LOCAD

LOCAD-PTS Team Identifier

Lab -on-a-Chip Applications Development ( LOCAD ) är en uppsättning relaterade lab-on-a-chip- projekt vid NASA . Projekten utvecklar integrerade lab-on-a-chip produkter inom tre områden relaterade till rymdutforskning : Environmental Control and Life Systems Support (ECLSS), Medical Systems och Remote Exploration. NASA bedriver aktiviteter relaterade till dessa projekt både vid NASA Marshall Space Flight Center och ombord på den internationella rymdstationen (ISS).

Bärbart testsystem

LOCAD-PTS, för närvarande ombord på ISS.

Lab -On-a-Chip Application Development – Portable Test System ( LOCAD -PTS) är en handhållen enhet för mikrobiell övervakning ombord på ISS. Det utvecklades från Endosafe-Portable Test System (Endosafe-PTS), utvecklat av Charles River Laboratories för användning inom läkemedels- och hälsovårdsindustrin. Under 2004–2005 gick Charles River Laboratories ihop med Carnegie Institution for Science och NASA Marshall Space Flight Center, inklusive BAE Systems och Jacobs Technology, för att modifiera Endosafe-PTS-enheten (och ett provhanteringssystem) för rymdfärd. LOCAD-PTS-projektet har till stor del finansierats av NASA:s Exploration Systems Mission Directorate (ESMD), under Exploration Technology Development Program (ETDP), och specifikt under paraplyet Advanced Environmental Monitoring and Control (AEMC).

En LOCAD-PTS-kassett.

Själva enheten (eller läsaren) väger 2,2 pund och är en kombinerad spektrofotometer , värmare och pump, som drivs med flera utbytbara patroner för detektering av olika mikrobiella molekyler. Det finns tre olika LOCAD-PTS-patroner ombord på ISS, för detektering av tre olika mikrobiella molekyler: endotoxin , glukan och lipoteichoic acid. Dessa tre molekyler finns främst inom gramnegativa bakterier , svampar respektive grampositiva bakterier . Endotoxin och glukan detekteras med Limulus amebocyte lysate (LAL) enzymkaskaden , härledd från hästskokrabban Limulus polyphemus . Lipoteichoic syra detekteras med pro-fenoloxidas (PPO) enzymkaskaden härledd från Jonah-krabban , Cancer borealis . Genom amplifiering av en liten signal tillåter dessa enzymkaskader detektering av mycket små mängder av utgångsmikrobiellt material. En astronaut kan ta ett svabbprov från en kabinyta, lösa det i endotoxinfritt vatten och analysera det kvantitativt med LOCAD-PTS i mikrogravitation, allt på under 15 minuter. Traditionella kulturbaserade metoder ombord på ISS tar flera dagar och kräver ofta återlämnande av prover till jorden för mer djupgående analys av forskare på marken.

Suni Williams analyserar ett ytprov med LOCAD-PTS ombord på ISS (31 mars 2007)

LOCAD-PTS lanserades till ISS den 9 december 2006 ombord på rymdfärjan Discovery STS-116 . Efter fyra månaders lagring ombord på ISS användes enheten först av Expedition 14/15 flygingenjör Suni Williams den 31 mars 2007 för att analysera ytor inom Unity . Sedan dess har LOCAD-PTS använts flitigt av besättningarna på Expedition 16 – Expedition 18 för att övervaka mikrobiellt material i hela ISS. LOCAD-teamet har stöttat varje operation av LOCAD-PTS ombord på ISS från konsoler vid NASA Payload Operations and Integration Center (POIC) vid NASA Marshall Space Flight Center. LOCAD-PTS kommer att fortsätta att användas ombord på ISS till och med oktober 2009 av Expedition 20-astronauterna Mike Barratt och Tim Kopra.

Den första fasen av ISS-operationer ägde rum mellan mars 2007 och februari 2008 (Expeditionerna 14–16), då LAL-patroner användes för att detektera endotoxin på ytor inom ISS. Endotoxin visade sig distribueras över hela ISS, trots tidigare indikationer på att de flesta bakterier på ISS-ytor var grampositiva. Endotoxin upptäcktes på 50 % av alla ytor och påträffades vanligen på ytor inom tränings-, hygien-, sov- och matplatser. Endotoxin hittades på varje ytplats där Colony Forming Units (CFU) observerades med odlingsbaserade kontaktglasmetoder. LAL-Glukan-patroner, för detektering av Beta-1,3-glukan, lanserades till ISS ombord på rymdfärjan STS-123 i mars 2008. Preliminära resultat med dessa patroner visade liknande mönster som de som observerats för endotoxin, men glukan hittades på högre nivåer och visade sig vara mycket mer utbredd över hela ISS. Gram+ patronerna, för detektering av lipoteichoic acid) lanserades till ISS ombord på STS-126 den 14 november 2008. Tester med dessa patroner har utförts under expeditionerna 18 – 20.

Fälttester och vetenskapliga expeditioner

Test av LOCAD-PTS svabbsystem under simulerad extravehikulär aktivitet (EVA) vid Meteor Crater, NASA Desert RATS (september 2005).

