فضا: مرز نهایی برای استانداردها

هفت ماده با دقت انتخاب شده در یک ظرف سفارشی پیچیده شده و در 24 اوت 2025 زمین را ترک کردند و با سرعت 17500 مایل در ساعت حرکت کردند. در بالای موشک فالکون 9، گرد و غبار خانه، کبد انسان یخ زده و کلسترول به چهار نمونه علمی دیگر پیوستند تا به ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) سفر کنند. این نمونه‌هایی که به طور کامل مطالعه شده‌اند، که مواد مرجع نامیده می‌شوند، نقش‌های مهمی در زمین و اکنون فراتر از آن دارند. این مواد مرجع نقش مهمی در درک تأثیرات فضای بیرونی بر اشیاء روزمره ایفا می کنند زیرا فضا به مکانی تبدیل می شود که مردم در آن زندگی می کنند، تحقیقات انجام می دهند و حتی کسب و کارهای جدید را راه اندازی می کنند. به عنوان مثال، توسعه دارو در حال حاضر در مدار پایین زمین اتفاق می افتد. با رشد این نوع تحقیقات، نیاز به مواد مرجع نیز افزایش می یابد.

رساندن این مواد مرجع به مدار یک تلاش مشترک بین NIST بود اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) دفتر تجارت فضایی و شرکت بیوتکنولوژی رودیوم علمی. هدف، ارتقای رهبری ایالات متحده در بخش فضایی با حمایت از توسعه قابلیت‌های تجاری و علمی نوآورانه در فضا است. این تلاش همچنین از اهداف دو اخیر حمایت می کند اجرایی سفارشات درباره فعالیت های آمریکا در فضا

ماده مرجع چیست؟

از اسفناج و سیمان گرفته تا مدفوع انسان، بیش از هزار ماده مرجع مختلف در یک انبار مریلند قرار دارند تا زمانی که به شرکت‌ها و دانشمندان در سراسر جهان ارسال شوند.

بسیاری از انواع تحقیق و صنعت به مواد مرجع ایجاد شده و نگهداری شده توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) بستگی دارد. آزمایشگاه‌ها می‌توانند اندازه‌گیری‌های نمونه‌های خود را با این مواد به خوبی اندازه‌گیری شده مقایسه کنند و دستگاه‌های اندازه‌گیری خود را برای اطمینان از اینکه خوانش‌های دقیق ارائه می‌دهند، کالیبره کنند. برای مثال، مواد مرجع کلسترول NIST به آزمایشگاه‌های پزشکی کمک می‌کند تا مطمئن شوند ابزار اندازه‌گیری کلسترول به درستی کار می‌کنند. این یک معیار کنترل کیفیت حیاتی برای نظارت بر سلامت افراد است. مواد مرجع همچنین به دانشمندان کمک می کند تا در زمان و مکان ارتباط برقرار کنند. اگر محققی از یک ماده مرجع در یک مطالعه استفاده کند، هر کسی می‌تواند با استفاده از همان مرجع، آن آزمایش را بازسازی کند، حتی اگر دهه‌ها بعد در قاره‌ای متفاوت باشد.

شش ماده از هفت ماده ارسال شده در این سفر فقط مواد مرجع نیستند، بلکه مواد مرجع استاندارد (SRMs) هستند، به این معنی که بالاترین استاندارد NIST را برای اندازه گیری برآورده می کنند. آنها هستند ، ، ، ، و . نمونه هفتم، کبد انسان، یک ماده مرجع است که بالاترین استاندارد بعدی NIST است. (برای یادگیری تفاوت ها به این صفحه مراجعه کنید.)

چرا آنها را به فضا فرستادیم؟

فضا به روش های غیرمنتظره ای بر افراد و اشیا تأثیر می گذارد. محیط کم گرانش آن باعث می شود فضانوردان تراکم استخوان را از دست بدهند و می تواند سیستم قلبی عروقی آنها را ضعیف کند. در بالای میدان مغناطیسی محافظ زمین، تابش خورشید و سایر ستارگان قوی تر از زمین است.

همیشه مشخص نیست که فضا چگونه بر چیزهایی که هرگز در مدار نبوده اند تأثیر می گذارد. در یک مثال واضح، الف پروژه مدرسه ابتدایی 2023 نشان داد که اپی نفرین، دارویی که برای درمان واکنش‌های آلرژیک تهدیدکننده زندگی استفاده می‌شود، هنگامی که در معرض تشعشعات کیهانی قرار می‌گیرد، از نظر شیمیایی به اسید بنزوئیک سمی تبدیل می‌شود. اگر به یک فضانورد یا گردشگر فضایی هنگام تلاش برای بهبودی از آنافیلاکسی، به طور تصادفی اسید بنزوئیک تزریق شود، بسیار بد خواهد بود.

تغییرات شیمیایی ناشی از فضا همگی منفی نیستند. به عنوان مثال، آسان تر است رشد کریستال های پروتئین در ریزگرانش دانشمندان در ایستگاه فضایی بین‌المللی با استفاده از این مزیت، داروی سرطان Keytruda را که از کریستال‌های پروتئینی ساخته شده است، مطالعه کردند. کریستال های این دارو در ریزگرانش بسیار یکنواخت تر از زمین تشکیل می شوند. این تحقیق به نسخه راحت‌تری از دارو منجر شد که می‌توان آن را به جای تزریق آهسته در کیسه IV تزریق کرد.

دیان پوستر، شیمیدان تحقیقاتی NIST، که به عنوان مشاور ارشد دفتر تجارت فضایی NOAA خدمت می کند، گفت: “فرصت هایی برای کل دسته های تحقیق و تولید در فضا وجود دارد، و استانداردها نقش مهمی در آنجا ایفا خواهند کرد، درست مانند روی زمین.”

