LOCAD - LOCAD

Идентификатор команды LOCAD-PTS

В Разработка приложений Lab-on-a-Chip (LOCAD) элемент представляет собой набор связанных лаборатория на кристалле проекты в НАСА. В рамках проектов разрабатываются интегрированные продукты «лаборатория на кристалле» в трех областях, связанных с исследование космического пространства: Экологический контроль и поддержка систем жизнеобеспечения (ECLSS), Медицинские системы и удаленное исследование. НАСА проводит мероприятия, связанные с этими проектами, как в НАСА. Центр космических полетов Маршалла и на борту Международная космическая станция (МКС).

Портативная испытательная система

LOCAD-PTS, в настоящее время находится на борту МКС.

В Разработка приложений Lab-On-a-Chip - Портативная тестовая система (LOCAD-PTS) - портативное устройство для микробный мониторинг на борту МКС.[1] Он произошел от портативной испытательной системы Endosafe-Portable (Endosafe-PTS), разработанной Лаборатории Чарльз-Ривер для использования в фармацевтической промышленности и здравоохранении.[2] В 2004–2005 гг. Charles River Laboratories объединились с Институт науки Карнеги и НАСА Центр космических полетов Маршалла, включая BAE Systems и Jacobs Technology, для модификации устройства Endosafe-PTS (и системы обработки проб) для космических полетов. Проект LOCAD-PTS в значительной степени финансировался Управлением миссий исследовательских систем НАСА (ESMD) в рамках Программы развития разведочных технологий (ETDP) и, в частности, под эгидой Advanced Environmental Monitoring and Control (AEMC).[3]

Картридж LOCAD-PTS.

Само устройство (или считыватель) весит 2,2 фунта и представляет собой комбинированный спектрофотометр, нагреватель и насос, работающие от нескольких сменных патроны для обнаружения различных микробных молекул. На борту МКС есть три различных картриджа LOCAD-PTS для обнаружения трех различных микробных молекул: эндотоксин, глюкан и липотейхоевая кислота. Эти три молекулы находятся в основном в грамотрицательные бактерии, грибы и грамположительные бактерии соответственно. Эндотоксин и глюкан обнаруживаются Limulus лизат амебоцитов (ЛАЛ) фермент каскад, полученный из подковообразный краб Лимулус полифем. Липотейхоевая кислота обнаруживается с помощью каскада ферментов про-фенолоксидазы (РРО), происходящего из Иона краб, Бореальный рак. Благодаря усилению небольшого сигнала эти ферментные каскады позволяют обнаруживать очень низкие количества исходного микробного материала. Астронавт может взять образец мазка с поверхности кабины, растворить его в воде, свободной от эндотоксинов, и количественно проанализировать его с помощью LOCAD-PTS в условиях микрогравитации, и все это менее чем за 15 минут. Традиционные методы, основанные на культуре, на борту МКС занимают несколько дней и часто требуют возвращения образцов на Землю для более глубокого анализа учеными на Земле.

Суни Уильямс анализирует образец поверхности с помощью LOCAD-PTS на борту МКС (31 марта 2007 г.)

LOCAD-PTS был запущен на МКС 9 декабря 2006 г. с борта Космический шатл Открытие СТС-116. После четырехмесячного периода хранения на борту МКС устройство впервые было использовано Экспедиция 14 /15 Бортинженер Суни Уильямс 31 марта 2007 г. для анализа поверхностей внутри Единство.[4] С этого времени LOCAD-PTS активно использовался экипажами Экспедиция 16 –Экспедиция 18 для мониторинга микробного материала на МКС. Команда LOCAD поддерживала каждую операцию LOCAD-PTS на борту МКС с консолей НАСА. Центр операций с полезной нагрузкой и интеграции (POIC) в Центре космических полетов им. Маршалла НАСА. LOCAD-PTS будет по-прежнему использоваться на борту МКС до октября 2009 года астронавтами 20-й экспедиции Майком Барраттом и Тимом Копра.

Первый этап работы МКС проходил в период с марта 2007 г. по февраль 2008 г. (экспедиции 14–16), когда картриджи LAL использовались для обнаружения эндотоксина на поверхностях внутри МКС.[5][6][7] Было обнаружено, что эндотоксин распространяется по всему МКС, несмотря на предыдущие указания на то, что большинство бактерий на поверхности МКС были грамположительными.[8] Эндотоксин был обнаружен на 50% всех участков поверхности и обычно обнаруживался на поверхностях в зонах упражнений, гигиены, сна и столовой. Эндотоксин был обнаружен на всех участках поверхности, где Колониеобразующие единицы (КОЕ) наблюдали с помощью методов контактного слайда на основе культуры. Картриджи LAL-Glucan для обнаружения бета-1,3-глюкана были запущены на МКС на борту космического корабля "Шаттл" СТС-123 в марте 2008 года. Предварительные результаты с этими картриджами показали модели, аналогичные наблюдаемым для эндотоксина, но глюкан был обнаружен на более высоких уровнях и, как выяснилось, гораздо более широко распространен на МКС.[9] Картриджи Gram + для определения липотейхоевой кислоты) были запущены на борт МКС. СТС-126 14 ноября 2008 г. Испытания с этими патронами проводились во время 18-20 экспедиций.