Innan LOCAD-PTS lanserades till rymden testades den omfattande i simulerad mikrogravitation med användning av parabolisk flygning , för att verifiera instrumentets nominella funktion och provhanteringsprocedurer. Den användes också under flera år på vetenskapliga expeditioner för att studera mikrobiellt liv i extrema miljöer på jorden. Dessa extrema miljöer inkluderade Svalbard i det höga arktiska området (latitud 80N) under den NASA-sponsrade Arctic Mars Analog Svalbard Expedition (AMASE), vulkaner i Kamtjatka , fjärran östra Ryssland, under rysk-NASA Astrobiology Institute (NAI) expeditioner 2004 och 2006, öknen i Arizona under NASA Desert Research and Technology Studies (Desert RATS) 2005 och 2006, och undervattenshabitatet Aquarius i Florida Keys under NASA Extreme Environment Mission Operations (NEEMO) Expedition 5, under kommando av astronauten Peggy Whitson , och Mount Everest .

LOCAD-PTS är en teknik som stöds inom NASA:s Advanced Environmental Monitoring and Control (AEMC) Program, som i sin tur stöds av Exploration Technology Development Program (ETDP) från NASA:s Exploration Systems Mission Directorate (ESMD). All teknologi inom AEMC har granskats av National Research Council och LOCAD-PTS har för närvarande över två års erfarenhet av att arbeta i omloppsbana.

LOCAD-PTS Exploration

Jake Maule sveper en ledstång på S6 Truss innan lanseringen (9 december 2008).

Jake Maule använder LOCAD-PTS för att utföra mikrobiell undersökning av Pad 39A (7 augusti 2009).

LOCAD-PTS Exploration är ett ISS-experiment finansierat av Moon and Mars Analogue Mission Activities-programmet (MMAMA) från NASA:s Science Mission Directorate. Det är ett samarbete mellan BAE Systems, Charles River Laboratories (CRL), NASA Johnson Space Center (Astronaut Office, Crew and Thermal Systems Division, och Extravehicular Activity (EVA) och Crew Survival Systems Branch), NASA Kennedy Space Center och NASA Marshall Space Flygcentrum . Målet med experimentet är att utforma och testa procedurer för att övervaka och dokumentera spridningen av biologiskt material i samband med mänsklig rymdfärd, både före och efter uppskjutning, som förberedelse för människans utforskning av månen och Mars. LOCAD-PTS Exploration-experimentet har finansierats av NASA:s Science Mission Directorate (SMD), under Moon and Mars Analogue Mission Activities-programmet (MMAMA), och är det första SMD-finansierade experimentet ombord på ISS.

ISS Styrbords S6 Truss -sektion analyserades med LOCAD-PTS i oktober 2008 och december 2008 – medan den var placerad i Space Station Processing Facility (SSPF) vid NASA:s Kennedy Space Center – och igen i rymden efter uppskjutningen av Space Shuttle Discovery STS-119 .

S6 Truss svabbades i rymden på flygdag 5, 19 mars 2009, under den första rymdpromenaden av Steve Swanson (EV1) och Richard R. Arnold (EV2). Denna "svabb" utfördes indirekt med rymddräktens handskar. Själva handskarna svabbades inuti ISS både före och efter EVA, med LOCAD-PTS, av Expedition 18 Flight Engineer Sandy Magnus. Pinnprover analyserades sedan ombord på ISS av Magnus på flygdag 7, 21 mars 2009. Detta experiment markerade första gången i mänsklig rymdfärd som EVA-besättningen kontrollerade sig själva för mikrober före EVA, och nämndes av STS-119-besättningen för presidenten Obama under en videokonferens från rymden under STS-119. Denna typ av procedur kommer att krävas för att övervaka och dokumentera spridningen av biologiskt material till stöd för NASA:s mål att söka efter liv på andra planeter och för att följa planetskyddsbestämmelser .

Ytterligare LOCAD-PTS Exploration-tester utfördes på Flight 17A Multi-Purpose Logistics Module (MPLM) "Leonardo" i Payload Changeout Room på Pad 39A under 5–8 augusti 2009. 17A MPLM testades också efter insättning i nyttolasten Bay of Space Shuttle Discovery STS-128 , planerad att lanseras den 25 augusti 2009. Förutom själva MPLM genomfördes också en mikrobiell undersökning av hela den roterande tjänstestrukturen (RSS) och den mobila lanseringsplattformen (MLP). De yttre ytorna på 17A MPLM kommer också att testas efter landning av STS-128. Varje MPLM är en lastbärare och förs tillbaka till jorden i rymdfärjans nyttolastvik.

Galleri

Enzymkaskader för alla tre typer av LOCAD-PTS-kassetter.
LOCAD-PTS Team pratar med ISS från NASAs uppdragskontroll (31 mars 2007).
Greg Chamitoff använder LOCAD-PTS under Expedition 17 (juni 2008).
Sandy Magnus använder LOCAD-PTS under Expedition 18 (januari, 2009).
Norm Wainwright (höger) och Jake Maule testar LOCAD-PTS under parabolflygning (2007).
LOCAD-PTS analyserar mikrobiellt liv i arktiska varma källor under AMASE (2004).
Jake Maule (vänster) och Jan Toporski (höger) i kratern på Mutnovsky-vulkanen, Kamchatka (2004).
Mike Damon (förgrunden) och Jake Maule på NASA Desert-RATS, Arizona (september 2006).
Jake Maule utför mikrobiell undersökning av Pad 39A (4 augusti 2009).
Jake Maule testar 17A MPLM i Shuttle lastrum (7 augusti 2009).
Karissa West utför mikrobiell undersökning av Pad 39A (7 augusti 2009).