เครื่องมือที่มีความไวสูงได้รับสัญญาณเรืองแสงทางชีวภาพที่แข็งแกร่งจากสิ่งมีชีวิตที่เป็นฟอสซิลที่เสียชีวิตไปเมื่อหลายล้านปีก่อน ตามที่นักพัฒนาระบุว่า Compact Color Biofinder ใหม่จะมีประโยชน์เช่นเดียวกันในการตรวจจับสัญญาณของชีวิตบนวัตถุดาวเคราะห์ดวงอื่น ดังนั้นจึงอาจมีบทบาทสำคัญในภารกิจในอนาคตโดย NASA และหน่วยงานอวกาศอื่น ๆ
วัสดุชีวภาพ เช่น กรดอะมิโน โปรตีน ลิปิด และแม้แต่หินตะกอน ล้วนแต่ปล่อยสัญญาณเรืองแสงทางชีวภาพที่สามารถตรวจจับได้โดยใช้กล้องพิเศษ Compact Color Biofinder ซึ่งพัฒนาโดย อนุพัม มิศรา จาก Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology ที่ UH Manoa School of Ocean and Earth วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (SOEST) ปรับปรุงกล้องรุ่นเก่าเหล่านี้โดยการตรวจจับปริมาณสารตกค้างชีวภาพที่เกาะติดกับหิน นอกจากนี้ยังสามารถทำงานในระยะหลายเมตรและสแกนพื้นที่ขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว
Misra กล่าวว่า "รุ่นแรกของ Biofinder สร้างขึ้นโดยใช้เครื่องตรวจจับ ICCD ขนาดใหญ่ที่มีความไวสูง “เนื่องจากสัญญาณจากเครื่องมือนี้มีความแรงมาก ฉันจึงคิดว่าสามารถใช้กล้อง CMOS สีที่มีขนาดเล็กกว่าได้ ต้องขอบคุณเครื่องตรวจจับ CMOS ที่มีความละเอียดอ่อนและแสงน้อยที่มีอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งตอนนี้เป็นไปได้”
หลักการทำงานง่ายๆ
หลักการทำงานของ Biofinder นั้นเรียบง่าย Misra บอก โลกฟิสิกส์. การเรืองแสงทางชีวภาพทั้งหมดมีอายุการใช้งานสั้นมากที่น้อยกว่า 20 นาโนวินาที ดังนั้นระบบจะส่องสว่างบริเวณนั้นก่อนโดยใช้ลำแสงเลเซอร์พัลซิ่งแบบขยายที่มีความกว้างพัลส์สองสามนาโนวินาที จากนั้นกล้อง CMOS จะถ่ายภาพเรืองแสงโดยใช้เวลาเปิดรับแสงที่สั้นที่สุด (1 µสำหรับเครื่องตรวจจับปัจจุบัน) จากนั้นระบบจะรอให้เลเซอร์พัลส์ถัดไปเพื่อทำการวัดซ้ำ
“เลเซอร์ของเรายิงเลเซอร์ 20 ครั้งในหนึ่งวินาที” Misra อธิบาย “ด้วยเหตุนี้ ระบบจึงใช้เฟรมภาพ 20 เฟรมต่อวินาทีและทำงานด้วยความเร็ววิดีโอ” ขีดจำกัดการตรวจจับต่ำกว่าระดับ ppm ที่ระยะเป้าหมายหนึ่งเมตร เขากล่าวเสริม
การตรวจจับสารตกค้างในฟอสซิลปลา
ในงานของพวกเขาซึ่งพวกเขาให้รายละเอียดใน รายงานทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ, Misra และคณะได้ศึกษาสารตกค้างในซากดึกดำบรรพ์ของปลาจาก การก่อตัวของแม่น้ำสีเขียวซึ่งมีอายุตั้งแต่ยุค Eocene 56-33.9 ล้านปีก่อน พวกเขาพบว่าซากดึกดำบรรพ์ยังคงมีสารตกค้างอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าอินทรียวัตถุนี้ไม่ได้ถูกแทนที่ด้วยแร่ธาตุอย่างเต็มที่ในกระบวนการฟอสซิล แม้จะผ่านไปเป็นเวลานานก็ตาม
ทีมงานได้สำรองข้อมูลการค้นพบจากภาพการเรืองแสงของ Biofinder ด้วยการวัดโดยใช้เทคนิคอื่นๆ มากมาย รวมทั้ง Raman และการสะท้อนรวมที่ลดทอนลง Fourier-transform infrared (ATR-FIR) สเปกโทรสโกปี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เอ็กซ์เรย์สเปกโทรสโกปีแบบกระจายพลังงาน (SEM-EDS) และกล้องจุลทรรศน์แสดงภาพตลอดอายุการใช้งานเรืองแสง (FLIM)
ผลการทดลองยืนยันว่าสารตกค้างทางชีวภาพสามารถอยู่รอดได้หลายล้านปี Misra กล่าว และการถ่ายภาพด้วยสารเรืองแสงทางชีวภาพนั้นมีประสิทธิภาพในการตรวจหาสิ่งตกค้างในแบบเรียลไทม์
“สำคัญในภารกิจของนาซ่าในอนาคต”
การค้นหาสิ่งมีชีวิตไม่ว่าจะมีอยู่หรือสูญพันธุ์ไปบนดาวเคราะห์ดวงอื่นเป็นเป้าหมายหลักสำหรับภารกิจการสำรวจดาวเคราะห์ และนักวิจัยหวังว่าวันหนึ่งเทคโนโลยีของพวกเขาจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจที่ออกแบบมาเพื่อค้นหาไบโอมาร์คเกอร์ในโลกที่ห่างไกล อันที่จริงตอนนี้พวกเขากำลังสมัครเพื่อรับพื้นที่เครื่องมือของพวกเขา
'การตรวจจับร่วมกัน' จะปรับปรุงการค้นหาอารยธรรมต่างดาว
“หาก Biofinder ถูกติดตั้งบนยานสำรวจบนดาวอังคารหรือดาวเคราะห์ดวงอื่น เราจะสามารถสแกนพื้นที่ขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็วเพื่อตรวจหาหลักฐานการมีชีวิตในอดีต แม้ว่าสิ่งมีชีวิตจะมีขนาดเล็ก มองเห็นด้วยตาของเราไม่ง่าย และตายไปแล้วสำหรับ หลายล้านปี” Misra กล่าว "เราคาดว่าการถ่ายภาพเรืองแสงจะมีความสำคัญในภารกิจของ NASA ในอนาคตในการตรวจจับสารอินทรีย์และการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น"
ผู้เขียนร่วมการศึกษา Sonia J Rowley กล่าวเสริมว่าความสามารถของ Biofinder ก็มีความสำคัญต่อ NASA ด้วย โครงการปกป้องดาวเคราะห์ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อตรวจหาสารปนเปื้อน เช่น จุลินทรีย์บนโลกบนยานอวกาศขาออก ตลอดจนอันตรายทางชีวภาพจากต่างดาวที่อาจเดินทางกลับ
