Rendere visibile l’invisibile: il viaggio straordinario di un potente microscopio spaziale

I colloidi sono miscele di particelle microscopiche sospese in fluidi, sostanze che sono in parte solide e in parte liquide, si trovano in prodotti come il dentifricio, ketchup, vernice e sapone liquido per le mani, fanno parte di un campo di studio noto come materia soffice.
La cosiddetta “decantazione” è un’altra esperienza familiare con i colloidi, ovvero quando queste miscele, per effetto della gravità, si separano in strati nel corso del tempo. I ricercatori per questo motivo hanno deciso di studiare come queste sostanze si comportano a un livello fondamentale nello Spazio, per prolungare la “durata di conservazione” dei materiali, sia nello Spazio sia sulla Terra.
I ricercatori per raccogliere questi dati, avevano bisogno di uno strumento speciale che consentisse loro di vedere in profondità il mondo di queste minuscole particelle. Lo strumento è il Light Microscopy Module (LMM) della Nasa (in italiano: Modulo di microscopia ottica (LMM).
Il Light Microscopy Module (LMM) è una struttura commerciale modificata, altamente flessibile e all’avanguardia per microscopi per imaging ottico, fornisce ai ricercatori potenti hardware e software diagnostici a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), consente nuove ricerche sui fenomeni microscopici in microgravità, con la capacità di acquisire e scaricare in remoto immagini e video digitali con molti livelli di ingrandimento.
Il modo in cui la materia è organizzata e si muove a livello microscopico influenza profondamente il mondo macroscopico, la comprensione di tali processi aiuta scienziati e ingegneri a costruire materiali e macchine più efficienti sia per l’ambiente terrestre sia spaziale.
Scienziati e ricercatori di sei paesi, tra cui 27 università e organizzazioni di ricerca, per studiare una varietà di fenomeni fisici e biologici, dal 2009 hanno impiegato migliaia di ore utilizzando la straordinaria potenza di questo microscopio confocale all’avanguardia per l’imaging della luce. Il LMM precedentemente ospitato nel modulo Destiny della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), ha contribuito notevolmente alla scoperta scientifica (vedi video).

Il LMM è stato utilizzato da aziende private per trovare nuovi modi per migliorare i propri prodotti di consumo. Procter & Gamble, ad esempio, ha ricevuto l’approvazione di tre domande di brevetto per nuovi prodotti come risultato diretto della ricerca dell’azienda che utilizza il LMM.
Il dispositivo ha anche aiutato altri ingegneri a progettare la prossima generazione di celle solari sensibilizzate a punti quantici altamente efficienti, a migliorare notevolmente la tecnologia dei dispositivi biomedici e a fornire potenziali innovazioni nei materiali da costruzione per l’uso sulla Terra, sulla Luna e su Marte.
Diane Malarik attualmente è Vicedirettore della divisione di scienze biologiche e fisiche della NASA, ma negli anni ’90 era la Project manager responsabile del progetto iniziale del Light Microscopy Module (LMM), ha detto:
«Abbiamo progettato i carichi utili per lo Space Shuttle, ma allora avevano design e funzionamento molto più semplici. L’attrezzatura è stata progettata per essere utilizzata solo una volta da un singolo investigatore; quando è nata l’idea di costruire un LMM da installare nella Stazione spaziale, sapevamo che sarebbe dovuto essere utilizzato da almeno quattro ricercatori e dovevamo progettarlo con molta più flessibilità».
Il LMM dall’installazione è stato utilizzato in 40 esperimenti, catturando immagini strumentali per aiutare scienziati e ingegneri a comprendere le forze che controllano l’organizzazione e la dinamica della materia su scala microscopica, in effetti, ha contribuito a rendere più visibile il mondo invisibile dei colloidi.
Ciò che ha reso LMM unico tra i microscopi era che ha consentito agli scienziati di utilizzare l’ambiente di microgravità per osservare la separazione dei meccanismi fisici e biologici su scale temporali molte più lunghe di quelle possibili sulla Terra. E le immagini tridimensionali di alta qualità del microscopio, hanno approfondito la nostra comprensione scientifica di molteplici campi, micro e macroscopici, tra cui trasferimento di calore, interazione colloidale e separazione di fase, in tal modo, ha consentito agli scienziati di migliorare l’efficienza dei prodotti commerciali sulla Terra, oltre a contribuire a una maggiore comprensione dei colloidi da parte della comunità scientifica.
I ricercatori hanno detto che dopo aver completato oltre un decennio di ricerca, l’ultimo esperimento del LMM si è svolto nell’ottobre 2021. È stato utilizzato durante questo periodo per la ricerca su materia soffice/fluidi complessi (colloidi e gel), fisica dei fluidi (condutture di calore), biofisica (cristallizzazione di proteine, somministrazione di farmaci) e biologia vegetale (rilevamento della gravità nelle radici). Sono state presentate oltre 30 conferenze e circa 50 pubblicazioni su riviste pubblicate o in fase di sviluppo che utilizzano i dati direttamente dai risultati del LMM della Stazione Spaziale Internazionale (ISS).
I professionisti del settore museale sperano che un giorno LMM possa essere conservato per permettere ad altri di interagire anche sulla Terra. Lauren Katz, responsabile del programma Nasa Artifacts and Exhibits (Manufatti e Mostre della Nasa), ha dichiarato di essere entusiasta di supervisionare il potenziale utilizzo del LMM nelle future mostre della Nasa e nei prestiti ai musei, ha detto:
«Riteniamo che l’inclusione del LMM possa costituire un’affascinante introduzione alle attività scientifiche nello Spazio che possono essere condotte dalla Terra. Inoltre, poiché il microscopio è controllato a distanza, crediamo che questa funzione interattiva possa rappresentare un fattore “cool”, in quanto i visitatori controllano il microscopio (o un dispositivo rappresentativo) da soli».
I ricercatori in conclusione hanno detto che molti fattori influenzeranno la possibilità di riportare LMM sulla Terra, in particolare i ridotti limiti di spazio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e dei veicoli di ritorno. Indipendentemente dalla destinazione finale di LMM, rimarrà la sua eredità di cavallo di battaglia.

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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