美国宇航局技术

通过几十年将宇航员送入太空,科学家们已经了解了很多关于失重的生物学效应。例如,在没有重力的情况下,宇航员的肌肉和骨骼会失去重量。他们的眼睛也会改变形状,使视力恶化。甚至他们的基因表达也不同。

TechShot的多用户变量重力设备,打开以显示内部旋转木马
Techshot的多用户可变重力装置,大约微波炉大小,包含两个旋转木马,以不同的速度旋转,以模拟不同的重力。为特定实验设计的模块可以拆卸。

然而,部分重力的长期影响,比如宇航员在月球表面所经历的情况,在很大程度上仍是未知的。这样的环境不可能在地球上长期存在,但政府、学术界和工业界的研究人员可以在国际空间站上的设备中模拟出精确的重力水平。

FERMVILLE,印第安纳州的Techshot Inc.的多用途变形重力平台(MVP)为2018年春季到达空间站的NASA建造,在两个纺纱旋转板中使用离心力来模拟重力。它不是第一个在太空中的人工重力机器,但它是最先进和最通用的。

使用小型企业创新研究(SBIR)合同的资金,TechShot在20世纪90年代后期建立了类似的设备,以观察重力对日本鹌鹑胚胎的发展的影响。在同一项目下,其他公司在不同类型的样本量身定制的类似设备上工作,例如小鼠,鱼类和细胞培养物。

TechShot建立了新的多重重力平台,目标是在单个设备中容纳任何这些类型的实验。“这更新了我们在2001年飞回的遗产物品的能力,这只能适应一种类型的样本,”Techshot副总裁Rich Boling说。该公司而不是建立定制机器,而不是建立定制机器,而是使用系统的两个旋转木马的自定义模块。这些模块可以特别设计用于保持细胞培养,植物,微生物,鱼类和其他生命形式。

在2018年的一次演示中,MVP成功地在空间站安置了一群果蝇。“我们得到了很多很多的果蝇,”约翰逊航天中心国际空间站综合研究办公室的经理玛丽贝斯·伊丁说。“每个人都活过几代人。”

在每个设备的12个腔室中有五十虫点。成千上万的航班返回地球。

技术转让

EDEEN帮助Techshot设计MVP以满足各种研究人员的需求,基于美国宇航局的经验。例如,植物标本将需要乙烯洗涤器以保持健康的重力。红外线相机允许科学家观察果蝇在黑暗中睡觉。

MVP是一套设备之一,该公司正在与Johnson协议的太空法协议为空间站研究。它部分资助了与约翰逊的SBIR合约,由跨越太空中科学促进中心的资金(卡斯斯)的资金相匹配。

“他们将MVP认识为商业研究人员的巨大能力,”卡斯斯说。

该设备可以模拟失重到2g(即地球重力的两倍)之间的任何水平的重力。它的模块配备了照明、摄像机、显微镜、氧气和二氧化碳传感器。小室中的泵、阀门和袋子允许采集样品。硬件可以根据个人实验的需要添加或删除。

在整个系统中,温度和湿度保持稳定,尽管螺栓说未来的模块可能能够单独调节这些模块。整个MVP大约是微波炉的尺寸,并配合在空间站上的单个储物柜中。

任何客户,包括NASA,支付技术使用的技术。该公司预计空间机构将占该业务的约一半,其余部分来自工业和学术研究人员。

好处

BOLING注意,MVP服务器始终用于空间站的功能。计划的离心机成立模块于2005年取消,欧洲模块化栽培系统,也使用转子模拟0到2克之间的重力,几乎完全用于植物研究,直到它在2018年退役。“这留下了TechShot MVP“作为前进人工重力装置”,“螺旋说。

左边是在太空中形成的大型蛋白质晶体
重力可以对基本生物制品和工艺产生令人惊讶的影响。例如,在没有重力的情况下,蛋白质晶体生长得多,从而更容易分析蛋白质的结构。左侧的牛胰岛素晶体在空间中生长,而在地球上形成的右侧。

艾丁说,美国宇航局模拟部分重力的最大兴趣是了解月球或火星上的重力如何影响宇航员或作物,因为月球或火星上的重力远小于地球的重力。在人类研究中,科学家使用最低顺序的替代生命形式。例如,果蝇的心脏系统对改变刺激的反应与人类的大致相同。

特别是,科学家们想要了解是否所有的反应都与任何重力水平直接成正比,Edeen说。“两点之间是一条直线吗?”s形曲线还是指数曲线?是1克还是1。5克呢?”她奇迹。“没有人知道生物是如何对其他水平的重力做出反应的。”例如,她说,如果部分重力足以防止骨骼和肌肉的损失,只要给航天器增加一个轻微的旋转就可以提供足够的人造重力来抵消这些影响。

然而,其他研究人员希望了解重力掩盖某些生物过程,博尔明说。“他们真的在努力通过寻求更好地了解生物过程的地球生活,”他说,“他说,并指出这种见解可以帮助操纵代谢和细胞和地面上的组织修复等过程。

改进的蛋白质晶体结构形成在零重力是另一个现象制药公司想探索实际上已经导致了更好的治疗肝炎c蛋白结晶实验先灵葆雅研究院在航天飞机进行了结构的蛋白质更好地对抗疾病,引起更少的副作用。

博尔明说,果蝇演示后已经预订了MVP。Medimmune是Biopharmaceutical Astrazeneca的子公司,被SlateD实验。马萨诸塞州理工学院和国家卫生研究院正在使用“组织芯片”,塑料和流体碎片进行塑性,涂上各种人类组织。NASA准备了关于Martian和月球重力水泥混合物的凝固实验。

“允许我们进行不同类型的研究”的人工重力装置是“允许我们进行不同类型的研究,并将让我们利用技术开发,探索研究和基础科学的空间站,”Edeen说。

“如果我们能够开发一个有助于Astazeneca发展新药物治疗的轨道能力,我认为美国人真正获得资金的价值。”博尔明说。“我认为每个人都赢了。”

TechShot已在肯尼迪航天中心开设办公室,其中许多空间站再补给任务启动,处理其MVP客户的所有物流,从文书工作中执行到发送结果和返回样品的实验。

该公司还在向空间站安装其他设备的不同阶段,所有这些设备都将供NASA以外的研究人员使用。这些设备包括一个用于啮齿类动物的类似离心机,一个能够从干细胞中打印器官的3D生物打印机,以及另一个能够打印金属和电子产品的3D设备。

“空间站就是如此卓越,”博尔明说。“这是一个神奇的地方,让人们对人类健康甚至药理学不同。”