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Forschen im Weltall

Beyond Science

Während ihrer Mission sind Astronauten auf sich allein gestellt. Sie müssen alles können – und bei ihrer Forschungsarbeit einheitliche Arbeitsschritte einhalten. Das gilt vor allem fürs Pipettieren.

Sie montieren, aktivieren und testen Stationskomponenten, führen wissenschaftliche Experimente durch und fungieren sogar als Versuchspersonen für lebenswissenschaftliche Versuche. An Bord der Internationalen Raumstation (ISS) nehmen die Astronauten an Langzeitmissionen teil, bei denen sie Experimente durchführen und die Systeme der Station bedienen. Dabei muss jedes Teammitglied jederzeit in der Lage sein, die wissenschaftlichen Aufgaben des anderen zu übernehmen.

Alle Teammitglieder auf genau die gleiche Art und Weise aus- und weiterzubilden, ist auch eine sehr gute Idee für alle Labors auf dem Planeten Erde, da dies die Flexibilität des Teams verbessert und gleichzeitig die Qualität der Ergebnisse sichert.

Gerade bei der Arbeit im Labor ist es deshalb entscheidend, dass alle exakt die gleiche Vorgehensweise trainieren. Dies ist besonders im Umgang mit Flüssigkeiten wichtig, da unterschiedliche Pipettiertechniken und Pipettiergewohnheiten die Reihe der Ergebnisse stark beeinflussen könnten. Auch sind herkömmliche Waagen in der Schwerelosigkeit nutzlos, und so müssen sich die Astronauten auf volumetrische Daten verlassen, anstatt Massen abzuwiegen. Zudem lernen sie, wie sie die richtige Pipette für den Umgang mit schwierigen Flüssigkeiten auswählen oder Wartungsarbeiten selbstständig durchführen.
Eine der häufig wiederkehrenden Aktivitäten in der wissenschaftlichen Arbeit ist das Pipettieren. Wer es gewohnt ist, in einem terrestrischen Labor zu arbeiten, wird sich vielleicht fragen, ob es überhaupt möglich ist, mit Luftpolsterpipetten unter Schwerelosigkeit zu arbeiten. Die überraschende Antwort: Die Unterschiede sind gar nicht so gravierend! In Abwesenheit der Schwerkraft oder im freien Fall reagieren Flüssigkeiten direkt auf jede auf sie einwirkende Kraft, ohne von der Schwerkraft beeinflusst zu werden. Daher sind nur zwei Faktoren entscheidend: die Atmosphäre in der Raumstation und die Oberflächenspannung der zu pipettierenden Flüssigkeit.
Draußen, im Vakuum des Weltraums, wäre das Pipettieren mit Luftpolsterpipetten nicht möglich, da die Pipetten einen Unterdruck erzeugen müssen, um die Flüssigkeit anzusaugen, indem sie Luft innerhalb der Pipettenspitze bewegen. Da der atmosphärische Druck an Bord der ISS derselbe ist wie auf Meereshöhe auf der Erde (101,3 kPa; 1,0 atm), ist dies kein Problem. Die Oberflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der Innenwand der Pipettenspitze hält die Flüssigkeit zusammen und in der Pipette. Daher ist der Mechanismus des Ansaugens im Grunde derselbe wie auf der Erde. Während dort die Schwerkraft bei der Abgabe der Flüssigkeit in das vorgesehene Fläschchen hilft, müssen Astronauten sehr vorsichtig arbeiten und die Flüssigkeit immer gegen eine Wand abgeben, um die Oberflächenspannung zwischen dem Zielfläschchen und der Flüssigkeit aufzubauen. Die Regel, die Pipettenspitze beim Abgeben gegen die Wand des Fläschchens zu schieben, ist natürlich auch auf der Erde relevant.

Obwohl es nicht so wichtig ist wie im Weltraum, ist die Abgabe von Flüssigkeit gegen die Wand des Zielgefäßes auch auf der Erde weniger fehleranfällig.

Das umgekehrte Pipettieren wird im Prinzip beim Arbeiten mit Luftpolsterpipetten im Weltraum eingesetzt – genau wie auf der Erde für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität oder Lösungsmitteln mit hohem Dampfdruck sowie für starke Detergenzien. Das bedeutet, dass der Pipettierknopf beim Ansaugen der Flüssigkeit bis zum zweiten Anschlag und beim Dispensieren nur bis zum ersten Anschlag gedrückt wird, sodass nach dem Dispensieren des richtigen Volumens Restflüssigkeit in der Spitze verbleibt. Es gibt natürlich auch andere Techniken, die nur auf der Erde sinnvoll sind, etwa das Vornässen eines Luftpolsters beim Arbeiten mit hochflüchtigen Flüssigkeiten, um ein Nachtropfen zu verhindern.
Um unabhängig von der Pipettiertechnik bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, sollte auch darauf geachtet werden, das Luftpolster zwischen Kolben und Flüssigkeit so klein wie möglich zu halten. Bei einigen Experimenten, insbesondere beim Arbeiten mit nichtwässrigen Flüssigkeiten, ist eine Verdrängerpipette die bessere Wahl. Das liegt daran, dass die Verwendung dieser Pipettenart zu einem besseren Pipettierergebnis hinsichtlich Genauigkeit und Präzision führt als Luftpolsterpipetten.

Forschende Astronauten überlegen immer genau, welche Pipettiertechnik sie für ein Experiment verwenden – und sie stellen sicher, dass sie von allen Personen immer in gleicher Weise angewendet wird.

Innerhalb der ISS schwebt alles, was nicht befestigt ist, umher, und selbst der kleinste Impuls kann ihre Richtung beeinflussen. So würden beispielsweise die Pipettenspitzen aus einer in irdischen Laboratorien üblichen Schachtel in die Luft gelangen und durch das Labor schweben. Und noch gefährlicher: gebrauchte Pipettenspitzen könnten sich nach ihrem Abwurf in gefährliche kontaminierte Geschosse verwandeln. Präzision und Obacht lautet das Gebot – im Weltall sowie im Labor auf der Erde.