Την Πέμπτη 27 Οκτωβρίου 2022 ολοκληρώθηκε με επιτυχία το πείραμα Low–g emulsions της ομάδας Δυναμικής Πολυφασικών Συστημάτων του Tμήματος Χημείας του ΑΠΘ που έγινε σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας και αφορούσε τη μελέτη φαινομένων που καθορίζουν τη σταθερότητα γαλακτωμάτων.  Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια Καμπάνιας Παραβολικών Πτήσεων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος και ήταν αμιγώς ελληνικό, τόσο στον σχεδιασμό και κατασκευή της πειραματικής διάταξης όσο και στην επιστημονική ομάδα που χειρίστηκε την διάταξη εντός και εκτός του σκάφους κατά την διάρκεια των πτήσεων. Πρέπει να τονισθεί ότι το συγκεκριμένο πείραμα της ελληνικής ομάδας εντάσσεται στα πλαίσια ενός πολύ μεγάλου ερευνητικού προγράμματος μελέτης γαλακτωμάτων (SMD-PASTA) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, που βρίσκεται εδώ και μήνες σε εξέλιξη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό σε τροχιά γύρω από τη γη με συμμετοχή ομάδων από Πανεπιστήμια και Ερευνητικά Ιδρύματα από τις ΗΠΑ, τη Γερμανία, τη Γαλλία, την Ιταλία και την Ιαπωνία.

Η ομάδα του ΑΠΘ με επικεφαλής τον καθηγητή του τμήματος Χημείας ΑΠΘ κ. Θοδωρή Καραπάντσιο θεωρείται από τις πιο έμπειρες στην Ευρώπη αφού έχει πετάξει συνολικά σε εννιά αποστολές παραβολικών πτήσεων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος με συνολικό χρόνο παραμονής σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας πάνω από 5 ώρες. Σε αυτή την Καμπάνια Παραβολικών Πτήσεων, η ιπτάμενη ομάδα του ΑΠΘ εκτός του κ Καραπάντσιου αποτελείτο από το χειριστές πτήσης Δρ. Σωτήρη Ευγενίδη (Χημικό) και Αγγελική Χονδρού (υποψήφια διδακτόρισσα ΑΠΘ), και από την ομάδα υποστήριξης εδάφους κ. Μαργαρίτη Κώστογλου (καθηγητή του τμήματος Χημείας ΑΠΘ), και τον κ. Τριαντάφυλλο Τσιλιπήρα (Τεχνικό ΑΠΘ ).

Παραβολικές πτήσεις

Οι Παραβολικές Πτήσεις είναι ένα αναγνωρισμένο πολύτιμο επιστημονικό εργαλείο για την εκτέλεση πειραμάτων σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας, όπως αυτές του διαστήματος, αλλά εντός της γήινης ατμόσφαιρας. Κάθε χρόνο διοργανώνονται από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) δύο καμπάνιες Παραβολικών Πτήσεων πάνω από τον Ατλαντικό ωκεανό με αφετηρία το Μπορντό της Γαλλίας.  Σε κάθε καμπάνια συμμετέχουν περίπου 10 Επιστημονικές Ομάδες και κάθε καμπάνια αποτελείται από επτά ημέρες τελικών δοκιμών των πειραμάτων και στη συνέχεια τρεις ημέρες πτήσεων. Οι συνθήκες μηδενικής βαρύτητας επιτυγχάνονται μέσα σε ένα ειδικά διαμορφωμένο αεροπλάνο (Airbus A310) το οποίο κάθε μέρα πτήσεων εκτελεί 31 αλλεπάλληλες απότομες ανόδους και καθόδους ακολουθώντας πτητική τροχιά σε σχήμα παραβολής. Οι ομάδες που συμμετέχουν επιλέγονται από την ESA έπειτα από αξιολόγηση που βασίζεται σε αυστηρά επιστημονικά κριτήρια, ενώ οι τεχνικές προδιαγραφές και η ασφαλής λειτουργία κάθε πειράματος ελέγχονται από εξειδικευμένο προσωπικό που επισκέπτεται τις ομάδες στα εργαστήρια τους καθόλη τη διάρκεια της προετοιμασίας τους.

Στόχος κάθε πειράματος που μετέχει σε παραβολικές πτήσεις είναι να εκμεταλλευτεί τα 25 δευτερόλεπτα μηδενικής βαρύτητας σε κάθε μια από τις 93 παραβολές που εκτελούνται συνολικά στις 3 ημέρες πτήσεις, έτσι ώστε να μελετήσει το φυσικό φαινόμενο που την ενδιαφέρει. Η προηγούμενη συμμετοχή της ομάδας του ΑΠΘ σε αποστολή παραβολικής πτήσης έλαβε χώρα τον Μάιο του 2017 ενώ η επόμενη στην οποία θα συμμετέχει είναι προγραμματισμένη για τον Οκτώβριο του 2023.

Γαλακτώματα και εφαρμογές τους

Τα πειράματα στην πειραματική διάταξη του ΑΠΘ (Σχήμα 2) αφορούσαν στη μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς των σταγόνων οργανικού υγρού (ελαιώδης φάση) εντός συνεχούς υδατικής φάσης. Ως γαλάκτωμα ορίζεται η διασπορά σταγονιδίων ενός υγρού εντός άλλου υγρού, με τα δύο υγρά να μην αναμιγνύονται μεταξύ τους.

