Microfluidique dans l'espace pour détecter les signatures de vie extraterrestre et surveiller la santé des astronautes

Mar 07, 2024

Article du 15 juin 2023

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par Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Dans un nouveau rapport publié dans npj Microgravity, Zachary Estlack et une équipe de recherche en génie mécanique et en sciences spatiales de l'Université de l'Utah et de l'Université de Californie à Berkeley ont développé un analyseur organique microfluidique pour détecter les signatures de vie au-delà de la Terre et surveiller cliniquement santé des astronautes. L’équipe a effectué des tests environnementaux approfondis dans diverses atmosphères gravitationnelles pour confirmer la fonctionnalité de l’analyseur et son niveau de préparation technologique.

Les planétologues ont simulé des environnements de conditions lunaires, martiennes, zéro et d'hypergravité généralement rencontrées lors d'un vol parabolique pour confirmer la fonctionnalité de l'analyseur microfluidique. Les résultats de l’étude ouvrent la voie à l’intégration d’instruments microfluidiques dans une gamme d’opportunités de missions spatiales.

La microfluidique présente une innovation technique majeure pour la recherche biomédicale in vitro. Le concept convient également en astrobiologie pour les analyses de signatures biologiques en vol spatial en régulant les volumes de fluides à l'échelle nano/micro dans le cadre d'investigations biochimiques très sensibles, tout en conservant une empreinte physique mineure. En conséquence, les instruments miniatures sont particulièrement intéressants pour analyser les empreintes biologiques de la vie extraterrestre.

Les planétologues ont déjà collecté et étudié en profondeur des échantillons de glace provenant des lunes de Saturne et de Jupiter, Encelade et Europe, à l'aide de dispositifs microfluidiques. De tels instruments analytiques sont également utiles pour surveiller la santé des équipages de conduite. Bien que les systèmes de bioanalyse microfluidique soient encore en développement, les bio-ingénieurs visent à améliorer leur sensibilité gravitationnelle et leur efficacité énergétique pour une exploration spatiale in situ reconfigurable et compacte.

Estlack et ses collègues ont développé un système d'analyse organique microfluidique (MOA) avec un réseau de micro-ondes programmable (PMA) intégré aux côtés de microcanaux en verre et un système de détection de fluorescence induite par laser (LIF). Au cours du développement de l'analyseur organique, ils se sont concentrés sur un système d'instruments au format de vol de niveau de maturité technologique pour évaluer la maturité du dispositif en vue de la commercialisation, en fonction des vols spatiaux, afin d'identifier les analytes d'intérêt.

Ce travail met en lumière les résultats des deux premiers vols d’une série de cinq vols en microgravité, destinés à évaluer les performances de la microfluidique en microgravité. Les réseaux de vannes microfluidiques ont aidé à la préparation et à la régulation des échantillons au sein de l'instrument, pour étiqueter, incuber et livrer automatiquement les échantillons à une puce d'électrophorèse capillaire intégrée et détecter la fluorescence induite par laser dans la même configuration. Au total, l'instrument intègre un analyseur organique microfluidique, un réseau d'analyseurs de microvalves contenant une puce intégrée pour la détection de fluorescence induite par laser et une suite de capteurs.

L'équipe de recherche a étudié les paramètres fonctionnels généraux pendant le vol pour s'assurer que tous les environnements de test étaient surveillés et réglementés. Au fur et à mesure que la simulation d’avion montait, la pression chutait et entraînait une baisse globale de la température, ce qui affectait l’instrument microfluidique. Les changements dans les paramètres opérationnels ont toutefois eu un impact minime sur les performances globales de l’instrument.

Estlack et l'équipe ont effectué des analyses de débit pendant les périodes lunaires, martiennes et d'hypergravité du vol. Ils ont noté des changements dans le reflux initial et le débit de pointe avec une gravité accrue. Les résultats des simulations ont montré que l’environnement gravitationnel avait un impact minimal sur les performances de l’instrument.