЛО в Колумбии

Рядом с Солнцем заметили ангела

Считается, что Стоунхендж был построен 4600 лет назад

Таинственная база НЛО, обнаруженная ЦРУ

Таинственная сфера вызвала глобальные спекуляции

Тайны крепостных стен Саксаюмана

Удивительная сфера, найденная в Буге

Ученые обнаружили загадочную сферу

Художественный проект или НЛО

Почему услуга сопровождения при транзите в Doha Transit Airport может быть полезна пассажирам

Ветры черных дыр могут раскрыть тайну космических лучей

Вызов стандартным представлениям о темной материи

Выявлена новая динамика формирования экзопланет

Готов ли мир к катастрофической солнечной буре

Загадочные встречи военных кораблей с НЛО

ИИ трансформирует азартные игры

Как Леонардо да Винчи создал спутниковую карту

Когда и зачем инопланетяне прибудут на Землю

НЛО пролетел мимо круизного лайнера

Новая миссия раскроет тайны Титана

Обнаружен дальний родственник Плутона

Образование экзопланет в двойных звездных системах

Огни Феникса - одно из самых известных наблюдений НЛО

Первый чемпионат по боям человекоподобных роботов

Планетолог интересуется реальными исследованиями Марса

Рецензия уфолога на книгу Джона Килинга 'Приземлился'

Системы ИИ уже слишком похожи на человека

Странная двойная звездная система имеет огромную планету

Таинственная атмосфера Титана похожа на гироскоп

Ученые рассказали о ранней эволюции скалистых планет

Вера в НЛО наиболее сильна среди молодежи и неучей

Военная операция, навсегда изменившая историю НЛО

Впервые измерена структура жидкого углерода

Гамма-всплеск, вызванный столкновением молний

Двигательная установка для посещения астероидов

Движение углерода формирует континенты и алмазы

Диск распадается на дюжину шаров

Зеленый летательный аппарат над Пертом

Зонд инопланетян сняли над Францией

Идеальная сфера подает странные сигналы

Изнашиваются ли фотоны

Инопланетное существо заглядывает в окна

Компания Valve выпустит свой первый мозговой чип

Линзы, наделяющие человека инфракрасным зрением

Лицо инопланетянина на горе напротив Гранд-Титонс

Могут ли черные дыры расти внутри звезд

НЛО пролетел мимо круизного лайнера

Новое открытие отменяет Девятую планету

Номерная станция передала два странных сообщения

Обнаружение экзолун методами орбитальной механики

Пентагон занимается дезинформацией об НЛО

Первый шаг к наблюдению цветных черных дыр

Планеты TRAPPIST-1 сохранили атмосферу и воду

Ранее Юпитер был в два раза больше, чем сейчас

Светящийся диск над Лос-Анджелесом

США могут разобраться с правдой об НЛО

Тайна огненных шаров Нагов

Технобоссы стали отправлять на встречи своих двойников

Ученые предложили создать наборы на случай ядерной зимы

Экспансию человечества в космос сдерживают

Биомаркеры в атмосфере потенциального гикеана K2-18b

Вымершую кошку видели в Центральном Техасе

Генеративный ИИ заменит 80 % рабочей силы

Гибель группы Дятлова. Новая версия смерти туристов

Джереми Реннер рассказал, что произошло, когда он умер

Женщина увидела призрака в самолете

Загадка, связанная с ранними галактиками

Из мочевого пузыря мужчины были удалены 35 камней

ИИ ChatGPT более убедителен, чем люди в дебатах

ИИ галлюцинируют реже, чем люди

ИИ усиливает очарование бозона Хиггса

Как огромный НЛО атомную подлодку остановил

Как подготовить человека к жизни на других планетах

Королева Елизавета II разговаривает с женщиной через собаку

Летающие маршрутки начнут курсировать в Китае

Люди излучают призрачное свечение

Мегалитические храмы Мальты могли быть школами

Недостающее звено в раннем круговороте воды на Марсе

Немногие политики задаются вопросами об ИИ

Пилоты продолжают видеть таинственные шары

Поверхность Луны слегка разогрета

Подводная база инопланетян у берегов Малибу исчезла

Полосы на склонах Марса не являются признаками стока воды

Правительство США ищет НЛО и инопланетян

Развитие космического туризма

Россия применила кинетическое оружие в космосе

Таинственные круги на полях возвращаются

Ученые рассказали о вероятности появления зомби

Число Пи вычислили до 300-триллионного знака

Чудовище с Медвежьего озера штата Юта

В доме призраков обнаружена загадочная шкатулка

Впервые в Великобритании обнаружен круг на полях

Высадка на Луну - невероятно трудное дело

Ежегодная конференция по НЛО начнется в Индиан-Уэллсе

Загадка появления кругов на полях в горячей точке

ИИ действительно может помочь студентам в обучении

Институт SETI выявил необъяснимые импульсы от далеких звезд

Истребитель сбил НЛО над Аризоной

Как дешево долететь до Урана

Космическая гонка меняется под влиянием геополитики

Методы картографирования марсианской геологии

Может ли темная материя эволюционировать

Можно ли обнаружить кольца вокруг экзопланет

Насколько легкой может быть бозонная темная материя

Невидимая битва между добром и злом в Ватикане

Отслеживание уникальных бинарных систем

Пентагон хочет получить информацию от подрядчиков о НЛО

Практическое решения проблемы космического мусора

Ресурсный потенциал Марса и проблемы для будущего

Учёные поищут лучшие лекарства в космических кристаллах

В окружение Маска проникли русские агенты

Военный самолет США столкнулся НЛО

Живем ли мы внутри компьютерной симуляции

Загадка яркого луча света в небе над США

Запрещенная книга раскрывает раскол в учении Иисуса

Зловещий эксперимент Facebook по промыванию мозгов

Комнаты и коридоры Ноева ковчега

Красная пирамида фараона Снофру в Дахшуре

Мужчины с психопатическими чертами более привлекательны

НЛО сбил истребитель F-16 ВВС США

Новый метод скручивания пространства-времени

Парад инопланетян в Макминнвилле

Почему ученые не находят сферы Дайсона

Странный инцидент в небе Аризоны

Странный обьект столкнулся с американским истребителем

Таинственная полоса света появилась над США

Тайна подводного города Йонагуни

Темные полосы на Марсе образовались не из-за воды

Человеку впервые пересадили мочевой пузырь

Что видят люди перед смертью

Кодирование от алкоголизма - виды, действие, показания

Дети рассказывают странные и пугающие истории

Загадка пустынного стекла Египта

Загадка турецкой деревни глухонемых

Наверх
Яндекс.Метрика