МОНИТОРИНГ ВИДОВОГО СОСТАВА И ЧИСЛЕННОСТИ

Комплексные исследования Биофака МГУ
им. М.В.Ломоносова в рамках Федеральной космической
программы (пилотируемая космонавтика)
Т.А.Алехова1, А.В. Александрова1, Л.М.Захарчук1, Т.Ю. Новожилова1, Н.Ю.Татаринова1,
Н.А.Загустина2, К.Г.Скрябин1,3, Н.В.Равин1,3, А.Б.Марданов3, А.Л.Васильев4, С.Н.Чвалун4,
В.Я.Шкловер5, Е.Н.Храмов6, Д.Л.Поклонский6, О.Б.Пудова6 , А.Д.Плотников7, С.Ю.Романов7
1Московский
государственный университет им. М.В.Ломоносова,
2Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН,
3Центр «Биоинженерия» РАН
4НИЦ «Курчатовский институт»
5ООО «Системы для\ микроскопии и анализа» (Сколково)
6Государственный НИИ Биологического приборостроения,
7РКК «Энергия» им. С.П.Королева.
8ФГУП ЦНИИмаш
9ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А.Гагарина»
КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТЫ)
(КОСМИЧЕСКИЕ
Шифр «Биодеградация»
«Начальные .этапы биодеградации и биоповреждений в условиях
космоса» С использованием укладки «Биопробы» на PC МКС»
Шифр «Биополимер»
«Создание новых полимерных материалов, стойких к биокоррозии в
условиях длительного космического полета»
Шифр «Токсичность»
«Создание системы экспрессного мониторинга токсичности воды,
воздуха и конденсата в условиях космического полета»
Шифр «Потенциал»
«Установление в реальном масштабе времени аэродисперсного
статуса, включая дисперсную фазу биологического происхождения,
обитаемых отсеков Международной космической станции»
КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
(НИОКР)
Разработка методов оценки биокоррозионных поражений
конструкционных материалов.
Прогнозирование биоповреждений конструкционных материалов с
учетом условий их эксплуатации на PC МКС.
Расчет ресурса эксплуатации элементов конструкции корпуса PC МКС
с учетом фактора биокоррозии.
Разработка рекомендаций по аттестации алюминиевых сплавов на
стойкость к биокоррозионным повреждениям
Определение дополнительных воздействий на СОЖ биологически
активных веществ.
Разработка технологии биофильтров для дополнительной очистки
воздуха и конденсата в системе СОЖ.
КЭ «Биодеградация»
Начальные этапы биодеградации и
биоповреждений в условиях космоса
с использованием укладки «Биопробы»
на PC МКС
Цель: Исследование динамики
образования биопленки на
поверхностях различных материалов в
условиях микрогравитации,
качественного и количественного
состава микроорганизмов их
формирующих. Изучение характера
начальных повреждений.
Места отбора проб для анализа состава микроорганизмов на конструкционных материалах
на РС МКС в период с 2002 по 2015.
15
Гермокорпус констр. части РО рядом с шпангоутом 8 за
панелью 428 (холодная вентилируемая зона)
16
СО1 Гермокорпус в зоне пассивного стыковочного агрегата за
панелью 201 (слабо вентилируемая зона)
17
СО1 Гермокорпус в зоне пассивного стыковочного агрегата за
панелью 401 (слабо вентилируемая зона)
18
СМ (14) Гермокорпус за пан. 135 (зона установки беговой
дорожки, где отмечалось появление белого налета на
гермокорпусе и элементах конструкции)
19
СО 1. Окантовка ВЛ-1 (холодная вентилируемая зона)
20
СО 1. Окантовка илл. ВЛ-2 (холодная вентилируемая зона)
21
ВЛ 1 окантовка люка
ПХО в районе стпк. Узла 3 пл (зона смешивания потоковвоздуха
из СО1 и ФГБ)
22
СМ Гермокорпус за пан. 249 (влажная застойная зона в районе
