Monitorowanie zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie i zapobieganie ich występowaniu w kosmosie
Jednym z problemów związanych z odkażaniem w przestrzeni kosmicznej jest fakt, że monitorowanie i zapobieganie stanowią dwie oddzielne czynności. Wynika z tego szereg trudności, przede wszystkim wynikających z faktu, że odsyłanie próbek na Ziemię w celu analizy i dezynfekcji nie stanowi w zasadzie realnej możliwości. Finansowany ze środków Unii Europejskiej projekt BIOWYSE, realizowany w ramach działania na rzecz badań i innowacji, poświęcony był opracowaniu i sprawdzeniu w akcji kompaktowego systemu, który łączy w sobie monitorowanie obecności mikroorganizmów w czasie rzeczywistym z niemal natychmiastową dezynfekcją przy pomocy promieniowania ultrafioletowego, która nie powoduje powstawania jakichkolwiek szkodliwych produktów ubocznych. W ramach projektu naukowcy ustalili parametry dotyczące jakości wody wykorzystując dane dotyczące obecności cząsteczek adenozyno-5′-trifosforanu (ATP) uzyskane w wyniku badania, wskazujące na obecność drobnoustrojów i zanieczyszczenie wody, połączone z danymi uzyskanymi przy pomocy innych technik. Zespoły działające w ramach projektu BIOWYSE jako pierwsze na świecie przedstawiły dowody naukowe potwierdzające możliwość potwierdzenia skuteczności działania promieniowania ultrafioletowego w zakresie zwalczania zanieczyszczeń mikrobiologicznych wody przy pomocy monitorowania poziomu ATP.
Zintegrowany system
Urządzenie opracowane w ramach projektu BIOWYSE (płyta prototypowa) pozwoliło na zaprezentowanie współdziałania wszystkich wykorzystywanych technologii w ramach jednego urządzenia. Na początku woda trafia do modułu profilaktycznego – zbiornika ze specjalną powłoką, który zapobiega gromadzeniu się drobnoustrojów podczas tymczasowego przechowywania wody. Następnie woda przepływa do modułu monitorującego, gdzie jest badana pod kątem obecności biomasy z wykorzystaniem bioluminescencji, działającej zarówno w przypadku próbek wody, jak i próbek zbieranych z powierzchni. W przypadku przekroczenia wartości progowej dochodzi do dezynfekcji przy pomocy promieniowania ultrafioletowego w module odkażania, gdzie liczba mikroorganizmów jest redukowana do poziomu pozwalającego na bezpieczne spożycie wody. W następnej kolejności odkażona woda trafia do ujścia, przy którym może się znajdować na przykład osobisty pojemnik na wodę. Moduły sterowania i obsługi odpowiadają za prawidłowe funkcjonowanie całego urządzenia. Testy nowego rozwiązania zajęły przeszło dwa lata i odbywały się zarówno w laboratorium, jak i w warunkach polowych. Próbki wykorzystywane przez naukowców w celu kalibracji systemu obejmowały różne rodzaje wody – od wody sterylnej, przez wodę z kranu, aż po zanieczyszczoną wodę z kranu pozostawioną w zbiorniku na kilka tygodni. W czasie testów terenowych naukowcy sprawdzili także wodę z jaskini oraz wodę rzeczną. Ponadto naukowcy oparli się także na wynikach projektu VIABLE ISS, w ramach którego materiały pozostawione na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej przez kilka miesięcy zostały porównane z próbkami referencyjnymi pozostawionymi na Ziemi w celu ustalenia różnic w rozwoju mikroorganizmów. Zostały one wykorzystane w celu określenia optymalnego składu powłoki zbiornika modułu prewencyjnego, która pomoże w zapobieganiu nadmiernemu gromadzeniu się drobnoustrojów. „Urządzenie BIOWYSE można porównać do zaawansowanego, inteligentnego dystrybutora wody. Monitorowanie obecności mikroorganizmów niezależne od ich rodzaju, pozwalające na stwierdzenie czy znajdują się w wodzie, jednak nie oferujące możliwości ich identyfikacji, nie stanowi typowego podejścia stosowanego w rozwiązaniach kosmicznych. Z drugiej strony rozwiązanie, które nie wykorzystuje złożonych badań i testów w celu identyfikowania każdego patogenu, a zarazem wykorzystuje niemal natychmiastową dezynfekcją opartą na promieniowaniu ultrafioletowym, jest niezwykle skuteczne i efektywne”, twierdzi koordynator projektu Emmanouil Detsis. Kompaktowe urządzenie BIOWYSE zostało zaprojektowane z myślą o bezpośredniej instalacji w stosownej szufladzie „rackowej” na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Plany na przyszłość
Projekt BIOWYSE doprowadził już do przyznania patentu na skuteczne pobieranie próbek z wilgotnych powierzchni stacji kosmicznych członkom konsorcjum projektowego – spółce Thales Alenia Space Italia oraz francuskiemu MŚP GL Biocontrol, specjalizującemu się w monitorowaniu wody, jednak nie posiadającemu żadnego wcześniejszego doświadczenia z projektami kosmicznymi. Ponadto, partner projektu, który zaprojektował system dezynfekcji przy pomocy promieniowania ultrafioletowego, firma AquiSense Technologies, zyskała status jednego z ważniejszych dostawców lamp ultrafioletowych na potrzeby zastosowań kosmicznych pomimo niedawnego wejścia do tego sektora. Firma zajmuje się wytwarzaniem ultrafioletowych diod LED o osiągach przewyższających wszelkie dotychczasowe diody wykorzystywane w niewielkich reaktorach wodnych do zastosowań komercyjnych. Projekt BIOWYSE zawsze skupiał się na potrzebach przyszłych siedlisk kosmicznych, biorąc pod uwagę fakt, że misje na Księżyc lub Marsa będą musiały być w wysokim stopniu niezależne od Ziemi, a woda będzie musiała być przechowywana do czasu przybycia załóg. „Głównym celem pozostaje obecnie zbudowanie systemu, który będzie mógł zostać dostarczony na stację. Z tego powodu szukamy możliwości lotów – w tym celu pozostajemy w kontakcie z Europejską Agencją Kosmiczną i innymi agencjami krajowymi”, twierdzi Detsis.
Słowa kluczowe
BIOWYSE, kosmos, zanieczyszczenia biologiczne, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, woda, siedlisko, UV, Księżyc, Mars, Ziemia, dezynfekcja, wilgotne
