کلینواستت (clinostat) چیست؟
(قسمت دوم)
انواع و کاربردها
سرعت چرخش در نوع متداول دستگاه كلینواستت آهسته بوده و به آن «كلینواستت چرخش آهسته» میگویند؛ این عملکرد برای جلوگیری از اثرات نیروی جانب مرکز است. سرعت مناسب چرخش بحثبرانگیز است چراکه اگر دستگاه بیش از حد آهسته بگردد، جاندار برای پاسخ فیزیولوژیک به جاذبه فرصت خواهد داشت؛ و در صورتی که دستگاه خیلی سریع بچرخد، نیروهای جانب مرکز و کشش مکانیکی مصنوعی وارد عمل میشوند. سرعت چرخش بهینه از طریق مقایسه ی پاسخهای واقعی موجودات زنده به بیوزنی در فضا به دست میآید که این زمان چیزی در حدود 0/3 تا 3 دور بر دقیقه برای اکثر موجودات زنده است. نمونه ی ساده و یکبعدی دستگاه كلینواستت مجهز به اتاقک میدان مغناطیسی در شکل زیر نمایش داده شده است؛ این دستگاه اولین بار برای آزمایشهای شاتل STS-107 به كار گرفته شد.
در نمونه ی دیگری از دستگاه كلینواستت یکبعدی (شکل 1) چرخش به كمك تسمه صورت میگیرد و در این مدل امكان چرخش همزمان چندین نمونه وجود دارد. این دستگاه قادر است نمونههای مختلفی را با سرعت چرخشی یک دور بر دقیقه حول محوری افقی یا عمودی (در صورتی که دستگاه مایل باشد) بگرداند.
اگر شتاب گرانش اجسام بیشتر از مقدار شتاب آن بر روی زمین باشد، به شبیهسازی نیروی جانب مرکز نیاز است و در این شرایط دستگاه كلینواستت تبدیل به یک دستگاه سانتریفوژ میشود. مقدار این نیرو به سرعت زاویهای و شعاع دستگاه بستگی دارد. دستگاه كلینواستت «چرخش سریع» تنها برای نمونههای کوچک ـ مانند بافتهای سلولی که معمولاً در داخل محیط مایع هستند ـ مناسب است. سرعت چرخش نمونهها كه در داخل آمپولهایی با قطر چند میلیمتر قرار گرفتهاند حدود 30 تا 150 دور بر دقیقه است.
كلینواستت تکمحوری تنها برای تولید اثرات بیوزنی بر روی محور چرخش مناسب است. یک كلینواستت سهبعدی یا دومحوری که اصطلاحاً دستگاه موقعیتیابی تصادفی (RPM) نامیده میشود، میتواند کشش جاذبه را روی تمام محورها اعمال كند (شكل2). این دستگاه معمولاً متشكل از دو صفحه است که یکی در داخل دیگری جاسازی شده است و میتوانند مستقل از یكدیگر بچرخند.
نمونه ی كاملتر دستگاه كلینواستت كه برای شبیهسازی بیوزنی استفاده میشود دستگاه سقوط آزاد (FFM) نام دارد. در این دستگاه، نمونههای کوچک مانند مخلوطهای معلق سلولی، تحت جاذبه از ارتفاع حدود یک متری سقوط آزاد میکنند و این سقوط در کسری از ثانیه اتفاق میافتد. سپس با استفاده از نیرویی در حدود 20 برابر شتاب جاذبه طی مدت 20 میلیثانیه به بخش بالایی دستگاه منتقل میشوند، و دوباره برای سقوط آزاد رها میشوند و این عمل به دفعات تکرار میشود. قانون فیزیكی حاكم بر این دستگاه این است که بیشتر این زمان سقوط آزاد در شتاب صفر به وقوع میپیوندد. فرض میشود مدت زمانی که طی آن انتقال تحت نیروی بزرگتر از شتاب جاذبه رخ میدهد، آنقدر کوچک است که توسط مکانیسمهای فیزیولوژیک درک نمیشود و از اینرو، کل این زمان را میتوان سقوط آزاد فرض کرد.
شکل 3 كلینواستتی سهبعدی را نشان میدهد که در حقیقت نمونه ی کامل حذف اثر جاذبه است. در این نمونه ـ که حول یک سیستم تعلیق کارتزینی ساخته میشود ـ هر سه محور چرخش به طور مستقل و کامل بردار جاذبه ی تصادفی را ایجاد میکنند و قادرند بهترین شبیهسازی از بیوزنی را برای آزمایشهای زمینی فراهم کنند.
بخش دانش و زندگی تبیان
منبع: پژوهشگاه هوافضا