установки гидроагрегатов системы терморегулирования)
9
СКВ – 1 Гермокорпус за пан. 204 (влажная застойная зона)
23
СМ Гермокорпус за пан. 134 (зона установки беговой дорожки)
10
Окантовка люка РО ПХО (зона частого контакта с экипажем)
24
СКВ 2. Гермокорпус за пан. 404 (Система кондиционирования
воздуха, влажная застойная зона)
11
Раструб вент. ВВПрК за пан. 129 (вентилируемая зона)
25
12
Гермокорпус в тамбуре АСУ под пан. 138 (слабо вентилируемая
зона)
СМ Гермокорпус за пан. 248 (влажная застойная зона в районе
установки гидроагрегатов системы терморегулирования)
26
КПУ
13
Гермокорпус или БКС за пан. 437 (свободная от аппаратуры
вентилируемая зона)
27
ПУРВ-К
28
СКВ-2 Гермокорпус
29
СМ Гермокорпус за пан. 135
1
БКС за панелью 221 (слабо вентилируемая зона)
2
БКС за панелью 321 (слабо вентилируемая зона)
3
БКС за панелью 421 (слабо вентилируемая зона)
4
СРВК за панелью 434 (влажная, слабо вентилируемая зона)
5
Гермокорпус или БКС за пан. 461 (влажная, слабо
вентилируемая зона рядом с ассенизационно-санитарным
устройством (АСУ))
6
Блок "Электрон ВМ" пан. 429 (влажная, вентилируемая зона)
7
Иллюминатор 26 Прк 1 пл (хорошо вентилируемая зона)
8
14
Элементы конструкции (профили, уголки) за пан. 247 (влажная,
слабо вентилируемая зона)
(холодная вентилируемая зона)
Aspergillius ustus
Архитектура спор технофильных грибов
Ulocladium botrytis
Penicillium chrysogenum
A-glaucus
Разработка методов оценки
биокоррозионных и
биодеструкционных поражений
конструкционных материалов
различными видами технофильных
микроорганизмов.
(НИОКР)
Обрастание «оранжевого нетканного полотна»
микроорганизмами
Структура волокон не повреждается
Деструкция «тонкого белого полотна» под действием
микроорганизмов
Волокна разрыхляются, истончаются и рвутся
Внешний вид образцов сплава АМГ6 после проведения модельных
биокоррозонных испытаний различными микроорганизмами из коллекции
с РС МКС на разных сроках.
Поражения конструкционного
материала АМг6 различными
видами микроорганизмов
(4 слайда)
Внешний вид колонии Aspergillus niger
Конидии Aspergillus niger
Aspergillus niger
Aspergillus niger
Внешний вид колонии Aspergillus versicolor
Конидии Aspergillus versicolor
Аspergillus versicolor
Аspergillus versicolor
Внешний вид колонии Cladosporium herbarum
Cladosporium herbarum
Внешний вид колонии Aspergilus flavus
Конидии Aspergilus flavus
Aspergilus flavus
Aspergilus flavus
Биокоррозия АМг6 (альбом)
Поверхность после
механической обработки
Микроорганизмы с
ОС «Мир»
РС МКС
Химически полированная
поверхность
Микроорганизмы с
ОС «Мир»
РС МКС
Анодированная поверхность
Микроорганизмы с
ОС «Мир»
РС МКС
Макет укладки для идентификации, купирования и мониторинга
микробных заражений
Разработка иммунохроматографических тестов для
выявления спор бактерий, грибов и дрожжей,
выделенных с РС МКС
Результаты анализа иммунохроматографических тестов при
выявлении микромицетов рода Aspergillus
КЭ «Биополимер»
«Создание новых полимерных
материалов, стойких к биокоррозии в
условиях длительного космического
полета»
Цель: Создание биологически
активных, нетоксичных для человека
полимерных материалов, стойких к
воздействию микроорганизмов, для
защиты от микробиологической
коррозии.
Влияние пленочных пероксосольватов на рост
микроорганизмов, выделенных с РС МКС.