Полевые испытания и научные экспедиции

Испытание системы мазков LOCAD-PTS во время моделирования поверхностной внекорабельной активности (EVA) в Метеоритном кратере, НАСА Desert RATS (сентябрь 2005 г.).

Перед запуском LOCAD-PTS в космос он был тщательно протестирован в моделируемых микрогравитация с использованием параболический полет, чтобы проверить номинальную функцию прибора и процедуры обработки проб.[10][11] Он также использовался в течение нескольких лет в научных экспедициях для изучения микробной жизни в экстремальных условиях на Земле. Эти экстремальные условия включали Шпицберген в высокой Арктике (80 с.ш.) во время спонсируемого НАСА Аналоговая экспедиция на Шпицберген на Марс (AMASE),[12][13][14][15] вулканы в Камчатка, Дальний Восток России, во время экспедиций Российско-НАСА Института астробиологии (НАИ) в 2004 и 2006 гг.,[16][17] пустыня Аризоны во время НАСА Исследования пустынь и технологические исследования (Пустынные КРЫСЫ) 2005 и 2006 гг.,[18][19][20] и подводная среда обитания Водолей во Флорида-Кис во время Операции миссии НАСА в экстремальных условиях окружающей среды (NEEMO) Экспедиция 5 под командованием космонавта Пегги Уитсон,[21][22] и гора Эверест.[23]

LOCAD-PTS - это технология, поддерживаемая в рамках Программы NASA Advanced Environmental Monitoring and Control (AEMC), которая, в свою очередь, поддерживается Программой развития исследовательских технологий (ETDP) Управления полетов по исследовательским системам NASA (ESMD). Все технологии в рамках AEMC были рассмотрены Национальным исследовательским советом, и в настоящее время LOCAD-PTS имеет более чем двухлетний опыт работы на орбите.[24]

LOCAD-PTS Исследование

Джейк Моул протирает перила фермы S6 перед запуском (9 декабря 2008 г.).
Джейк Моул использует LOCAD-PTS для микробиологического исследования Pad 39A (7 августа 2009 г.).

LOCAD-PTS Исследование это эксперимент на МКС, финансируемый Программой Миссии по аналогам на Луну и Марс (MMAMA) Управления научных миссий НАСА.[25] Это сотрудничество между BAE Systems, Charles River Laboratories (CRL), НАСА. Космический центр Джонсона (Управление астронавтов, Отделение экипажа и тепловых систем, внекорабельная деятельность (EVA) и отделение систем выживания экипажа), НАСА Космический центр Кеннеди и НАСА Центр космических полетов Маршалла. Цель эксперимента - разработать и испытать процедуры для отслеживания и документирования распространения биологического материала, связанного с космическими полетами человека, как до, так и после запуска, в рамках подготовки к исследованию Луны и Марса человеком. Эксперимент LOCAD-PTS Exploration финансируется Управлением научных миссий НАСА (SMD) в рамках программы «Аналоговые миссии на Луну и Марс» (MMAMA) и является первым экспериментом на борту МКС, финансируемым SMD.

Правый борт МКС S6 Ферма - раздел был проанализирован с помощью LOCAD-PTS в октябре 2008 г. и декабре 2008 г. - в то время как Комплекс обработки космической станции (SSPF) в НАСА Космический центр Кеннеди - и снова в космос после запуска космического корабля "Дискавери". СТС-119.

Ферма S6 была промыта в космосе в 5-й день полета 19 марта 2009 г. первый выход в открытый космос от Стив Суонсон (EV1) и Ричард Р. Арнольд (EV2). Этот «мазок» проводился косвенно с помощью перчаток скафандра. Сами перчатки были промокнуты внутри МКС до и после выхода в открытый космос бортинженером 18-й экспедиции Сэнди Магнусом с помощью LOCAD-PTS. Затем Магнус проанализировал образцы мазков на борту МКС в 7-й день полета, 21 марта 2009 г. Этот эксперимент стал первым в истории космического полета человека, когда экипаж EVA проверил себя на наличие микробов перед выходом в открытый космос, и был упомянут экипажем STS-119 президенту. Обама во время видеоконференции из космоса во время STS-119.[26] Этот тип процедуры потребуется для отслеживания и документирования распространения биологического материала в поддержку цели НАСА по поиску жизни на других планетах.[27] и соблюдать планетарная защита нормативные документы.

