Kosmonauti žijí a pracují na oběžné dráze společně s hemžícími se populacemi mikroorganismů, což ovšem může představovat závažné problémy pro jejich zdravotní stav – a třeba i pro strukturální integritu jejich kosmické lodi. Aby bylo možné lépe bojovat proti těmto neviditelným černým pasažérům, tak ESA vyvíjí povlaky pro použití uvnitř kosmických lodí, které mají schopnost mikroby zabíjet.
Posádky Mezinárodní kosmické stanice nejsou osamocené. Mikrobiální průzkum povrchu na orbitální základně nalezl desítky různých druhů bakterií a hub včetně škodlivých patogenů. Mezi nimi je třeba i Staphylococcus aureus, který způsobuje infekce kožní a dýchacích cest, stejně jako otravu jídla.
Tyto populace mikrobů ovšem škodí i kosmickým lodím, nikoliv pouze kosmonautům. Baktérie a plísně vytvářejí „biofilmy“ – ne nepodobné plaku na vašich zubech – které mohou znečistit a „požírat“ kov a sklo, stejně jako plasty a gumu.
Tento problém se ukázal obzvláště aktuálním v posledních fázi činnosti předchůdce ISS, ruské stanice Mir. Zde byly kolonie mikrobů k vidění na částech skafandrů, izolaci kabeláže i na těsněních kolem oken.
„Imunitní systém astronautů je potlačený mikrogravitací, takže mikrobiální prostředí při budoucích dlouhodobých kosmických misích bude nutné přísně kontrolovat,“ vysvětluje materiálová inženýrka ESA Malgorzata Holynska. „Takže sekce materiálů a fyziky v ESA spolupracuje s italským institutem IIT (Istituto Italiano di Tecnologia) na zkoumání antimikrobiálních materiálů, které by mohly být přidány na vnitřní povrchy kosmických lodí.“
Tým IIT začal pracovat na oxidu titaničitý, který je zde ne Zemi používaný na samočistících sklech, stejně jako na hygienických površích. Když je oxid titaničitý vystavený působení ultrafialového světla, rozkládá vodní páru ve vzduchu na „volné kyslíkové radikály“, které pohlcují vše, co je na povrchu – včetně bakteriálních membrán.
„Baktérie jsou inaktivovány oxidačním stresem generovaným těmito radikály,“ vysvětluje Mirko Prato z IIT. „To je výhodné, protože všechny mikroorganismy jsou zasažené bez výjimky. Není tak možné, abychom vytvořili bakteriální odolnost, jak je občas stává u jiných antibakteriálních materiálů.“
Volba na oxid titaničitý padla v návaznosti na předchozí výzkum antibakteriálních povlaků pro nemocnice. Tým nyní zkoumá metodu, kterak látku „nadopovat“: vyladěním receptury na zvýšení citlivosti na viditelnou část světleného spektra.
„Antimikrobiální povlaky na Zemi často využívají stříbro, ale my se zde bez něj chceme obejít,“ dodává Malgorzata Holynska. „Problém je, že v uzavřeném prostředí kosmické lodi může mít dlouhodobé vystavení působení stříbra negativní vliv na zdravotní stav astronautů. Nechceme například, aby se v palubních zásobách vody hromadily těžké kovy. To může vést k podráždění pokožky či očí, při velmi vysokých dávkách pak dokonce ke změnám barvy kůže.“
Jednou z výhod oxidu titaničitého je jeho zjevná dlouhodobá stabilita, vysvětluje Fabio Di Fonzo z IIT: „Budeme ale provádět umělé stárnutí povlaků, abychom viděli, kterak se vyvíjejí v čase. A součástí výstupů projektu bude zjištění, jaké jsou produkty fotodegradace, které se vracejí do atmosféry kosmické lodi, jakmile dojde k oxidaci bakterií. Samozřejmě nikdo nechce v konečné fázi produkty, které jsou toxičtější než vlastní mikrobi.“
Testování v IIT dosáhlo úspěchu s povlakem oxidu titaničitého na různých površích: sklen, silikonu, hliníkové fólii nebo na papíru. Povlak byl nanášený různými metodami: od nanášení par a nanášení vrstvy atomů až po vystavení plynným chemikáliím, což jsou techniky tradičně používané při výrobě polovodičových součástek.
„Snažíme se vytvořit antimikrobiální vrstvu tak tenkou, jak je to jen možné. To proto, abychom příliš neměnili mechanické vlastnosti podkladového materiálu, nebránili tkaninám v ohýbání a podobně,“ vysvětluje Mirko Prato. „Cílíme na tloušťku povlaku 50 až 100 nanometrů, tedy milióntin milimetru.“
Projekt PATINA s názvem „Optimalizace fotokatalytických antibakteriálních povlaků“ byl navržen prostřednictvím platformy ESA Open Space Innovation Platform, jejímž prostřednictvím může kdokoliv přinést nové nápady pro využití v kosmonautice. Projekt zahrnuje studium i dalších antimikrobiálních povrchových úprav, včetně superhydrofobních materiálů, které odpuzují veškerou vlhkost, elektrostatické reakce a materiálů uvolňující biocid.
Tento nový antimikrobiální přístup doplňuje stávající evropský výzkum, který měl podobu francouzského experimentu vně stanice MATISS a německého experiment Touching Surfaces zkoumajícího růst bakterií uvnitř ISS.
Další informace jsou k dispozici na portálu Evropské kosmické agentury (ESA).
