Riassunto analitico
Argomento di questa tesi è lo studio di una cella microfluidica per esperimenti di biologia nello spazio. Nello svolgimento del lavoro saranno esaminate le scelte effettuate nel progetto della cella in relazione sia alle esigenze dell’esperimento quanto alle risorse disponibili. Saranno inoltre approfonditi i concetti fondamentali dei materiali a memoria di forma utilizzati per le attivazioni delle celle.
Il lavoro è stato svolto presso la società Kayser Italia Srl che da diversi anni opera nel settore spaziale e collabora con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per la progettazione, costruzione e qualifica di sistemi per la ricerca nel campo aerospaziale, tra i quali STROMA, argomento di questa tesi.
L’obiettivo scientifico di STROMA è quello di far crescere cellule staminali del midollo osseo, dette cellule STROMALI, in condizioni di microgravità, per studiare sia l’effetto dell’assenza di gravità quanto quello delle radiazioni tipiche dello spazio. Lo studio si inserisce nell’ambito della ricerca per l’approfondimento del fenomeno di osteoporosi che affligge sia gli astronauti che in un futuro potrebbero affrontare lunghi viaggi interplanetari, quanto l’uomo in età avanzata.
L’esperimento viene svolto per una durata di dieci giorni, pari al periodo di permanenza sulla ISS di una missione di breve termine, il cosiddetto “taxi flight” .
Le celle destinate a questo tipo di esperimento sono in tutto venti. Dieci di esse rimangono a terra, e sono denominate “Esperimento di riferimento” o “Ground model”, le altre dieci sono mandate in orbita installate in un incubatore (o facility), in questo caso il KUBIK di costruzione francese, e sono denominate “Flight Model”.
L’incubatore, connesso prima al veicolo di lancio, la Russa Soyuz, e poi alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), ha il compito di mantenere ad una temperatura costante di 37°C i bioreattori STROMA.
Il lavoro si è articolato in più fasi distinte:
· Studio della struttura della cella e dell’elettronica di controllo.
· Studio dei materiali SMA.
· Test e caratterizzazione delle molle usate nell’esperimento.
· Progetto di un sistema di caratterizzazione automatizzato.
Ognuna delle tre fasi è descritta secondo quanto segue:
· Il primo capitolo descrive lo scopo scientifico dell’esperimento STROMA e il materiale biologico utilizzato evidenziando il motivo degli studi in microgravità.
· Il secondo capitolo analizza la struttura meccanica della cella, i materiali utilizzati e l’elettronica di controllo della cella.
· Il terzo capitolo descrive le proprietà dei materiali a memoria di forma, il loro impiego come attuatori e i risultati della caratterizzazione degli attuatori realizzati per STROMA con tali materiali.
· Il quarto capitolo analizza il progetto di un sistema di caratterizzazione automatizzato per i materiali a memoria di forma.
Il contenuto originale di questo lavoro di tesi consiste principalmente nella progettazione di due sistemi di misura per la caratterizzazione delle molle SMA utilizzate nell’esperimento STROMA e nella valutazione dei risultati ricavati dalle misure stesse.
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