Studi baru dapat meningkatkan kemampuan diagnostik penyakit yang mengancam jiwa

Para peneliti yang mempelajari bagaimana gelembung terbentuk dan berfungsi telah mengirimkan eksperimen mandiri yang sepenuhnya otomatis ke Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) di atas roket Space X yang diluncurkan sore ini.

Studi yang dipimpin oleh Tengfei Luo, seorang profesor di Departemen Aeronautika dan Teknik Mesin di Universitas Notre Dame, akan diprakarsai oleh para astronot di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Menggunakan hasil real-time yang dikirim kembali ke Bumi untuk dianalisis, Lu dan timnya berharap mendapatkan pemahaman dasar yang lebih baik tentang bagaimana gelembung terbentuk, tumbuh, dan terpisah dari permukaan padat dengan fitur skala nano yang berbeda.

Informasi ini dapat meningkatkan kemampuan diagnostik penyakit yang mengancam jiwa, termasuk beberapa jenis kanker.

“Apa yang kami cari secara paralel dengan penelitian yang sedang dilakukan di Stasiun Luar Angkasa Internasional adalah bagaimana menggunakan gelembung-gelembung ini untuk mendeteksi kanker stadium awal — ketika sel-sel kanker masih dalam konsentrasi yang sangat rendah,” kata Lu. “Metode kami adalah cara potensial untuk meningkatkan sensitivitas dan meningkatkan deteksi dini kanker.”

Dalam sebuah studi tahun 2020 yang diterbitkan di Antarmuka Material Tingkat LanjutLuo berhasil menggunakan pemanas laser untuk menghasilkan gelembung dalam larutan yang mengandung molekul biologis. Para peneliti menemukan bahwa mereka dapat menarik biomolekul ini ke gelembung dan menyimpannya di permukaan, menciptakan “pulau yang sangat terkonsentrasi”. Temuan ini dapat memengaruhi pengembangan diagnostik yang sangat sensitif di masa depan – topik studi yang sedang dikerjakan Luo dengan dana dari National Science Foundation.

Beberapa faktor yang bersaing dapat mempengaruhi dinamika gelembung: gravitasi, yang mempengaruhi daya apung gelembung; Antarmuka gelembung dan permukaan padat, atau gaya kapiler; Tegangan permukaan berkurang karena gelembung mencoba menjadi bola dalam cairan. Eksperimen Lu di Stasiun Luar Angkasa Internasional akan menguji bagaimana gelembung berperilaku tanpa adanya gravitasi.

“Salah satu pertanyaan yang ingin kami jawab adalah, tanpa efek daya apung, bagaimana dua faktor lainnya memengaruhi dinamika gelembung?” kata Luo.

Perilaku gelembung adalah kunci ketika digunakan untuk mengumpulkan biomarker untuk deteksi dini kanker.

Kami ingin gelembung tetap berada di permukaan selama mungkin sehingga dapat mengumpulkan lebih banyak biomolekul dalam larutan. Jika terlalu besar, itu akan terpisah, jadi kami ingin tahu bagaimana merekayasa permukaan – menggunakan struktur nano di permukaan untuk meningkatkan gaya kapiler dan menjaga gelembung di permukaan untuk jangka waktu yang lebih lama. Kami tahu bahwa daya apung adalah faktor besar dan dapat mencegah gelembung tumbuh terlalu besar sebelum terlepas, itulah sebabnya kami berpikir untuk melihat lingkungan di mana tidak ada gravitasi untuk memungkinkan kami mengklarifikasi fisika dasar.”

Tengfei Luo, Profesor di Departemen Aeronautika dan Teknik Mesin di Universitas Notre Dame

Luo menerima dana dari Center for the Advancement of Science in Space dan mulai mengerjakan proyek Stasiun Luar Angkasa Internasional pada 2018, tetapi menghadapi sejumlah penundaan, termasuk penundaan karena pandemi COVID-19.

Untuk percobaan, ia membutuhkan perangkat yang dapat membuat gelembung dan merekam visual dan pembacaan perilaku gelembung tanpa menggunakan laser—yang akan menelan biaya tambahan $2 juta—dan tanpa biomolekul, yang, di luar angkasa, dapat menimbulkan masalah biologis. . “Jadi kami fokus pada dasar-dasarnya,” kata Lu.

Bekerja dengan Space Tango, sebuah perusahaan yang mengkhususkan diri dalam merancang dan membangun perangkat kesehatan dan teknologi robot untuk digunakan di luar angkasa, probe Notre Dame akan dipasang di Stasiun Luar Angkasa Internasional pada bulan Juni.

Probe ditempatkan di sebuah kubus kecil, yang dikenal sebagai CubeLab, yang dilengkapi dengan empat kompartemen cairan, kemampuan termal untuk memanaskan solusi, dan kamera yang menangkap dan mengirim gambar ke setiap kompartemen dalam waktu dekat. Lu dan timnya juga akan menerima pembacaan suhu dan tekanan serta nilai energi pemanas.

“Kami akan membandingkan hasil ini dengan apa yang sudah kami ketahui tentang dinamika gelembung di Bumi, memberi kami pemahaman yang lebih baik tentang peran yang dimainkan oleh kekuatan fluida yang berbeda,” kata Lu.

Eksperimen akan berlangsung selama sekitar tiga minggu di Stasiun Luar Angkasa Internasional.