Les chercheurs qui étudient la formation et le fonctionnement des bulles envoient un système entièrement automatisé, expérience autonome dans l'espace.

L'étude, dirigé par Tengfei Luo, professeur au Département de génie aérospatial et mécanique de l'Université de Notre Dame, sera initiée par des astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS). En utilisant les résultats en temps réel renvoyés sur Terre pour analyse, Luo et son équipe espèrent acquérir une meilleure compréhension fondamentale de la formation des bulles, croître et se détacher des surfaces solides avec différentes caractéristiques à l'échelle nanométrique.

Ces informations pourraient améliorer les capacités de diagnostic des maladies potentiellement mortelles, y compris certains cancers.

"Ce que nous examinons en parallèle aux recherches menées sur l'ISS, c'est comment utiliser ces bulles pour la détection du cancer à un stade précoce, lorsque les cellules cancéreuses sont encore à de très faibles concentrations, " Luo a déclaré. "Notre méthode est une méthode potentielle pour augmenter la sensibilité et améliorer la détection précoce du cancer."

Dans une étude de 2020 publiée dans Interfaces de matériaux avancées , Luo a utilisé avec succès le chauffage au laser pour générer des bulles dans une solution contenant des molécules biologiques. Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient attirer ces biomolécules dans la bulle et les déposer à la surface, créant une « île hautement concentrée ». Les résultats pourraient influencer le développement futur de diagnostics hautement sensibles, qui fait l'objet d'une étude sur laquelle Luo travaille avec un financement de la National Science Foundation.

Plusieurs facteurs concurrents peuvent influencer la dynamique des bulles :la gravité, qui affecte la flottabilité d'une bulle; l'interface de la bulle et d'une surface solide, ou force capillaire; et la minimisation de la tension superficielle due à la bulle essayant d'être sphérique dans le liquide. L'expérience de Luo à bord de l'ISS testera le comportement des bulles en l'absence de gravité.

« Une question à laquelle nous aimerions répondre est :sans l'influence de la flottabilité, comment les deux autres facteurs ont-ils un impact sur la dynamique des bulles ?", a déclaré Luo.

Le comportement des bulles est essentiel lorsqu'elles sont utilisées pour collecter des biomarqueurs pour la détection précoce du cancer. "Nous voulons que la bulle reste en surface le plus longtemps possible afin qu'elle puisse collecter plus de biomolécules dans une solution, " dit-il. " S'il devient trop gros, il se détachera, Nous voulons donc savoir comment concevoir la géométrie de la surface, en utilisant des nanostructures à la surface pour optimiser la force capillaire et maintenir la bulle à la surface plus longtemps. Nous savons que la flottabilité est un facteur important et peut empêcher une bulle de devenir trop grosse avant qu'elle ne se détache, c'est pourquoi nous avons pensé à regarder un environnement où il n'y a pas de gravité pour nous permettre d'élucider la physique fondamentale."

Luo a reçu un financement du Center for the Advancement of Science in Space et a commencé à travailler sur le projet ISS en 2018, mais a rencontré un certain nombre de retards, y compris le report en raison de la pandémie de COVID-19.

Pour l'expérimentation, il avait besoin d'un appareil capable de créer une bulle et d'enregistrer des visuels et des lectures du comportement de la bulle sans l'utilisation d'un laser - ce qui aurait coûté 2 millions de dollars supplémentaires - et sans biomolécules, lequel, dans l'espace, peut créer un risque biologique préoccupant. "Nous nous concentrons donc sur les fondamentaux, " dit Luo.

Travailler avec Space Tango, une entreprise spécialisée dans la conception et la fabrication de matériel automatisé de santé et de technologie pour une utilisation dans l'espace, l'enquête Notre-Dame sera installée sur l'ISS en juin.

L'enquête est logée dans un petit cube, connu sous le nom de CubeLab, qui est équipé de quatre compartiments à fluide, capacités thermiques pour chauffer la solution, et une caméra qui capturera et renverra des images de chaque compartiment en temps quasi réel. Luo et son équipe recevront également des relevés de température et de pression ainsi que des valeurs de puissance de chauffage.

"Nous comparerons ces découvertes à ce que nous savons déjà de la dynamique des bulles sur Terre, nous donnant une meilleure compréhension des rôles que jouent les différentes forces des fluides, " dit Luo.

L'expérience se déroulera sur environ trois semaines à bord de l'ISS.