Znanstveniki so razvili način, kako narediti človeško kožo bolj zaščiteno pred vesoljskim sevanjem
Zemlja je sevalni zapredek. V tem kokonu nas atmosfera in magnetosfera varujeta večinoma pred sončnim sevanjem. Nekaj ultravijolične svetlobe prodre skozi in nas lahko poškoduje. Toda razumni previdnostni ukrepi, kot je preprosto zmanjšanje izpostavljenosti, lahko preprečijo sončno sevanje.
Toda prostor je povsem druga zadeva. Med številnimi nevarnostmi, ki jih predstavlja za astronavte, je vedno prisotno sevanje tisto, ki potrebuje rešitev.
Zdaj je skupina raziskovalcev razvila nov biomaterial za zaščito astronavtov.
Ta nov razvoj je osredotočen na melanine, pigmente, ki jih najdemo v večini živih bitij na Zemlji, vključno z živalmi, kot smo mi. Melanini so odgovorni za rdeče lase, za obarvanje sadja v rjavo in za temnenje kože po izpostavljenosti sončnemu ultravijoličnemu sevanju. In prav zadnja točka je ključna za to delo.
Naslov nove študije je 'Selenomelanin: abiotični selenski analog feomelanina.' Nathan Gianneschi, profesor kemije na univerzi Northwestern in izredni direktor Mednarodnega inštituta za nanotehnologijo, je vodil raziskavo. Wei Cao z Oddelka za kemijo na Northwesternu je prvi avtor članka. Študija je objavljena v Journal of the American Chemical Society.
Ker ambiciozni načrti vesoljskega potovanja astronavte odpeljejo dlje časa od Zemlje, se astronavti soočajo s povečanim tveganjem. Če pustimo ob strani katastrofe v hollywoodskem slogu, so nekatere nevarnosti kronične in ne akutne. Tako kot tukaj na Zemlji je pomembna zaščita pred sončnim sevanjem skozi čas.
'Glede na povečano zanimanje za vesoljska potovanja in splošno potrebo po lahkih, večnamenskih in radioprotektivnih biomaterialih, smo postali navdušeni nad potencialom melanina.'
Glavni raziskovalec Nathan Gianneschi, profesor kemije na Univerzi Northwestern
Toda tveganje v vesolju je veliko večje. Ko so zunaj Zemljinega kokona, so astronavti izpostavljeni veliko več sevanja. Ne samo zaradi rednega, enakomernega sončnega izpusta, temveč tudi od sončnih izbruhov in celo kozmičnih žarkov. Vesolje je preplavilo nevarno ionizirajoče sevanje .
Ionizirajoče sevanje lahko potuje v obliki delcev ali valov. Ima dovolj energije, da loči elektrone od atomov in molekul, kar je slaba novica za živa bitja. Sevanje, kot so radijski valovi, mikrovalovne pečice in wifi, ne ionizira, medtem ko ultravijolični, rentgenski in gama žarki ionizirajo. Zasluge slike: avtor Spazturtle – lastno delo, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45834629
Ko astronavti preživijo čas zunaj nizke zemeljske orbite, se soočajo z večjimi tveganji zaradi izpostavljenosti temu sevanju: rakom in drugimi degenerativnimi boleznimi, sevalno boleznijo in celo učinki na osrednje živčevje, po podatkih NASA. Pravzaprav NASA pravi, da so astronavti lahko izpostavljeni odmerkom sevanja v razponu od 50 do 2000 mili-sivertov (mSv). Toda celo 1 mSv je enakovreden približno trem rentgenskim žarkom prsnega koša, tako da je, kot da so astronavti izpostavljeni med 150 in 6000 rentgenskim žarkom prsnega koša. (Bi se prijavili za to?)
Lahko bi astronavte obdali v svinec – ali jih postavili za svinčene ščite kot rentgenski tehniki v bolnišnicah – in bili bi zaščiteni. Težava je v tem, kako lahko astronavti opravljajo vse svoje naloge, a so še vedno zaščiteni pred vsemi nevarnimi sevanji?
Svinec je tudi izjemno težek in je nepraktično izstreliti svinec v vesolje za zaščito pred sevanjem. 'Malo verjetno je, da bomo lahko leteli z namensko maso, ki ščiti pred sevanjem,' za misije, kot je Artemis, je dejal Kerry Lee iz NASA Johnsonove skupine za analizo vesoljskega sevanja. izjava za javnost .
Svinec se običajno uporablja za zaščito ljudi in stvari pred močnim sevanjem. Razlog, zakaj je tako učinkovit, je njegova visoka gostota in teža. Zaradi tega je tudi uporaba problematična. Zasluge slike: avtor Changlc – lastno delo, javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=599629
To je povzročilo zanimanje za melanin.
