Hacer visible lo invisible:el extraordinario viaje de un poderoso microscopio espacial

En el laboratorio Destiny de la Estación Espacial Internacional, el astronauta de la NASA Dan Burbank, comandante de la Expedición 30, realiza una sesión con el Experimento Preliminar de Coloides Avanzados (PACE) en el Módulo de Microscopía Ligera (LMM) en la Instalación de Combustión de Fluidos/Rack Integrado de Fluidos (FIR/FCF) ). PACE está diseñado para investigar la capacidad de realizar experimentos con coloides de gran aumento con el LMM para determinar las partículas de tamaño mínimo que se pueden resolver con él. Crédito:Ciencia@NASA

Los coloides son mezclas de partículas microscópicas suspendidas en fluidos, sustancias que son en parte sólidas y en parte líquidas. Los coloides se encuentran en productos que incluyen pasta de dientes, ketchup, pintura y jabón líquido para manos, y forman parte de un campo de estudio conocido como materia blanda.

Otra experiencia familiar con los coloides:"sedimentación", que es cuando estas mezclas se separan en capas con el tiempo, separadas por la gravedad. Es por eso que los investigadores se propusieron estudiar cómo se comportan estas sustancias a un nivel fundamental en el espacio, para prolongar la "vida útil" de los materiales, tanto en el espacio como en la Tierra.

Para recopilar estos datos, los investigadores necesitaban una herramienta especial que les permitiera ver en profundidad el mundo de estas partículas diminutas. Ingrese al LMM de la NASA:el módulo de microscopía de luz.

Desde 2009, científicos e investigadores de seis países, incluidas 27 universidades y organizaciones de investigación, han pasado miles de horas empleando el notable poder de este microscopio confocal de imágenes de luz de última generación para estudiar una variedad de fenómenos físicos y biológicos. Anteriormente alojado en el módulo Destiny de la Estación Espacial Internacional, el LMM contribuyó en gran medida al descubrimiento científico.

El LMM ha sido utilizado por empresas privadas para encontrar nuevas formas de mejorar sus productos de consumo. Procter &Gamble, por ejemplo, recibió la aprobación de tres solicitudes de patentes para nuevos productos como resultado directo de la investigación de la empresa utilizando el LMM.

Crédito:Science@NASA

El dispositivo también ayudó a otros ingenieros a diseñar la próxima generación de células solares sensibilizadas con puntos cuánticos altamente eficientes, mejorar en gran medida la tecnología de dispositivos biomédicos y ofrecer innovaciones potenciales en materiales de construcción para su uso en la Tierra, la Luna y Marte.

Diane Malarik es actualmente la subdirectora de la División de Ciencias Físicas y Biológicas de la NASA, pero en la década de 1990, fue la directora del proyecto responsable del diseño inicial de LMM. Como ella recuerda:"Diseñamos cargas útiles para el transbordador espacial, pero tenían diseños y operaciones mucho más simples entonces. El equipo fue diseñado para ser utilizado una sola vez por un solo investigador. Cuando surgió la idea de construir un LMM para instalar en la estación espacial salió a la luz, sabíamos que tendría que ser utilizado por al menos cuatro investigadores y tuvimos que diseñarlo con mucha más flexibilidad".

Desde su instalación, el LMM se utilizó en 40 experimentos, capturando imágenes fundamentales para ayudar a los científicos e ingenieros a comprender las fuerzas que controlan la organización y la dinámica de la materia a escalas microscópicas. En efecto, el LMM ha ayudado a hacer más visible el mundo invisible de los coloides.

Lo que hizo que el LMM fuera único entre los microscopios fue que permitió a los científicos utilizar el entorno de microgravedad para observar la separación de los mecanismos físicos y biológicos en escalas de tiempo mucho más largas que las posibles en la Tierra. Y las imágenes tridimensionales de alta calidad del microscopio profundizaron nuestra comprensión científica de múltiples campos micro y macroscópicos, incluida la transferencia de calor, la interacción coloidal y la separación de fases. Al hacerlo, ha permitido a los científicos mejorar la eficiencia de los productos comerciales en la Tierra, así como también ha contribuido a la mayor comprensión de los coloides por parte de la comunidad científica.

Después de haber completado más de una década de investigación, el último experimento del LMM tuvo lugar en octubre de 2021. Durante este tiempo, el LMM se utilizó para investigar materia blanda/fluidos complejos (coloides y geles), física de fluidos (tuberías de calor), biofísica (cristalización de proteínas , administración de fármacos) y biología vegetal (detección de la gravedad en las raíces). Se han realizado más de 30 presentaciones en conferencias y se han publicado o están en desarrollo aproximadamente 50 publicaciones en revistas que utilizan datos directamente de los resultados LMM de la estación espacial.

Los profesionales de los museos esperan que algún día el LMM pueda conservarse para que otros también interactúen con él en la Tierra. Lauren Katz, gerente de programa de Artefactos y exhibiciones de la NASA, dijo que estaría emocionada de supervisar el uso potencial de LMM en futuras exhibiciones de la NASA y préstamos a museos. "Creemos que la inclusión del LMM podría servir como una fascinante introducción a cómo la ciencia en el espacio puede llevarse a cabo desde la Tierra", dice Katz. "Además, debido a que el microscopio se controla de forma remota, creemos que esta característica interactiva podría servir como el factor 'genial' ya que los visitantes controlan el microscopio (o el dispositivo representativo) ellos mismos".

Muchos factores influirán en si el LMM puede regresar a la Tierra, a saber, las limitaciones de espacio a bordo tanto de la estación espacial como de los vehículos de regreso. Independientemente del destino final de LMM, su legado como caballo de batalla para la ciencia permanecerá. + Explora más