La NASA ha desarrollado un nuevo e innovador instrumento de espectroscopia para ayudar en la búsqueda de vida extraterrestre. El nuevo instrumento está diseñado para detectar compuestos y minerales asociados a la actividad biológica de forma más rápida y con mayor sensibilidad que los instrumentos anteriores. Aunque aún no se ha encontrado evidencia de vida fuera de la Tierra, La búsqueda de evidencia de vida presente o pasada en otros planetas sigue siendo una parte importante del Programa de Exploración Planetaria de la NASA.

Investigadores del Centro de Investigación Langley de la NASA y la Universidad de Hawai desarrollaron el nuevo instrumento, que mejora una técnica analítica conocida como micro espectroscopía Raman. Esta técnica utiliza la interacción entre la luz láser y una muestra para proporcionar información sobre la composición química a escala microscópica. Puede detectar compuestos orgánicos como los aminoácidos que se encuentran en los seres vivos e identificar minerales formados por procesos bioquímicos en la Tierra que podrían indicar vida en otros planetas.

"Nuestro instrumento es uno de los espectrómetros Raman más avanzados jamás desarrollados, "dijo M. Nurul Abedin del Centro de Investigación Langley de la NASA, quien dirigió el equipo de investigación. "Supera algunas de las limitaciones clave de los instrumentos micro Raman tradicionales y está diseñado para servir como un instrumento ideal para futuras misiones que utilicen rovers o módulos de aterrizaje para explorar la superficie de Marte o la helada luna Europa de Júpiter".

En la revista The Optical Society Óptica aplicada , los investigadores informan que su nuevo sistema, al que llaman instrumento ultracompacto micro Raman (SUCR), es el primero en realizar análisis micro-Raman de muestras a 10 centímetros del instrumento con una resolución de 17,3 micrones. El nuevo espectrómetro es significativamente más rápido que otros instrumentos micro Raman y extremadamente compacto. Estas características son importantes para las aplicaciones espaciales y también podrían hacer que el instrumento sea útil para análisis biomédicos y de alimentos en tiempo real.

"Se está explorando la espectroscopia Micro Raman para detectar el cáncer de piel sin una biopsia y se puede utilizar para aplicaciones de análisis de alimentos, como medir la cafeína en bebidas, ", dijo Abedin." Nuestro sistema podría utilizarse para estas aplicaciones y otras para proporcionar análisis químicos rápidos que no requieren el envío de muestras a un laboratorio ".

Diseñando para el espacio

El tamaño y el peso fueron importantes a tener en cuenta al diseñar el instrumento SUCR para la exploración espacial. "Teníamos que asegurarnos de que el instrumento fuera muy pequeño y liviano para que pudiera viajar a bordo de un pequeño, nave espacial de bajo consumo de combustible que haría el viaje de nueve meses a Marte o el viaje de seis años a Europa, ", dijo Abedin." El instrumento también debe funcionar con otros instrumentos a bordo de un vehículo de superficie o módulo de aterrizaje y no se verá afectado por las duras condiciones de radiación que se encuentran en otros planetas ".

El nuevo instrumento ofrece varias mejoras importantes a los instrumentos de espectroscopía micro Raman anteriores, que requieren que las muestras se recolecten antes del análisis y que las mediciones se realicen en la oscuridad. Los instrumentos micro Raman tradicionales también son propensos a la interferencia de la fluorescencia mineral natural.

"Las limitaciones de los sistemas actuales reducirían significativamente el número de muestras y la cantidad de información que podría obtenerse de una misión a Marte". por ejemplo, ", dijo Abedin." Diseñamos cuidadosamente la óptica de nuestro sistema para permitir un análisis rápido en condiciones de luz diurna y para producir una señal Raman fuerte que no sea tan propensa a las interferencias como los sistemas tradicionales ".

El instrumento SUCR utiliza el diseño del sistema Raman de acoplamiento directo desarrollado previamente en la Universidad de Hawaii para la detección química remota de muestras a más de 100 metros del instrumento a la luz del día (A.K. Misra et al, Spectrochim Acta A 2005). El instrumento compacto de la Universidad de Hawaii conecta toda la óptica directamente al espectrómetro, lo que mejoró significativamente el rendimiento en comparación con los sistemas Raman acoplados por fibra porque se pierde menos señal.

Para crear el instrumento SUCR, los investigadores modificaron la óptica de recolección del sistema previamente desarrollado para adquirir espectros de muestras más cercanas al instrumento. También redujeron aún más la huella del sistema mediante el uso de un espectrómetro miniaturizado de solo 16,5 centímetros de largo, 11,4 centímetros de ancho y 12,7 centímetros de alto.

El paso de la luz de un láser pulsado compacto a través de una lente cilíndrica con una distancia focal de 100 milímetros permitió a los investigadores lograr una resolución de 17,3 micrones para el análisis de muestras a 10 centímetros de distancia. También demostraron una resolución de 10 micrones para muestras a 6 centímetros de distancia utilizando una lente cilíndrica con una distancia focal de 60 milímetros.

Análisis rápido con luz ambiente encendida

En pruebas de laboratorio, los investigadores utilizaron su instrumento SUCR para medir con éxito los espectros Raman de muestras a 10 centímetros de distancia con un área de análisis de 17,3 micrones por 5 milímetros. En condiciones de luz ambiental, utilizaron SUCR para analizar minerales y compuestos orgánicos que podrían estar asociados con la vida en otros planetas, incluido azufre incluido, naftalina, muestras mixtas, mármol, agua, minerales de calcita y aminoácidos.

"Ahora estamos tratando de aumentar el área de análisis mediante el escaneo, ", dijo Abedin." Debido a la velocidad de nuestro sistema, creemos que será posible crear un mapa Raman de un área de 5 por 5 milímetros en solo un minuto. Hacer esto con un sistema micro Raman tradicional llevaría varios días ".

Como siguiente paso, los investigadores planean probar su instrumento SUCR en entornos que imitan a los que se encuentran en Marte y otros planetas. Luego, comenzarán el proceso de validación para demostrar que el dispositivo funcionaría con precisión en las condiciones que se encuentran en el espacio.