Một thiết bị có độ nhạy cao đã thu nhận các tín hiệu huỳnh quang sinh học mạnh từ các sinh vật hóa thạch đã chết hàng triệu năm trước. Theo các nhà phát triển, Máy lọc sinh học màu nhỏ gọn mới sẽ tiện dụng tương tự trong việc phát hiện các dấu hiệu của sự sống trên các hành tinh khác và do đó có thể đóng một vai trò quan trọng trong các sứ mệnh tương lai của NASA và các cơ quan không gian khác.
Các vật liệu sinh học như axit amin, protein, lipid và thậm chí cả đá trầm tích đều phát ra tín hiệu huỳnh quang sinh học có thể được phát hiện bằng máy ảnh đặc biệt. Máy lọc sinh học màu nhỏ gọn, được phát triển bởi Anupam Misra từ Viện Địa vật lý và Hành tinh Hawaii tại Trường Khoa học và Công nghệ Trái đất và Đại dương UH Manoa (SOEST), cải tiến trên các máy ảnh cũ hơn này bằng cách phát hiện lượng nhỏ cặn sinh học bám vào đá. Nó cũng có thể hoạt động ở khoảng cách vài mét và quét các khu vực rộng lớn một cách nhanh chóng.
Misra nói: “Phiên bản đầu tiên của Biofinder được tạo ra bằng cách sử dụng một máy dò ICCD [thiết bị tích điện tăng cường] có độ nhạy lớn. “Vì tín hiệu từ thiết bị này rất mạnh, tôi nghĩ có thể sử dụng một máy ảnh CMOS màu nhỏ hơn. Nhờ có các thiết bị dò CMOS ánh sáng yếu, nhạy cảm hiện nay, điều này đã có thể thực hiện được ”.
Nguyên lý làm việc đơn giản
Nguyên tắc hoạt động của Biofinder rất đơn giản, Misra nói Thế giới vật lý. Tất cả huỳnh quang sinh học có thời gian tồn tại rất ngắn dưới 20 nano giây, vì vậy hệ thống đầu tiên chiếu sáng một khu vực bằng cách sử dụng chùm tia laser xung mở rộng với độ rộng xung vài nano giây. Máy ảnh CMOS sau đó sẽ chụp ảnh huỳnh quang sử dụng thời gian phơi sáng ngắn nhất (1 µs cho máy dò hiện tại). Sau đó, hệ thống sẽ đợi xung laser tiếp theo để lặp lại phép đo.
Misra giải thích: “Tia laser của chúng tôi bắn ra 20 xung laser trong một giây. “Do đó, hệ thống lấy 20 khung hình ảnh mỗi giây và chạy ở tốc độ video.” Ông cho biết thêm, giới hạn phát hiện dưới mức ppm ở khoảng cách mục tiêu là một mét.
Phát hiện dư lượng sinh học trong hóa thạch cá
Trong công việc của họ, họ trình bày chi tiết Báo cáo khoa học tự nhiên, Misra và các đồng nghiệp đã nghiên cứu dư lượng sinh học trong hóa thạch cá từ Green River hình thành, có niên đại từ kỷ Eocene cách đây 56-33.9 triệu năm. Họ phát hiện ra rằng các hóa thạch vẫn còn chứa một lượng đáng kể cặn bã, ngụ ý rằng chất hữu cơ này vẫn chưa được thay thế hoàn toàn bằng các khoáng chất trong quá trình hóa thạch, kể cả sau một thời gian dài như vậy.
Nhóm nghiên cứu đã sao lưu các phát hiện từ hình ảnh huỳnh quang của Biofinder với các phép đo sử dụng một loạt các kỹ thuật khác, bao gồm cả Raman và quang phổ tia hồng ngoại biến đổi Fourier suy giảm (ATR-FIR), kính hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ tia X phân tán năng lượng (SEM-EDS) và kính hiển vi hình ảnh tuổi thọ huỳnh quang (FLIM).
Misra cho biết, kết quả xác nhận rằng các tàn dư sinh học có thể tồn tại hàng triệu năm và hình ảnh huỳnh quang sinh học có hiệu quả trong việc phát hiện các dư lượng dấu vết này trong thời gian thực.
“Quan trọng trong các sứ mệnh tương lai của NASA”
Việc tìm kiếm sự sống - dù đang tồn tại hay đã tuyệt chủng - trên các hành tinh khác là mục tiêu chính của các sứ mệnh khám phá hành tinh và các nhà nghiên cứu hy vọng rằng một ngày nào đó công nghệ của họ sẽ trở thành một phần của các sứ mệnh được thiết kế để tìm kiếm các dấu ấn sinh học trên các thế giới xa xôi. Thật vậy, họ đang đăng ký để có được không gian dụng cụ của họ đủ tiêu chuẩn.
'Khả năng phát hiện lẫn nhau' sẽ cải thiện việc tìm kiếm các nền văn minh ngoài Trái đất
“Nếu Biofinder được gắn trên một máy dò trên sao Hỏa hoặc một hành tinh khác, chúng tôi sẽ có thể nhanh chóng quét các khu vực rộng lớn một cách nhanh chóng để phát hiện bằng chứng về cuộc sống trong quá khứ, ngay cả khi sinh vật nhỏ, không dễ nhìn thấy bằng mắt của chúng ta và chết vì Misra nói. “Chúng tôi dự đoán rằng hình ảnh huỳnh quang sẽ rất quan trọng trong các sứ mệnh tương lai của NASA nhằm phát hiện các chất hữu cơ và sự tồn tại của sự sống trên các thiên thể hành tinh khác”.
Đồng tác giả nghiên cứu Sonia J Rowley cho biết thêm rằng khả năng của Biofinder cũng sẽ rất quan trọng đối với NASA Chương trình bảo vệ hành tinh, nhằm mục đích phát hiện các chất gây ô nhiễm như vi khuẩn Trái đất trên các tàu vũ trụ đi ra ngoài cũng như bất kỳ hiểm họa sinh học nào ngoài Trái đất có thể thực hiện hành trình quay trở lại.