Исходные материалы для комплектации КЭ «Биополимер»
Образцы АМг6
Penicillium chrysogenum
Контрольный
образец
Образец с
биокоррозией
Споры
Пленочный
фунгицид
Контейнер «Биополимер»
Контейнер «Биополимер» на РС МКС
Определение дополнительных
воздействий на СОЖ биологически
активных веществ. (НИОКР)
Экониши гермозамкнутых объемов РС МКС
– источники естественных консорциумов
микроорганизмов деструкторов (1)
Пылесборник от пылесоса
Экониши гермозамкнутых объемов РС МКС
– источники естественных консорциумов
микроорганизмов деструкторов (2)
Фрагмент кассеты пылефильтра
Экониши гермозамкнутых объемов РС МКС –
источники естественных консорциумов
микроорганизмов деструкторов (3)
Образец слизистого тяжа из СРВК в КАВ
Анализ консорциумов,
выделенных с РС МКС
12
10
8
Lg N 6
4
2
0
Lg N/см2
Lg N/g
A
B
C
D
E
Образцы: А-фрагмент ПФ; В-фрагмент
пылесборника; С-слизевой тяж; D-оболочка
ПФ; Е-пыль из пылесборника
Общее содержание бактерий на поверхности
образцов по данным эпифлуоресцентной
микроскопии
Спектры утилизации органических
субстратов консорциумами
Активность
Активность
2000
1500
1000
500
аспартат
800
цитрат
600
сукцинат
400
малеинат
200
пропионат
0
Е
А
В
С
рамноза
галактоза
1000
манноза
500
фруктоза
Е
Не утилизируется глюкоза
А
В
пуллулан
твин80
Е
А
В
С
С Образец
Образец
полисахариды, ПАВ
Актив ность
2000
1500
крахмал
Не утилизируется декстран
органические кислоты
0
0
октаноацетат
Образец
Активность
1000
ацетат
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Е
А
Не утилизируются: аспарагин,
фенилаланин,аргинин, лизин, тимидин
В
С
Образец
глицин
пролин
норлейцин
цистеин
гистидин
норвалин
треонин
аланин
валин
серин
глутамин
гексозы
различные группы
А - фрагмент ПФ; В – фрагмент пылесборника,
С – слизевой тяж из трубопровода; Е – пыль из
пылесборника
Разработка технологии биофильтров
для дополнительной очистки
воздуха и конденсата в системе СОЖ
пилотируемых космических
комплексов. (СЧ НИР «Магистраль»)
Предлагаемая структурная схема очистки воды в
системе регенерации воды из конденсата
Ожидаемые результаты внедрения
биофильтра в систему СРВК.
-
Продление ресурса БОК СРВК;
Снижение органических соединений в КАВ;
Снижение микробиологической обсемененности КАВ;
Улучшение качества питьевой воды (из КАВ) по
органолептике;
Общий вид основной части макета
БИОФИЛЬТРА ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРЫ ОТ ВМП
Объем воздушной зоны под крышкой 600 мл
На фотографии видны:
• патрубки подачи и отбора воздуха
• муфта соединения оси вала с электроприводом
Космический эксперимент «Токсичность»
Космический эксперимент «Токсичность»
Расчет ресурса эксплуатации
элементов конструкции корпуса PC
МКС с учетом фактора биокоррозии
Анализ глубины поражения по химическому составу
Контроль глубины поражения ( 43 микрона )
3D реконструкция коррозионных
каверн в модельных экспериментах
3D реконструкция
коррозионных каверн
3D реконструкция поверхности методом РЭМ
Образец AМг6 после биокоррозионного воздействия,
подготовленный для создания реплики
Полимерная реплика поврежденной
поверхности
Образец
Реплика
Измерение повреждений с помощью реплики
(3D реконструкция)
Биокоррозионная обработка образцов АМг6 для
механических испытаний.
Рентгеновская 3D-микротомография
67,4 мкм
30,6 мкм
36,8 мкм
30,6 мкм
36,8 мкм
Реконструкция поврежденной поверхности образца AMг6
Глубина изменяется от 79,6 до 9,3 мкм и в среднем
составляет 40,5 мкм.
Площадь пораженной поверхности 20,4012%.
Объем пораженной области составляет 0,2209%
ПУБЛИКАЦИИ
Заявка №2015102340
от 26.01.2015
МПК:
G01N 17/00(2006.01)
CС12Q1/02(2006.01)
CС12Q 1/18 (2006.01)
CС12N 1/14 (2006.01)
Способ моделирования
процессов биокоррозионных
поражений тонкостенных
герметичных оболочек из
алюминиево-магниевых сплавов
при эксплуатации космических
аппаратов и имитационный состав
для его реализации (варианты)
По результатам работ опубликовано более 40 научных статей,
сделано более 15 докладов на Российских и международных
конференциях.