COLIS : Un nouvel outil pour la recherche sur la matière molle

Les Solides Colloïdaux (COLIS) est un dispositif sophistiqué de diffusion de lumière créé pour des expériences sur la Station Spatiale Internationale (ISS). Ce système donne aux scientifiques un moyen d’étudier la structure et le comportement des matériaux mous, comme les colloïdes, les protéines et les gels. Il peut examiner des choses allant de quelques nanomètres à des dizaines de microns, et il peut suivre les changements au fil du temps de 100 nanosecondes à plusieurs heures.

COLIS inclut des techniques de diffusion de lumière traditionnelles et ajoute des méthodes comme la diffusion de lumière dynamique dépolarisée, qui aide à comprendre les propriétés de ces matériaux plus en détail. Il a aussi une caméra à petit angle spéciale, des méthodes pour prendre des images basées sur la diffusion de lumière, et un laser infrarouge pour contrôler la température des échantillons. Ce dispositif unique vise à aider les scientifiques à en apprendre davantage sur différents systèmes de matière molle d'une manière impossible sur Terre à cause de la gravité.

#C'est quoi les Systèmes de Matière Molle ?

La matière molle désigne des matériaux qui peuvent être facilement déformés par des forces extérieures. Ces systèmes contiennent souvent de minuscules particules suspendues dans un liquide, généralement de l'eau. Les particules peuvent être solides, comme des particules colloïdales, ou des gouttelettes liquides, des tensioactifs, des polymères et des protéines. Elles peuvent même inclure des cellules biologiques.

Les traits communs des systèmes de matière molle incluent leur sensibilité à la température et aux autres forces. Ces matériaux montrent un mouvement brownien, qui est le mouvement aléatoire des particules suspendues dans un fluide. Cette caractéristique rend les systèmes de matière molle critiques tant dans les produits quotidiens que dans l'industrie.

#L'Importance d'Étudier la Matière Molle en Microgravité

La gravité peut influencer le comportement des matériaux mous, surtout quand les particules s'assemblent pour former des structures plus grandes. Dans de nombreux cas, ces structures peuvent se déposer rapidement à cause de la gravité, menant à la formation de couches ou de sédiments.

Dans l'espace, où la microgravité existe, les scientifiques peuvent étudier comment ces matériaux se comportent sans l'interférence de la gravité. C'est essentiel car cela permet d'explorer des processus fondamentaux difficiles à observer sur Terre. Les colloïdes, les protéines et les gels ont tous été étudiés dans l'espace, menant à de nouvelles découvertes sur comment ces matériaux se forment et évoluent.

#Mise en Place et Fonctionnalités de COLIS

COLIS est conçu spécifiquement pour être utilisé sur l'ISS et s'intègre dans une installation spécialisée appelée Microgravity Science Glovebox. Le dispositif se compose de plusieurs composants qui travaillent ensemble pour des mesures précises :

1. Laser Optique : Un laser puissant qui éclaire les échantillons. Ce laser a des réglages de puissance ajustables pour contrôler l'intensité de la lumière utilisée dans les expériences.

2. Laser Infrarouge (NIR) : Ce laser chauffe les solutions à base d'eau et est positionné pour travailler avec le laser optique pour un contrôle précis de la température.

3. Lignes de Diffusion de Lumière Dynamique (DLS) : COLIS a trois lignes pour collecter la lumière diffusée à différents angles. Ces lignes aident à mesurer comment les particules se déplacent et se comportent dans les échantillons.

4. Lignes d'Imagerie de Corrélation de Photons (PCI) : Ces lignes prennent des images du volume de diffusion pour voir comment les particules se comportent au fil du temps.

5. Diffusion de Lumière à Petit Angle (SALS) : Ce dispositif permet la collecte de lumière diffusée à petits angles, ce qui est crucial pour observer le comportement des structures plus grandes.

Tout le système permet aux scientifiques de surveiller le comportement de la matière molle au fur et à mesure qu'elle se solidifie, ce qui est vital pour comprendre le rôle de la gravité et d'autres facteurs dans la formation des matériaux.

#Le Rôle du Contrôle Thermique dans COLIS

Le contrôle de la température est essentiel lors de la réalisation d'expériences avec la matière molle. Les changements de température peuvent entraîner des comportements différents dans les matériaux étudiés. Le dispositif COLIS permet un contrôle précis de la température, y compris la capacité à effectuer des changements rapides dans l'environnement thermique.

Avec l'aide du laser NIR, les scientifiques peuvent chauffer des zones spécifiques de l'échantillon, permettant une compréhension plus détaillée de la manière dont les changements de température affectent la structure et la dynamique des matériaux mous.

#Applications de Recherche de COLIS

#Étude de la Nucleation des Protéines

Une des applications importantes de COLIS est l'étude de la nucléation des protéines, le début de la formation de cristaux. Ce processus est crucial pour les produits pharmaceutiques et la compréhension des mécanismes des maladies. En contrôlant la température et en surveillant comment les protéines s'agglomèrent, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur la formation des cristaux.

Dans les expériences, les chercheurs chauffent une solution de protéines pour dissoudre les cristaux existants puis la refroidissent rapidement pour induire la nucléation. Ce contrôle précis de la température aide à étudier le moment exact et les conditions sous lesquelles les protéines commencent à cristalliser.

#Enquête sur les Gels colloïdaux

Les gels colloïdaux se forment par des particules qui s'attirent et créent un réseau. Ces matériaux se comportent différemment sous la gravité. La recherche a montré qu'en microgravité, ces gels peuvent se former sans s'effondrer, révélant des éclaircissements sur les processus de gélification, qui sont généralement difficiles à étudier sur Terre.

Avec COLIS, les scientifiques peuvent observer comment ces gels se restructurent au fil du temps sans l'influence de la gravité, fournissant des données précieuses sur leur stabilité et leurs propriétés.

#Comprendre les États Vitreux

Les matériaux mous peuvent aussi entrer dans un état vitreux, où ils deviennent rigides et moins réactifs aux changements. Étudier comment ces matériaux passent d'un état vitreux à un autre joue un rôle important dans de nombreuses applications, y compris la science alimentaire et les produits pharmaceutiques.

COLIS permet de surveiller la dynamique des verres colloïdaux mous, éclairant la manière dont ces systèmes se comportent au fil du temps et sous diverses conditions.

#Conclusion

Le dispositif COLIS représente un outil de pointe pour étudier la matière molle en microgravité. En offrant les moyens d'explorer des matériaux comme les colloïdes, les protéines et les gels, les chercheurs peuvent acquérir de nouvelles perspectives sur les processus fondamentaux qui sous-tendent de nombreux matériaux et processus quotidiens.

De la compréhension de la cristallisation des protéines à l'observation de la façon dont les gels colloïdaux se comportent sans l'influence de la gravité, COLIS offre une occasion unique de découverte scientifique. Alors que les expériences continuent sur l'ISS, COLIS aidera à déverrouiller d'autres secrets des systèmes de matière molle, menant à des avancées dans divers domaines, y compris la science des matériaux, la biologie et la pharmacie.