دانشمندان هنوز اطلاعات زیادی در مورد چگونگی تأثیر محیط فضا بر مولکول های مهم برای سلامت انسان ندارند. فضا ممکن است تغییرات کوچک اما مهمی در مولکول های آلی در کبد و سایر بافت ها ایجاد کند.

کیت ریمر، دانشمند NIST، توضیح داد: «اگر قرار است افراد برای مدت طولانی در فضا باشند، باید آزمایش‌های پزشکی انجام دهند، و ما باید بدانیم مولکول‌های کلسترول و ادرار آنها در فضا و روی زمین چقدر پایدار است. “این SRM ها گامی اولیه برای دریافت این درک بهتر هستند.”

هفت ماده مرجع انتخاب شده اولین موادی بودند که به فضا رفتند زیرا برای سلامت انسان مهم هستند و پرتاب آنها به مدار نسبتا آسان است. این SRMها در یک پودر خشک هستند که می‌توانند در دمای اتاق باقی بمانند و بسته‌بندی آن‌ها را برای فضا راحت‌تر از مثلاً یک ماده مرجع پلاسمای خون، که باید در دمای بسیار سرد منفی 80 درجه سانتی‌گراد باشد، می‌سازد.

آنها همچنین برخی از بهترین مواد اندازه گیری شده NIST هستند. پنج مورد از آنها “استانداردهای شیمی اولیه” هستند، مواد شیمیایی بسیار خالص و پایدار که کار کردن با آنها آسان است. ریمر گفت: «استانداردهای اولیه تا حد امکان به طور کامل با فناوری فعلی اندازه گیری می شوند، و به همین دلیل، آنها نقطه شروع بسیاری از اندازه گیری های شیمیایی دیگر هستند.»

SRM گرد و غبار خانگی یک استاندارد اولیه نیست، اما به این دلیل انتخاب شد که یکی از بهترین SRM های مشخص شده NIST است و حاوی مواد شیمیایی مختلف زیادی است که می تواند بر سلامت انسان تأثیر بگذارد. گرد و غبار از کیسه های جاروبرقی در شش ایالت مختلف ایالات متحده جمع آوری شد. پوستر توضیح داد: “گرد و غبار حاوی مواد شیمیایی است که مردم هر روز در معرض آنها قرار می گیرند، مانند آلاینده های فضای باز ناشی از انتشار وسایل نقلیه و آفت کش ها – همه این چیزها راه خود را به گرد و غبار خانه باز می کنند.” SRM را در سال 2007 توسعه دهید. “این یک مخزن بسیار خوب از این آلاینده ها است.”

مطالعه گرد و غبار خانه بینشی را در مورد آن فراهم می کند کیفیت هوای داخل ساختمان، نحوه حرکت مواد شیمیایی در داخل خانه و خطرات بالقوه سلامتی. گرد و غبار روی فضاپیما وجود دارد، همانطور که در هر مکانی که مردم زندگی و کار می کنند وجود دارد. با پرجمعیت‌تر شدن فضا و ظهور ایستگاه‌های فضایی تجاری، مطالعه گرد و غبار می‌تواند ابزار مفیدی برای درک و مدیریت آنچه در هوا در یک محیط بسته است باشد.

گابریل سوینی، مدیر دفتر سیاست، حمایت و بخش بین المللی دفتر بازرگانی فضایی NOAA گفت: «استاندارد کردن نحوه اندازه گیری تغییرات بیولوژیکی و شیمیایی در فضا برای ایجاد یک اکوسیستم انعطاف پذیر و خودپایدار که در آن تحقیقات و تجارت می توانند رشد کنند، ضروری است. “این ماموریت گامی حیاتی به سوی اقتصاد فضایی پویاتر و مقیاس پذیرتر است.”

در پایان پروژه چه اتفاقی خواهد افتاد؟

NIST مواد مرجع را در ظروف مخصوصی که توسط رودیوم برای سفر فضایی طراحی شده بود، بسته بندی کرد. در فضا، مواد در بسته بندی خود باقی می مانند تا زمان بازگشت به خانه برسد. پس از پایان ماموریت، برخی از نمونه ها به BioBank فضایی رودیوم فرستاده می شوند و در آنجا برای تحقیقات آینده نگهداری می شوند. اولیویا هولژائوس، مدیرعامل رودیوم، توضیح داد: «ارسال نمونه‌ای به فضا برای تحقیق می‌تواند سال‌ها طول بکشد و میلیون‌ها دلار هزینه داشته باشد». “ایده کلیدی پشت BioBank این است که تعداد زیادی نمونه مختلف که قبلاً برای آزمایش به فضا رفته‌اند و فوراً در دسترس هستند، تحقیقات فضایی را سریع‌تر و کارآمدتر می‌کند. پس از بازگشت، این SRM‌های فضاپیمایی در دسترس محققان و شرکت‌های سراسر جهان خواهند بود.”

نمونه‌های دیگر به NIST باز می‌گردند، جایی که دانشمندان از تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای برای اندازه‌گیری اینکه آیا نمونه‌ها در طول مدت حضورشان در ایستگاه فضایی بین‌المللی دچار تغییرات شیمیایی شده‌اند یا خیر، استفاده خواهند کرد. دانشمندان مطمئن نیستند که پس از بازگشت SRMها به آنها چه تغییراتی ممکن است مشاهده کنند. حتی اگر چیزی تغییر نکند، این اطلاعات ارزشمندی برای تحقیقات فضایی آینده خواهد بود.

ریمر گفت: «در حال حاضر هیچ ماده مرجع مصنوع فیزیکی برای فضا وجود ندارد. “ما امیدواریم که به توسعه اولین کمک کنیم.”