Дальнейшие испытания LOCAD-PTS Exploration были выполнены на рейсе 17A. Многоцелевой логистический модуль (MPLM) «Леонардо» в комнате смены полезной нагрузки на площадке 39A с 5 по 8 августа 2009 г. MPLM 17A также был испытан после установки в отсек для полезной нагрузки Космический шатл Открытие СТС-128, запуск которого запланирован на 25 августа 2009 года. Помимо самого MPLM, было также выполнено микробиологическое исследование всей вращающейся структуры обслуживания (RSS) и мобильной стартовой платформы (MLP). Внешние поверхности MPLM 17А также будут испытаны после приземления STS-128. Каждый MPLM является грузовым перевозчиком и возвращается на Землю в Отсек полезной нагрузки космического челнока.

Галерея

  • Ферментные каскады для всех трех типов картриджей LOCAD-PTS.

  • Команда LOCAD-PTS беседует с МКС из центра управления полетами НАСА (31 марта 2007 г.).

  • Грег Чамитофф использует LOCAD-PTS во время 17-й экспедиции (июнь 2008 г.).

  • Сэнди Магнус использует LOCAD-PTS во время 18-й экспедиции (январь 2009 г.).

  • Норм Уэйнрайт (справа) и Джейк Мауле тестируют LOCAD-PTS во время параболического полета (2007).

  • LOCAD-PTS анализирует микробную жизнь в арктических горячих источниках во время AMASE (2004).

  • Джейк Мауле (слева) и Ян Топорски (справа) в кратере Мутновского вулкана, Камчатка (2004 г.).

  • Майк Дэймон (на переднем плане) и Джейк Мауле в НАСА Desert-RATS, Аризона (сентябрь 2006 г.).

  • Джейк Мауле проводит микробиологическое исследование Pad 39A (4 августа 2009 г.).

  • Джейк Мауле испытывает MPLM 17A в отсеке для полезной нагрузки шаттла (7 августа 2009 г.).

  • Карисса Уэст выполняет микробиологическое исследование Pad 39A (7 августа 2009 г.).

