КРИСТАЛЛ

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ предназначена для получения высокосовершенных кристаллов белков способом температурного управления процессом кристаллизации. Постановщиком шести планируемых КЭ является Научно-исследовательский центр «Космического материаловедения» - филиал Института кристаллографии РАН (г. Калуга). Эта научная аппаратура реализует способ температурного управления процессами кристаллизации белка. Управление температурой влияет на растворимость белка и скорость роста кристаллов, оставляя другие параметры кристаллизации (концентрацию белка и осадителя, объём) неизменными. При этом с помощью локального понижения температуры в объеме раствора белка можно регулировать количество зародышей и скорость роста кристаллов, и тем самым сделать процесс кристаллизации белков управляемым и воспроизводимым. В земных условиях этот метод обеспечивает приближение к диффузионному массопереносу, а в условиях невесомости – чисто диффузионный механизм массопереноса при исключении конвекций любого вида с прецизионной ±(0,1–0,2)°C локальной стабилизацией температуры и управлением ею в ходе процесса кристаллизации, что создаёт условия самоорганизации молекул белка при встраивании их в кристаллическую решетку и позволяет реализовать высокое совершенство выращиваемых кристаллов. При этом в невесомости появляется возможность оптимизировать массоперенос, обусловленный возникновением концентрационной неоднородности вокруг растущего кристалла. Отсутствие конвекции в процессе кристаллизации позволяет также минимизировать влияние вибраций на процессы кристаллизации.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ выполнена в виде моноблока, состоящего из трех функциональных блоков:

  • герметичной теплоизолированной камеры;
  • кассеты с капиллярами белковых растворов;
  • устройства управления.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ обеспечивает заданную температуру всего раствора капилляра и в локальной точке в диапазоне (4 ¸ 40)о С, при этом точность поддержания заданного значения температуры составляет  ±0,1оС. Научная аппаратура обеспечивает регулируемый нагрев и охлаждение с необходимой в данных экспериментах скоростью, в диапазоне (1¸1,5)о С/мин. Продолжительность непрерывной работы установки при проведении одного эксперимента не превышает 1000 часов. Эксперименты проводятся полностью в автоматическом режиме. Запуск научной аппаратуры производится путем передачи управляющих команд из бортового компьютера или по командам с Земли, предусмотрена возможность накопления и передачи информации по телеметрии на Землю.

Для проведения шести космических экспериментов программы «Кристалл» в качестве объекта исследований выбраны кристаллы белка лизоцима – фермента, разлагающего бактериальные стенки, реализующего таким образом иммунные функции живых организмов. Этот белок часто используется в качестве модельного материала для изучения процессов выращивания кристаллов белков, поскольку условия его кристаллизации хорошо изучены в наземных лабораториях.

Таким образом, в полёте КА «Фотон-М» №4 будут проведены эксперименты по получению в космосе кристаллов белков высокого структурного совершенства методами жидкостной диффузии, диффузии из газовой среды и новым для получения белков в космосе методом «направленной кристаллизации». Полученные в космосе кристаллы белков предполагается использовать для фундаментальных исследований, которые могут стать основой будущей разработки лекарственных препаратов методом так называемого «драг-дизайна», а также найти применение в интенсивно развивающейся биоэлектронике и молекулярной медицине.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ обеспечивает заданную температуру всего раствора капилляра и в локальной точке в диапазоне (4 ¸ 40)о С, при этом точность поддержания заданного значения температуры составляет  ±0,1оС. Научная аппаратура обеспечивает регулируемый нагрев и охлаждение с необходимой в данных экспериментах скоростью, в диапазоне (1¸1,5)о С/мин. Продолжительность непрерывной работы установки при проведении одного эксперимента не превышает 1000 часов. Эксперименты проводятся полностью в автоматическом режиме. Запуск научной аппаратуры производится путем передачи управляющих команд из бортового компьютера или по командам с Земли, предусмотрена возможность накопления и передачи информации по телеметрии на Землю.

Для проведения шести космических экспериментов программы «Кристалл» в качестве объекта исследований выбраны кристаллы белка лизоцима – фермента, разлагающего бактериальные стенки, реализующего таким образом иммунные функции живых организмов. Этот белок часто используется в качестве модельного материала для изучения процессов выращивания кристаллов белков, поскольку условия его кристаллизации хорошо изучены в наземных лабораториях.

Таким образом, в полёте КА «Фотон-М» №4 будут проведены эксперименты по получению в космосе кристаллов белков высокого структурного совершенства методами жидкостной диффузии, диффузии из газовой среды и новым для получения белков в космосе методом «направленной кристаллизации». Полученные в космосе кристаллы белков предполагается использовать для фундаментальных исследований, которые могут стать основой будущей разработки лекарственных препаратов методом так называемого «драг-дизайна», а также найти применение в интенсивно развивающейся биоэлектронике и молекулярной медицине.

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это данные наблюдаемых процессов кристаллизации белков, а также информация о характеристиках процессов в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

Характеристики
Наименование
(условие измерения)
Значение/количество Единица измерения Дата
Производитель
ФГУП СКБ ИРЭ РАН
Масса
5.5 кг
Габариты
250х180х120 мм
Электропотребление
(в зависимости от режима работы)
15/40/15 Вт
Разработчик
ФГУП СКБ ИРЭ РАН