Un nuevo estudio revela la comprensión de una propiedad física básica de las partículas cargadas en microgravedad
A estudio realizado por un grupo de científicos de Universidad de la ciudad de Nagoya (UCN), Foro espacial de Japón (JSF), Servicios de ingeniería avanzada (AES), Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) y ANSTO han revelado la agrupación de partículas cargadas en el entorno de microgravedad de la Estación Espacial Internacional (ISS), con implicaciones para el desarrollo de materiales fotónicos, mejores fármacos y una gama de materiales nuevos e innovadores que dependen de la mezcla de dos o más partículas cargadas.
EL estudio experimental, que fue publicado en Naturaleza – Microgravedadllevado a cabo en la ISS determinó cómo interactúan las partículas coloidales cargadas de tamaño submicrónico en presencia y ausencia de la gravedad de la Tierra.
«Muchos fenómenos químicos y físicos dependen en gran medida de la comprensión de cómo interactúan dos partículas, especialmente las partículas cargadas”, dijo el científico principal y coautor de ANSTO, el Dr. Jitendra Mata.
“El mejor ejemplo es cuando las partículas coloidales forman cúmulos tetraédricos, comúnmente llamados redes de diamante, que son esenciales para la producción de materiales fotónicos. El control del autoensamblaje de partículas coloidales nos permite construir un nuevo material que se puede utilizar en fotónica, optoelectrónica, detección y diagnóstico clínico.
Es bien sabido que incluso la más mínima sedimentación gravitatoria y convección en la Tierra afecta las interacciones de las partículas y su disposición en un coloide. Esto dificulta un conocimiento importante sobre el efecto de la carga.
Este conocimiento también puede ayudar a diseñar mejores formulaciones de medicamentos, que tendrán una vida útil más larga y una mejor eficacia.
En este estudio, los investigadores seleccionaron partículas más ligeras y partículas pesadas con carga positiva y negativa. Las partículas de poliestireno son tan pesadas como el medio acuoso que las contiene, y las partículas de titanio son unas 3 veces más pesadas que el medio.
Las muestras se inmovilizaron en un gel después de su interacción para que pudieran ser devueltas a la Tierra para varios experimentos.
La investigación ha encontrado que los cúmulos formados por partículas más ligeras en el espacio son un 50% más grandes que los cúmulos formados en la Tierra. Este es un descubrimiento revolucionario, ya que no se esperaba para partículas más ligeras.
Para partículas pesadas, como el óxido de titanio, también se ha confirmado una interacción electrostática y la formación de cúmulos, lo que no es del todo posible en la Tierra.
Este estudio también requirió una maravilla de la ingeniería, en términos de diseño de la configuración experimental para mezclar muestras en el espacio e inmovilizar esas muestras después de mezclarlas..
Una vez que JAXA seleccionó el proyecto, el equipo trabajó en estrecha colaboración con varias organizaciones para crear una configuración personalizada que pueda permitir la mezcla e inmovilización de grupos en un gel utilizando luz LED-UV.
Se prepararon dos conjuntos de muestras en Japón; uno fue enviado a la ISS usando un cohete Falcon (Space-X) y un transportador Dragon SpX-19 y el otro fue usado en un experimento en tierra. La tripulación de la ISS utilizó el procedimiento prescrito para mezclar las muestras antes de curarlas con luz LED-UV. Después de pasar más de un año en el espacio, las muestras fueron devueltas a la Tierra y enviadas a diferentes institutos para su análisis.
Un conjunto de muestras ha llegado a ANSTO, que es alberga dos instrumentos basados en reactores de última generación Quokka – Dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS) -y cucaburra – Dispersión de Neutrones de Ángulo Ultra Pequeño (USANS).
“Quokka y Kookaburra son instrumentos únicos que han proporcionado información sin precedentes sobre la estructura de los grupos, que es muy difícil de estudiar con otras técnicas. Con la variación de contraste SANS y USANS, fue posible obtener información sobre los componentes individuales en el proceso de agrupamiento,dijo el Dr. Mata.
Los datos combinados de estos dos instrumentos proporcionaron información importante sobre la morfología estructural y la interacción carga-carga de partículas coloidales de alrededor de 1 nm a 10 µm, sin comprometer el entorno cristalino de las muestras. El estudio también incluye muchas otras técnicas, incluidos modelos matemáticos y simulaciones.