использованная литература

  1. ^ Страница Международной космической станции (МКС) LOCAD-PTS. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-03-27. Получено 2009-03-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  2. ^ Лаборатории Чарльза Ривер (CRL) Endosafe-PTS. http://www.criver.com/en-US/ProdServ/ByType/Endotoxin/rapidtestingmethods/Pages/Endosafe-PTS.aspx
  3. ^ Программа NASA Advanced Environmental Monitoring and Control (AEMC). «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-03-27. Получено 2009-03-27.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  4. ^ "Не дурачись -" Лаборатория на чипе "работает!" Статья Science @ NASA (6 апреля 2007 г.). https://science.nasa.gov/headlines/y2007/06apr_locad2.htm В архиве 2010-03-29 на Wayback Machine
  5. ^ Дж. Мауле, Н. Уэйнрайт, А. Стил, Л. Монако, Х. Моррис, Д. Гюнтер, М. Дэймон и М. Уэллс (2009). «Экспресс-независимый микробиологический анализ на борту Международной космической станции (МКС)». Астробиология, в печати.
  6. ^ Дж. Мауле, Н. Уэйнрайт, А. Стил, Х. Моррис, Л. Монако, М. Дэймон и М. Эффингер (2008). «Лаборатория на чипе на МКС: подготовка к исследованию Луны и Марса человеком». Конференция AIAA SPACE 2008, Сан-Диего, Калифорния; 9–11 сентября 2008 г. Документ: AIAA-2008-7900.
  7. ^ J. Maule, N. Wainwright, A. Steele et al. (2008). «Лаборатория на чипе: от астробиологии до космической станции». Конференция НАСА по астробиологии, Санта-Клара, Калифорния. Апрель 2008 г.
  8. ^ В.А. Кастро, А. Трэшер, М. Хили, К.М. Отт и Д. Пирсон (2004). «Микробная характеристика во время раннего обитания Международной космической станции». Microb. Ecol. 2004 Feb; 47 (2): 119-26.
  9. ^ «Астронавты осматривают палубу». Статья Science @ NASA (6 февраля 2009 г.). https://science.nasa.gov/headlines/y2009/06feb_locad.htm В архиве 2010-03-25 на Wayback Machine
  10. ^ Дж. Мауле, Н. Уэйнрайт и А. Аберкромби (2007). «Работа картриджей Lab-on-a-Chip второго и третьего поколения в условиях микрогравитации: подготовка к работе на Международной космической станции (МКС)». Отчет НАСА: TM-2007-214765 «C-9 и другие симуляции микрогравитации», сентябрь 2007 г.
  11. ^ Дж. Мауле, М. Фогель, А. Стил, Н. Уэйнрайт, Д. Пирсон и Д. Маккей (2004). «Взаимодействие антиген-антитело в измененной гравитации: значение для иммуносорбентного анализа во время космического полета». J. Гравитационная физиология, том 10, выпуск 2, 2004 г.
  12. ^ Дж. Мауле, М. Фрис, А. Стил, Х. Э. Ф. Амундсен, Н. Уэйнрайт, М. Дэймон и команды AMASE, Desert-RATS и LOCAD (2007). «Быстрые научные операции на месте и взаимодействие человека и робота на площадках-аналогах Луны и Марса». 38-я Конференция по изучению Луны и планет, Хьюстон, март 2007 г.
  13. ^ Д. Эпплер, Дж. Мауле, А. Стил, О. Ботта и Г. Хантресс (2008). «Шпицберген: обучение космонавтов геологии и исследованиям поверхности в условиях, связанных с Марсом». Конференция НАСА по астробиологии, Санта-Клара, Калифорния. Апрель 2008 г.
  14. ^ LOCAD-PTS Испытания в экспедициях по аналогам Desert-RATS и Марса на Шпицберген (AMASE) в течение 2006 г. Планетарное общество. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-04-07. Получено 2009-03-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  15. ^ Дж. Эйгенброде, Л. Беннинг, Дж. Мауле, А. Стил и Х.А. Амундсен (2009). «Протокол очистки на месте для устройств отбора проб, используемых в исследованиях по обнаружению жизни». Астробиология, в печати (2009)
  16. ^ Дж. Мауле, Дж. Топорски и А. Стил (2006). «Насколько живы вулканические горячие источники? Анализ месторождений на Камчатке, Россия ». Астробиология, Vol. 6, № 1, с. 209, февраль 2006 г.
  17. ^ Дж. Мауле, Д. Гиличинский, А. Шоу, П. Моррилл, С. Леуко, Р. Анитори, З. Цыганкова и Е. Гостев (2006). «Астробиология вечной мерзлоты». Мерзлый грунт - Вестник Международной ассоциации вечной мерзлоты, № 30, с. 20 декабря 2006 г.
  18. ^ Дж. Мауле, А. Стил, Д. Бербанк, Д. Эпплер, Дж. Космо, А. Росс, Н. Уэйнрайт, А. Чайлд, Г. Флорес, Л. Монако, Д. Грациози и К. Сплаун (2006) . «Мониторинг прямого загрязнения во время моделирования наземной внекорабельной активности (EVA) в Метеоритном кратере, Аризона: значение для исследования Луны и Марса человеком». Астробиология, Vol. 6, № 1, с. 275, февраль 2006 г.
  19. ^ Дж. Мауле, М. Фрис, А. Стил, Х. Э. Ф. Амундсен, Н. Уэйнрайт, М. Дэймон и команды AMASE, Desert-RATS и LOCAD (2007). «Быстрые научные операции на месте и взаимодействие человека и робота на площадках-аналогах Луны и Марса». 38-я Конференция по изучению Луны и планет, Хьюстон, март 2007 г.
  20. ^ LOCAD-PTS Испытания в экспедициях по аналогам Desert-RATS и Марса на Шпицберген (AMASE) в течение 2006 г. Планетарное общество. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-04-07. Получено 2009-03-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  21. ^ Дж. Мауле, Д. Пирсон, Н. Уэйнрайт, М. Отт, В. Кастро (2003). «Обнаружение бактерий: корреляция автоматизированной системы реального времени, работающей на месте, с комплексной характеристикой в ​​лаборатории (NEEMO-SWAB)». Архив данных наук о жизни Космического центра имени Джонсона НАСА, июнь 2003 г.
  22. ^ Архив данных наук о жизни Космического центра имени Джонсона НАСА (LSDA). «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-04-12. Получено 2009-03-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  23. ^ НАСА возглавляет Mt. Эверест. https://science.nasa.gov/headlines/y2009/10apr_because.htm В архиве 2009-08-26 на Wayback Machine
  24. ^ Обзор программы развития исследовательских технологий НАСА: промежуточный отчет | publisher = The National Academies Press. http://books.nap.edu/catalog.php?record_id=12189.
  25. ^ Страница Международной космической станции (МКС) LOCAD-PTS. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-04-07. Получено 2009-03-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  26. ^ «Космические корабли МКС испытывают концепцию защиты планет». Статья Science @ NASA (20 марта 2009 г.). https://science.nasa.gov/headlines/y2009/20mar_locadexploration.htm В архиве 2010-03-25 на Wayback Machine
  27. ^ Стратегический план НАСА на 2006 год. Документ НАСА NP-2006-02-423-HQ.

внешние ссылки