Urządzenia typu lab-on-chip będą szukały śladów życia w kosmosie
Technologia lab-on-a-chip umożliwia przeprowadzanie testów biologicznych i chemicznych przy wykorzystaniu małych szklanych płytek z kanalikami przepływowymi, zwanymi też mikroprzepływowymi rurkami kapilarnymi. Wcześniej do tego celu posługiwano się dużymi urządzeniami laboratoryjnymi. Próbki i odczynniki są mieszane, wyodrębniane oraz kontrolowane za pomocą obwodów elektrycznych wbudowanych w chip. Obecnie dostępne na rynku urządzenia nie są przeznaczone do pracy w przestrzeni kosmicznej. W ramach projektu PBSA (Photonic biosensor for space application) opracowano zestaw chipów oraz zminiaturyzowany sterownik i jednostkę analityczną przystosowane do wykrywania życia w przestrzeni kosmicznej. Te urządzenia pozwalają na badanie genów i kodów DNA odpowiedzialnych za determinowanie cech określonych organizmów. Chipy budowane były przy wykorzystaniu techniki, której używa się do drukowania obwodów na chipach komputerowych: integracji fotonicznej. Fotoniczne układy scalone, które połączyły dyskretne komponenty — w tym przełączniki optyczne i siatki uszeregowanych falowodów (AWG) — doprowadziły do bezprecedensowej miniaturyzacji, co wpłynęło na zmniejszenie kosztów i zwiększenie wydajności. Partnerzy projektu PBSA udoskonalili procesy produkcyjne elementów składowych urządzeń lab-on-chip. W nowych urządzeniach opracowano sieć kanałów z wieloma komorami reakcyjnymi i detekcyjnymi, pozwalającymi na jednoczesne testowanie różnych biomarkerów molekularnych. Funkcjonalne elementy mikroprzepływowe zostały zintegrowane z odczynnikami, takimi jak przeciwciała detekcyjne i cząsteczki analitów. Ważący niewiele ponad kilogram pierwszy prototyp o wymiarach nieprzekraczających 13x13x15 cm został dokładnie przetestowany. Aby znaleźć się w przestrzeni kosmicznej, to unikatowe urządzenie musiało przejść próby potwierdzające tolerancję na ekstremalne temperatury i poziomy promieniowania, zdolność pracy przy niskim poziomie mocy i możliwość przeprowadzania szybkich i czułych analiz przy minimalnym udziale człowieka i znikomej potrzebie serwisowania. Dotychczas instrumenty przeznaczone do wykrywania biomarkerów w przestrzeni kosmicznej opierały się na analizie związków lotnych uwalnianych podczas podgrzewania lub pirolizy próbek. Technologia PBSA jest wyjątkowo czuła i może wykryć nielotne biomarkery w czasie niemal rzeczywistym przy minimalnym zapotrzebowaniu na odczynniki. Mimo że zaprojektowano je z myślą o misji ExoMars Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), urządzenie PBSA może również znaleźć zastosowanie przy zapobieganiu aktom bioterroryzmu i do monitorowania środowiska naturalnego. Wraz z rozwojem technologii lab-on-chip, jednoczesne testowanie ich na różnych biomarkerach mogłoby usprawnić detekcję patogenów w środowiskach pracy i warunkach przemysłowych.
Słowa kluczowe
Lab-on-chip, ślady życia, mikroprzepływowe rurki kapilarne, PBSA, fotoniczne układy scalone, ExoMars
