Kolloide sind Mischungen aus mikroskopisch kleinen Partikeln, die in Flüssigkeiten suspendiert sind – Substanzen, die teils fest, teils flüssig sind. Kolloide kommen in Produkten wie Zahnpasta, Ketchup, Farbe und flüssiger Handseife vor und sind Teil eines Forschungsgebiets, das als weiche Materie bekannt ist.
Eine andere vertraute Erfahrung mit Kolloiden: „Absetzen“, wenn sich diese Mischungen im Laufe der Zeit in Schichten trennen, die durch die Schwerkraft auseinandergezogen werden. Aus diesem Grund machten sich Forscher daran, zu untersuchen, wie sich diese Substanzen auf grundlegender Ebene im Weltraum verhalten – um die „Haltbarkeit“ von Materialien sowohl im Weltraum als auch auf der Erde zu verlängern.
Um diese Daten zu sammeln, benötigten die Forscher ein spezielles Werkzeug, mit dem sie tief in die Welt dieser winzigen Teilchen blicken konnten. Betreten Sie das LMM der NASA – das Lichtmikroskopiemodul.
Seit 2009 haben Wissenschaftler und Forscher aus sechs Ländern, darunter 27 Universitäten und Forschungsorganisationen, Tausende von Stunden damit verbracht, die bemerkenswerte Leistungsfähigkeit dieser hochmodernen konfokalen Lichtbildgebungsmikroskopanlage einzusetzen, um eine Vielzahl physikalischer und biologischer Phänomene zu untersuchen. Das LMM, das früher im Destiny-Modul der Internationalen Raumstation untergebracht war, trug wesentlich zu wissenschaftlichen Entdeckungen bei.
Das LMM wurde von Privatunternehmen genutzt, um neue Wege zur Verbesserung ihrer Verbraucherprodukte zu finden. Procter & Gamble beispielsweise erhielt die Genehmigung für drei Patentanmeldungen für neue Produkte als direktes Ergebnis der Forschung des Unternehmens mit dem LMM.
Bildnachweis: Science@NASA
Das Gerät half auch anderen Ingenieuren, die nächste Generation hocheffizienter Quantenpunkt-sensibilisierter Solarzellen zu entwickeln, die biomedizinische Gerätetechnologie erheblich zu verbessern und potenzielle Innovationen bei Baumaterialien für den Einsatz auf der Erde, dem Mond und dem Mars zu liefern.
Diane Malarik ist derzeit stellvertretende Direktorin der Abteilung für biologische und physikalische Wissenschaften der NASA, aber in den 1990er Jahren war sie die Projektmanagerin, die für das ursprüngliche Design von LMM verantwortlich war. Sie erinnert sich: „Wir haben Nutzlasten für das Space Shuttle entworfen, aber sie hatten damals viel einfachere Designs und Bedienungen. Die Ausrüstung war so konzipiert, dass sie nur einmal von einem einzigen Ermittler verwendet werden konnte. Als die Idee aufkam, ein LMM zu bauen, das in der Raumstation installiert werden sollte ans Licht kam, wussten wir, dass es von mindestens vier Ermittlern verwendet werden musste, und wir mussten es mit viel mehr Flexibilität gestalten.“
Seit der Installation wurde das LMM in 40 Experimenten verwendet und Bilder aufgenommen, die Wissenschaftlern und Ingenieuren dabei halfen, die Kräfte zu verstehen, die die Organisation und Dynamik von Materie auf mikroskopischer Ebene steuern. Tatsächlich hat das LMM dazu beigetragen, die unsichtbare Welt der Kolloide sichtbarer zu machen.
Was das LMM unter den Mikroskopen einzigartig machte, war, dass es Wissenschaftlern ermöglichte, die Mikrogravitationsumgebung zu nutzen, um die Trennung physikalischer und biologischer Mechanismen über viel längere Zeiträume zu beobachten, als dies auf der Erde möglich wäre. Und die hochwertigen dreidimensionalen Bilder des Mikroskops vertieften unser wissenschaftliches Verständnis mehrerer mikro- und makroskopischer Bereiche, einschließlich Wärmeübertragung, Kolloidwechselwirkung und Phasentrennung. Auf diese Weise hat es Wissenschaftlern ermöglicht, die Effizienz kommerzieller Produkte auf der Erde zu verbessern, und dazu beigetragen, dass die größere wissenschaftliche Gemeinschaft Kolloide besser versteht.
Nach über einem Jahrzehnt der Forschung fand das letzte Experiment des LMM im Oktober 2021 statt. Während dieser Zeit wurde das LMM für die Forschung in weicher Materie/komplexen Flüssigkeiten (Kolloide und Gele), Strömungsphysik (Wärmerohre) und Biophysik (Proteinkristallisation) verwendet , Arzneimittelabgabe) und Pflanzenbiologie (Schwerkraftmessung in Wurzeln). Es wurden über 30 Konferenzpräsentationen gehalten und ungefähr 50 Zeitschriftenveröffentlichungen veröffentlicht oder sind in Entwicklung, die Daten direkt von den LMM-Ergebnissen der Raumstation verwenden.
Museumsfachleute hoffen, dass LMM eines Tages auch für andere auf der Erde zur Interaktion erhalten werden kann. Lauren Katz, Programmmanagerin von NASA Artifacts and Exhibits, sagte, sie würde sich freuen, die potenzielle Verwendung von LMM in zukünftigen NASA-Exponaten und Leihgaben an Museen zu überwachen. „Wir glauben, dass die Einbeziehung des LMM als faszinierende Einführung in die Art und Weise dienen könnte, wie Wissenschaft im Weltraum von der Erde aus durchgeführt werden kann“, sagt Katz. „Da das Mikroskop ferngesteuert wird, glauben wir außerdem, dass diese interaktive Funktion als „cooler“ Faktor dienen könnte, da die Besucher das Mikroskop (oder ein repräsentatives Gerät) selbst steuern.“
Viele Faktoren werden beeinflussen, ob LMM zur Erde zurückgebracht werden kann, nämlich Platzbeschränkungen an Bord sowohl der Raumstation als auch der Rücktransportfahrzeuge. Unabhängig von der endgültigen Bestimmung von LMM wird sein Vermächtnis als Arbeitspferd für die Wissenschaft bestehen bleiben.