从锅碗瓢盆到油盐酱醋，许多日常用品都可以通过微重力研究来对其进行环保升级。纽约城市学院 (CCNY) 正在国际空间站 (ISS) 开展一项关于 SpaceX 的第 25 次商业补给服务 (CRS) 任务的试验，内容是寻找更环保的方式来制造泡沫产品（由不溶性气体分散在液体或熔融固体中所形成的分散物系）和通过乳化制造出产品。

但是，SpaceX CRS-25的试验不只局限于日用品方面。来自亚利桑那州立大学和伦斯勒理工学院 (RPI)的研究人员正在利用国际空间站国家实验室来改进疫苗等药物的大规模生产。这些试验由美国国家科学基金会 (NSF) 资助，旨在利用独特的太空环境来帮助回答在地面上难以解决的科学问题。

SpaceX CRS-25 © NASA

利用微重力制造环保泡沫和乳液

纽约城市学院CCNY 的调查分为两部分：一是研究是否可以使用环保纳米颗粒代替表面活性剂来稳定泡沫和乳液。表面活性剂是稳定液体和空气之间或两种不混合的液体（例如油和水）之间界面的化合物。该项目的另一部分旨在解决干泡沫最佳包装结构的问题，这一问题已经有 135 年的历史。它将研究气泡如何在最基本的层面上堆积在一起。几十年来，科学家们一直在预测最佳填充结构，但从未在游离泡沫中观察到。

CCNY 机械工程助理教授范静是研究人员之一，他表示，国际空间站是一个理想的试验环境，微流体装置将产生泡沫和乳液，研究小组将在微重力环境中使用光学显微镜对其进行分析。

由纳米颗粒稳定的干泡沫（填充气泡）的显微图像 图片来源：Nicole Donovan and Shuaijun Li

在微重力环境中，向下拉液体的力更小，因此泡沫持续的时间更长，这样科学家们就可以测试是否可以使用纳米粒子来稳定它们。但在地球上，重力的影响会导致泡沫和乳液过快地分解和流失。

此外，在没有重力的情况下，构成干泡沫的气泡和液滴可以聚集而不会被限制在容器中，这使研究人员能够研究最有效的泡沫包装结构。这一试验可以帮助研究人员解决在商业用途中面临的泡沫和乳液包装的问题。

为改进疫苗和药品制造铺平道路

蛋白质聚集是药物制造中的一个重大限制条件，这会降低许多药物和疫苗的质量和产量。来自亚利桑那州立大学和 RPI 的研究人员正在使用国际空间站上的微重力条件来解决这个问题。研究小组将开发和测试预测模型，以了解和控制在药物开发过程中导致蛋白质聚集的流体动力学。

研究人员的试验内容是研究人类血液中常见蛋白质的流动和聚集。他们将通过在电动模块中旋转一英寸直径的蛋白质溶液液滴来做到这一点，并在环剪跌落实验中进行观察。在微重力中使用电动模块使研究人员能够研究蛋白质在没有固体壁的无容器液体系统中的作用。在这个系统中，蛋白质溶液的行为方式更类似于人体软组织包围的蛋白质，这是因为膜倾向于在液滴的液体表面上形成，导致液滴的限制更像软组织而不是刚性容器壁。

国际空间站上的环剪跌落(RSD) 实验的特写视图。 图片来源：Patrick M. McMackin 和 Joe A. Adam

在微重力情况下，液滴保持稳定，但在地球上，如此大的蛋白质溶液液滴会由于重力不稳定性而破裂。亚利桑那州立大学应用数学教授胡安洛佩兹是领导该项目的研究人员之一，他提到，微重力环境中，研究团队能够在几个小时内观察液滴，以确定导致蛋白质聚集的原因并开发预测模型。

这一试验的结果可能会产生广泛的影响，因为蛋白质总是存在于大批量药品生产中，包括现如今使用的大多数疫苗。另一方面，了解剪切流怎样影响蛋白质可以帮助研究人员弄清楚如何减少药品制造过程中出现的不良结果。

参考资料：

[1]https://www.issnationallab.org/launches/spacex-crs-25/

[2]https://www.nasa.gov/

[3]https://www.sohu.com/a/351858077_313378