'Glede na povečano zanimanje za potovanja v vesolje in splošno potrebo po lahkih, večnamenskih in radioprotektivnih biomaterialih, smo postali navdušeni nad potencialom melanina,' je povedal glavni raziskovalec Nathan Gianneschi v izjava za javnost . »Našemu podoktorskemu sodelavcu Wei Cau je prišlo na misel, da bi melanin, ki vsebuje selen, nudil boljšo zaščito kot druge oblike melanina. To je sprožilo zanimivo možnost, da ta še neodkriti melanin lahko zelo dobro obstaja v naravi, če se uporablja na ta način. Zato smo preskočili del odkrivanja in se odločili, da ga naredimo sami.'
Na Zemlji, ko je naša koža izpostavljena UV sevanju, proizvedemo več melanina. To potemni kožo, pigmentacija melanina pa učinkovito absorbira svetlobo. Pravzaprav lahko absorbira do 99,9 % UV sevanja.
Raziskovalci že vedo, da ima melanin potencial za zaščito astronavtov pred sevanjem. Ločena raziskovalna skupina je eksperimentiranje z vzorci od tega na Mednarodni vesoljski postaji, da bi videli, kako se odziva na tamkajšnje sevanje, ki ni le UV sevanje, ampak bolj energično sevanje, kot je rentgenski žarki.
Ilustracija astronavtov Artemide na Luni. Luna nima magnetosfere ali zaščitne atmosfere, zato bodo astronavti Artemis in vsi astronavti, ki delajo v bodoči lunini bazi, potrebovali zaščito pred ionizirajočim sevanjem. Zasluge: NASA
Vendar obstajajo različne vrste melanina. Tisti, ki ga testirajo na ISS, je pravzaprav sestavljen iz glivičnega melanina in polimerov. Glavni raziskovalec tega dela je Radamés J. B. Cordero iz Johns Hopkins. 'Cilj bo vzeti melanin in ustvariti biomateriale, ki jih navdihuje narava, Lamb je pojasnil . 'Vidimo, ali lahko posnemamo biologijo in se iz biologije učimo v svojo korist.'
Toda ta nova raziskava gre v nekoliko drugačno smer, tako da gleda na melanin, obogaten z selen . Selen ima zanimiv odnos do svetlobe in se uporablja kot pigment, pri izdelavi stekla, v detektorjih rentgenskih žarkov in v sončnih celicah. Jasno je, da je nekaj narobe s selenom, ko gre za sevanje.
Prejšnje raziskave so pokazale, da lahko selenove spojine zaščitijo živali pred rentgenskimi žarki. Tako se je ekipa, ki stoji za novim delom, spraševala, ali bi kombinacija melanina s selenom prinesla nov način zaščite astronavtov.
Namesto da bi kdo ve koliko časa poskušali najti spojino nekje v naravi, so se odločili, da bodo svoje spojine izdelali v laboratoriju. Sintetizirali so nov biomaterial, ki ga imenujejo 'selenomelanin'. Celice so zdravili z novim materialom, poleg celic, obdelanih s sintetičnim feomelaninom in eumelaninom. Kot kontrolno skupino so uporabili tudi celice brez zaščitnega melanina.
Potem je prišlo sevanje. Vse celice so izpostavili dozi sevanja, ki bi bila smrtonosna za človeka. Rezultat? Samo celica, zdravljena z njihovim sintetiziranim selenomelaninom, je pokazala normalne celične cikle.
Človeške celice, obdelane z nanodelci selenomelanina. Zasluga slike:
Northwestern University
'Naši rezultati so pokazali, da selenomelanin nudi vrhunsko zaščito pred sevanjem,' je dejal Gianneschi. 'Ugotovili smo tudi, da je bilo lažje sintetizirati selenomelanin kot feomelanin, in kar smo ustvarili, je bilo bližje melaninu, ki ga najdemo v naravi, kot sintetični feomelanin.'
Postaja boljše.
Skupina je tudi ugotovila, da je za razliko od vzorcev, ki jih je na ISS poslala ločena raziskovalna skupina, katerih proizvodnja je draga, selenomelanin te ekipe lahko biosintetizirano . To pomeni, da ga žive celice lahko proizvajajo, če jih hranimo s pravimi hranili. In biosintetizirani selenomelanin ohranja svoje zaščitne lastnosti.
'Z obilico vira selena v okolju so se nekateri organizmi morda lahko prilagodili ekstremnim okoliščinam, kot je sevanje, s pomočjo ugodnih učinkov selenomelanina,' je dejal Gianneschi.
'Naše delo kaže na možnost, da lahko melanin deluje kot skladišče selena in pomaga zagotoviti, da imajo organizmi koristi od tega,' je dejal Cao. »Selenomelanin ima lahko pomembno vlogo pri presnovi in biološki porazdelitvi selena. To je področje za nadaljnje preiskave.'
To odkritje bi lahko vodilo do boljše zaščite astronavtov - in materialov, občutljivih na sevanje - v vesolju. Skupina raziskovalcev predvideva aktualen material, kot je krema za sončenje, ki se lahko nanese na kožo ali materiale za zaščito.
Več:
- Izjava za javnost: Nov biomaterial bi lahko zaščitil pred škodljivim sevanjem
- Raziskovalna naloga: Selenomelanin: abiotični selenov analog feomelanina
- Vesolje danes: NASA, ki jo grožnja vesoljskega sevanja ne prestraši
