외계 생명체의 특징을 감지하고 우주비행사의 건강을 모니터링하기 위한 우주의 미세유체

Mar 07, 2024

2023년 6월 15일 특집

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작성자: Thamarasee Jeewandara, Phys.org

현재 npj Microgravity에 발표된 새로운 보고서에서 Zachary Estlack과 유타 대학과 캘리포니아 버클리 대학의 기계 공학 및 우주 과학 연구팀은 지구 너머의 생명 징후를 감지하고 임상적으로 모니터링하기 위한 미세 유체 유기 분석기를 개발했습니다. 우주 비행사 건강. 팀은 분석기의 기능과 기술 준비 수준을 확인하기 위해 다양한 중력 대기에서 광범위한 환경 테스트를 수행했습니다.

행성 과학자들은 미세유체 분석기의 기능을 확인하기 위해 포물선 비행 중에 일반적으로 발생하는 달, 화성, 무중력 조건 및 초중력 조건의 환경을 시뮬레이션했습니다. 연구 결과는 다양한 우주 임무 기회에 미세유체 장비를 통합할 수 있는 길을 열었습니다.

미세유체공학은 체외 생물의학 연구를 위한 주요 기술 혁신을 제시합니다. 이 개념은 또한 작은 물리적 발자국을 유지하면서 매우 민감한 생화학적 조사 전반에 걸쳐 나노/마이크로 규모의 체액량을 조절함으로써 생물학적 특징의 우주비행 분석을 위한 우주생물학에도 적합합니다. 결과적으로 소형 장비는 외계 생명체의 생물학적 흔적을 분석하는 데 특히 매력적입니다.

행성 과학자들은 이미 미세유체 장치를 사용하여 토성과 목성의 위성인 엔셀라두스와 유로파에서 얼음 샘플을 심층적으로 수집하고 연구했습니다. 이러한 분석 장비는 비행 승무원의 건강을 모니터링하는 데에도 유용합니다. 미세유체 생체분석 시스템은 아직 개발 중이지만, 생명공학자들은 재구성 가능하고 컴팩트한 현장 우주 탐사를 위해 중력 민감도와 전력 효율성을 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다.

Estlack과 동료들은 유리 마이크로채널 및 레이저 유도 형광(LIF) 검출 시스템과 함께 프로그래밍 가능한 마이크로파 어레이(PMA)가 통합된 미세유체 유기 분석기 시스템(MOA)을 개발했습니다. 유기 분석기를 개발하는 동안 관심 있는 분석물을 식별하기 위해 우주 비행에 적합한 상용화 장치의 성숙도를 평가하기 위해 기술 준비 수준 비행 형식 장비 시스템에 중점을 두었습니다.

이 연구는 미세중력 하에서 미세유체의 성능을 평가하기 위해 일련의 5번의 미세중력 비행 중 처음 두 번의 비행 결과를 조명합니다. 미세유체 밸브 어레이는 기기 내에서 시료를 준비하고 조절하여 시료를 자동으로 라벨링하고, 배양하고, 통합된 모세관 전기영동 칩에 전달하고, 동일한 설정 내에서 레이저 유도 형광을 검출하는 데 도움을 주었습니다. 전체적으로 이 장비에는 미세유체 유기 분석기, 레이저 유도 형광 검출용 통합 칩이 포함된 마이크로 밸브 분석기 어레이 및 센서 제품군이 통합되어 있습니다.

연구팀은 모든 테스트 환경이 모니터링되고 규제되는지 확인하기 위해 비행 중 일반적인 기능 매개 변수를 연구했습니다. 평면 시뮬레이션이 증가함에 따라 압력이 떨어지고 온도가 전반적으로 떨어지게 되어 미세유체 기기에 영향을 미쳤습니다. 그러나 작동 매개변수의 변경은 기기의 전체 성능에 최소한의 영향을 미쳤습니다.

Estlack과 팀은 달, ​​화성 및 초중력 비행 기간 동안 유량 분석을 수행했습니다. 그들은 중력이 증가함에 따라 초기 역류와 최대 유량의 변화를 지적했습니다. 시뮬레이션 결과는 중력 환경이 장비 성능에 최소한의 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.