ภารกิจในการขึ้นไปสู่ดวงจันทร์

นักวิจัยจากภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมของ UCI และภาควิชาชีววิทยาของมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดสูงและเทคนิคการถ่ายภาพสเปกโทรสโกปีขั้นสูงเพื่อทำความเข้าใจอย่างแม่นยำว่าจุลินทรีย์ปรับเปลี่ยนทั้งแร่ธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและนาโนเซรามิกที่สังเคราะห์ขึ้นได้อย่างไร ปัจจัยสำคัญตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวคือไซยาโนแบคทีเรียสร้างแผ่นชีวะที่ละลายอนุภาคเหล็กออกไซด์ที่เป็นแม่เหล็กภายในหินยิปซั่ม จากนั้นจึงเปลี่ยนแมกนีไทต์ให้กลายเป็นออกไซด์ออกไซด์ การค้นพบของทีมงานซึ่งเป็นหัวข้อของบทความที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในวารสารMaterials Today Bioสามารถเป็นแนวทางสำหรับวิธีการขุดแบบ biomimetic ใหม่ ผู้เขียนยังกล่าวอีกว่าพวกเขาเห็นผลลัพธ์เป็นขั้นตอนสู่การใช้จุลินทรีย์ในการพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่หรือการผลิตสารเติมแต่งในระดับที่เป็นประโยชน์ในด้านวิศวกรรมโยธาในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น บนดวงจันทร์และดาวอังคาร David Kisailus ศาสตราจารย์ด้านวัสดุของ UCI กล่าวว่า "ด้วยกระบวนการทางชีวภาพที่มีวิวัฒนาการมาหลายล้านปี คนงานเหมืองขนาดเล็กเหล่านี้ขุดหิน สกัดแร่ธาตุที่จำเป็นต่อการทำงานทางสรีรวิทยา เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสง ที่ช่วยให้พวกมันอยู่รอดได้" วิทยาศาสตร์และวิศวกรรม "มนุษย์สามารถใช้วิธีการทางชีวเคมีที่คล้ายคลึงกันเพื่อรับและจัดการแร่ธาตุที่เราพบว่ามีค่าได้หรือไม่ โครงการนี้นำเราไปสู่เส้นทางนั้น" ทะเลทราย Atacama เป็นหนึ่งในสถานที่ที่แห้งแล้งและไม่เอื้ออำนวยมากที่สุดในโลก แต่Chroococcidiopsisซึ่งเป็นไซยาโนแบคทีเรียที่พบในตัวอย่างยิปซั่มที่ทีม Johns Hopkins เก็บได้ ได้พัฒนา "การดัดแปลงที่น่าทึ่งที่สุดเพื่อให้อยู่รอดในถิ่นที่อยู่ที่เต็มไปด้วยหิน" ผู้เขียนร่วมกล่าว Jocelyne DiRuggiero รองศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยบัลติมอร์ "ลักษณะบางอย่างเหล่านี้รวมถึงการผลิตคลอโรฟิลล์ที่ดูดซับโฟตอนสีแดงเข้มและความสามารถในการดึงน้ำและธาตุเหล็กจากแร่ธาตุโดยรอบ" ดวงจันทร์ เธอกล่าวเสริม นักวิจัยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขั้นสูงและเครื่องมือสเปกโทรสโกปี พบหลักฐานของจุลินทรีย์ในยิปซั่มโดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงของแร่ธาตุที่มีอยู่ภายใน DiRuggiero กล่าวว่า "เซลล์ไซยาโนแบคทีเรียส่งเสริมการละลายของแมกนีไทต์และการละลายของเหล็กโดยการผลิตสารโพลิเมอร์นอกเซลล์จำนวนมาก ซึ่งนำไปสู่การละลายและออกซิเดชันของแมกนีไทต์เป็นแร่ออกไซด์ "การผลิต siderophores [สารประกอบที่จับกับเหล็กที่เกิดจากแบคทีเรียและเชื้อรา] ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นเมื่อมีอนุภาคนาโนของแมกนีไทต์ ซึ่งแนะนำให้ใช้โดยไซยาโนแบคทีเรียเพื่อรับธาตุเหล็กจากแมกนีไทต์" Kisailus กล่าวว่าวิธีที่จุลินทรีย์แปรรูปโลหะในบ้านรกร้างของพวกเขาทำให้เขานึกถึงการทำเหมืองและการผลิตของเราเอง "เมื่อเราขุดหาแร่ธาตุ เรามักจะได้แร่ที่อาจก่อให้เกิดความท้าทายในการสกัดโลหะมีค่า" เขากล่าว "บ่อยครั้งเราจำเป็นต้องนำแร่เหล่านี้ไปผ่านกระบวนการขั้นสูงเพื่อเปลี่ยนให้เป็นสิ่งที่มีค่า การปฏิบัตินั้นอาจมีค่าใช้จ่ายทั้งทางด้านการเงินและทางสิ่งแวดล้อม" Kisailus กล่าวว่าตอนนี้เขากำลังพิจารณาวิธีการทางชีวเคมีโดยใช้สารอะนาล็อกตามธรรมชาติหรือสังเคราะห์กับ siderophores เอนไซม์ และการหลั่งอื่นๆ เพื่อจัดการกับแร่ธาตุที่มีเพียงเครื่องบดเชิงกลขนาดใหญ่เท่านั้นที่ใช้งานได้ในปัจจุบัน และก้าวกระโดดจากที่นี่ เขากล่าวว่าอาจมีวิธีให้จุลินทรีย์ใช้ความสามารถทางชีวเคมีที่คล้ายคลึงกันเพื่อผลิตวัสดุเชิงวิศวกรรมตามความต้องการในสถานที่ที่ไม่สะดวก "ฉันเรียกมันว่า 'การขึ้นรูปทางจันทรคติ' แทนที่จะเป็นการขึ้นรูปพื้นผิว" Kisailus กล่าว "ถ้าคุณต้องการสร้างบางสิ่งบนดวงจันทร์ แทนที่จะต้องเสียค่าใช้จ่ายในการจ้างคนทำ เราสามารถมีสื่อพิมพ์ 3 มิติสำหรับระบบหุ่นยนต์ แล้วให้จุลินทรีย์กำหนดค่าใหม่ให้เป็นสิ่งมีค่า ซึ่งสามารถทำได้โดยไม่เป็นอันตราย ชีวิตมนุษย์" เขาเสริมว่ามนุษย์ไม่จำเป็นต้องใช้วิธีการแบบเอดิสันเสมอไปเพื่อค้นหาวิธีการทำสิ่งต่างๆ "นี่คือธีมหลักของ Biomimetics และ Nanostructured Materials Lab ทำไมต้องพยายามสร้างวงล้อขึ้นมาใหม่ทั้งที่ธรรมชาติได้ทำให้มันสมบูรณ์แบบมาตลอดหลายร้อยล้านปี" คิไซลัสกล่าว "เราแค่ต้องดึงความลับและพิมพ์เขียวของสิ่งที่ธรรมชาติทำออกมา แล้วนำไปใช้หรือปรับให้เข้ากับสิ่งที่เราต้องการ"