Τα γαλακτώματα είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση αλλά επίσης χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εφαρμογές. Συναντώνται σε εντομοκτόνα και ζιζανιοκτόνα, απορρυπαντικά, λιπαντικά, χρώματα και βερνίκια. Επίσης, βρίσκουν εφαρμογές σε τρόφιμα και καλλυντικά ενώ αποτελούν κατάλληλους φορείς για την ελεγχόμενη μεταφορά δραστικών ουσιών (φάρμακα και φυτοφάρμακα). Τέλος, τα τελευταία χρόνια τα γαλακτώματα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάκτηση πετρελαίου από πετρώματα.

Στόχος πειραμάτων ομάδας του ΑΠΘ

Σε συνθήκες γήινης βαρύτητας, λόγω της διαφοράς πυκνότητας των δύο υγρών των γαλακτωμάτων, η άνωση οδηγεί στο γρήγορο διαχωρισμό σε δυο διακριτά στρώματα, ένα ελαίου και ένα νερού, με αποτέλεσμα να καθίσταται αδύνατη η μελέτη της κίνησης και της αλληλεπίδρασης των σταγόνων. Αντίθετα, σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας οι βαρυτικές επιδράσεις εξαλείφονται. Αυτό επιτρέπει τη μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς των σταγόνων και των αλληλεπιδράσεων τους (συνένωση και συσσωμάτωση σταγόνων), κάτι το οποίο συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών αποσταθεροποίησης των γαλακτωμάτων και θα οδηγήσει σε νέα δεδομένα που θα βελτιώσουν την ποιότητα βιομηχανικών προϊόντων σε μορφή γαλακτώματος.

Στα πειράματα του ΑΠΘ μεταβάλλεται κάθε φορά μια από τις τρεις παραμέτρους: 1) συγκέντρωση γαλακτωματοποιητή (τασενεργή ουσία), 2) αναλογία ελαιώδους-υδατικής φάσης και 3) συχνότητα και διάρκεια μετακίνησης του εμβόλου που προκαλεί την γαλακτωματοποίηση. Όλα τα παραπάνω επιδρούν στην κατανομή μεγέθους των σταγόνων ελαίου των παραχθέντων γαλακτωμάτων και κατά συνέπεια στη σταθερότητα τους. 

Στα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν τρείς διαγνωστικές τεχνικές: μία κάμερα λήψης βίντεο υψηλής ταχύτητας με ικανότητα να καταγράφει σε χιλιοστά του δευτερολέπτου τα περιστατικά συγκρούσεων γειτονικών σταγόνων, μια φωτογραφική κάμερα υψηλής ανάλυσης με ικανότητα αυτοματοποιημένης λήψης εικόνων σε προδιαγεγραμμένα χρονικά διαστήματα, διάταξη φασματοσκοπίας ηλεκτρικής εμπέδησης για την παρακολούθηση της εξέλιξης στο χρόνο του ογκομετρικού κλάσματος της διασπαρμένης φάσης (σταγόνες ελαιώδους φάσης).

Σπουδαιότητα του πειράματος

Η σπουδαιότητα του πειράματος της ομάδας του ΑΠΘ βρίσκεται καταρχήν στην αυτήν καθ’ αυτήν επιστημονική σημασία των αποτελεσμάτων που συλλέχθηκαν σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας. Συγκεκριμένα, τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν τους μηχανισμούς με τους οποίους μπορούν να παρασκευαστούν γαλακτώματα ιδιαίτερης σταθερότητας ακόμη και με χρήση μικρής ποσότητας χημικών ουσιών (τασενεργών) αρκεί να επιλεγούν οι κατάλληλες συνθήκες γαλακτωματοποίησης. 

Όμως η ελληνική αποστολή με τη συμμετοχή της σε ένα ερευνητικό πρόγραμμα αιχμής, μεταφέρει παράλληλα ένα ισχυρό μήνυμα στην επιστημονική (και όχι μόνο) κοινότητα εντός και εκτός συνόρων: Ότι η Ελλάδα έχει το κατάλληλο εξειδικευμένο επιστημονικό δυναμικό να εκτελέσει απαιτητικά πειράματα και να παράγει υψηλής ποιότητας επιστημονικό έργο. Παράλληλα όμως δίνεται και στους νέους μας το μήνυμα, ότι η Ελλάδα δεν έχει απωλέσει τη δυνατότητα να αποτελεί χώρο ευκαιριών και αυτό έχει ισχυρό συμβολισμό ως μέσο ανάσχεσης στο κύμα αποστράγγισης εγκεφάλων που βιώνει η πατρίδα μας τα τελευταία χρόνια.

Επισυνάπτονται φωτογραφίες.

Σχήμα 1. Η Ομάδα Πολυφασικής Δυναμικής του Τμήματος Χημείας ΑΠΘ στο πείραμα Low-g emulsions στα πλαίσια Καμπάνιας Παραβολικών Πτήσεων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. Από τα δεξιά: καθηγητής Θοδωρής Καραπάντσιος, τεχνικός Τριαντάφυλλος Τσιλιπήρας, Δρ. Σωτήρης Ευγενίδης, καθηγητήςΜαργαρίτης Κώστογλου, υποψήφια διδακτόρισσα Αγγελική Χονδρού.

Σχήμα 2. Πτητική ομάδα ΑΠΘ ανάμεσα σε διαδοχικές παραβολές

Σχήμα 3. Πειραματική διάταξη ομάδας ΑΠΘ για τη μελέτη σταθερότητας γαλακτωμάτων

Σχήμα 4. Η ομάδα του ΑΠΘ εκτελεί πείραμα σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας κατά τη διάρκεια μιας παραβολής