Esperimenti su micromodelli bidimensionali che mostrano la presenza di biofilm durante il recupero microbico potenziato dell’olio. Il biofilm è la sostanza bianca e il suo scopo è quello di aiutare a recuperare più petrolio ostruendo i pori più grandi o più accessibili, consentendo così una più facile estrazione del petrolio. Il petrolio è verde e l’acqua utilizzata per produrre petrolio è limpida. Immagine fornita da Dorthe Wildenschild, OSU College of Engineering.
Due docenti dell’Oregon State University College of Engineering stanno collaborando con la NASA ad un progetto da 525.000 dollari della National Science Foundation per esaminare il ruolo che la gravità, o la sua mancanza, gioca nella crescita microbica.
Dorthe Wildenschild e Tala Navab-Daneshmand invieranno campioni alla Stazione Spaziale Internazionale per vedere come i biofilm – aggregati di microrganismi che si attaccano tra loro e alle superfici – si sviluppano in “mezzi porosi parzialmente e variamente saturi di acqua”, in questo caso sporco umido. e rocce dove l’acqua non è distribuita uniformemente e quindi non sempre facilmente accessibile ai microbi.
Imparare di più sullo sviluppo dei biofilm nei mezzi porosi ha un impatto sociale sulla Terra attraverso una serie di applicazioni, ha affermato Wildenschild, in campi come la bonifica delle acque sotterranee, il trattamento delle acque e le scienze del suolo e dell’agricoltura. Inoltre, i biofilm contribuiscono notevolmente all’imbrattamento dei dispositivi meccanici e medici, compresi gli impianti.
Nuove informazioni sui biofilm coltivati in microgravità possono anche portare a una migliore comprensione del comportamento microbico alterato nello spazio che può influenzare i sistemi ingegnerizzati, così come la salute umana nei voli spaziali con equipaggio, ha aggiunto.
Immagine da un lago a Southampton, Regno Unito. Nella parte bassa del lago, questa melma arancione brillante si accumula lungo i bordi dell’acqua a causa di batteri che ossidano il ferro rilasciato dalle falde acquifere. Il riflesso nell’acqua del cielo azzurro sopra bilancia gli arancioni e i gialli brillanti della melma. Immagine di Jennifer Dewing dell’Università di Southampton, Regno Unito. Immagine fornita dal Centro nazionale per l’innovazione dei biofilm.
I ricercatori di ingegneria ambientale sperano che i campioni OSU possano essere lanciati sulla stazione spaziale tramite lo Space Shuttle alla fine dell’estate 2025 – e stanno pianificando che parte del lavoro svolto su di essi dagli astronauti venga comunicato in diretta come parte degli eventi di sensibilizzazione STEM sul pianeta. Campus statale dell’Oregon.
“Non sappiamo ancora quando ci verrà offerto un posto su una nave spaziale, ma probabilmente avremo bisogno di più di un anno e mezzo per prepararci all’invio dei campioni e per preparare i protocolli altamente dettagliati per gli astronauti”, Wildenschild Egli ha detto.
--Il progetto presterà particolare attenzione al compromesso tra capillarità e forze gravitazionali nella crescita microbica. La capillarità è un fenomeno, guidato in parte dalla tensione superficiale di un liquido, in cui un liquido sale o scende spontaneamente in uno spazio ristretto, come un tubo, o nei vuoti di un materiale poroso.
Visualizzazioni 3D basate sulla tomografia a raggi X dell’architettura e della distribuzione del biofilm microbico in colonne di mezzi porosi. Gli esperimenti rappresentavano tre diverse portate, variando tre ordini di grandezza (la più lenta a sinistra, la più veloce a destra). Le perle di vetro (che rappresentano una versione semplificata del materiale di una falda acquifera sotterranea) sono grigie e il biofilm è viola. Immagine fornita da Dorthe Wildenschild, OSU College of Engineering. Ostvar, S., Iltis, G., Davit, Y., Schlüter, S., Andersson, L., Wood, B.D. e D. Wildenschild, Advances in Water Resources, volume 117, 2018, https://doi. org/10.1016/j.advwatres.2018.03.018
I ricercatori vogliono sapere quale ruolo gioca la capillarità nel modo in cui i biofilm crescono e si evolvono in strutture tridimensionali nello spazio dei pori. Anche la gravità gioca un ruolo in quella crescita ed evoluzione, e sulla Terra non è possibile disattivare la gravità per studiare solo il ruolo della capillarità.
“Stiamo inviando i campioni nello spazio per eliminare la gravità in modo da poter comprendere meglio l’interazione tra gravità e capillarità e come ciascuna di queste forze influenza la crescita e l’architettura del biofilm”, ha affermato Wildenschild. “La ricerca condotta sulla ISS offrirà anche l’opportunità di esplorare oggetti 3D quando i campioni verranno scansionati tramite microCT al ritorno sulla Terra per consentire il confronto tra biofilm cresciuti in presenza o assenza di gravità. Le scansioni 3D daranno agli spettatori la sensazione di volare attraverso l’oggetto”.
I ricercatori ipotizzano che, in base al dominio del flusso – l’interazione tra forze capillari, gravitazionali e viscose – si possa prevedere che tipo di biofilm crescerà: compatto, soffice, irregolare, ecc. La viscosità influisce sulla resistenza del fluido al flusso.
“Possiamo controllare la viscosità e, disattivando la gravità nello spazio, possiamo confrontare i modelli di crescita con quelli ottenuti sulla terra e quindi evidenziare il ruolo che la gravità rispetto alla capillarità gioca nella formazione dei biofilm”, ha detto Wildenschild.
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