التشخيص الدم رحلات الفضاء تحتاج الابتكار. وقد نشرت عدة مظاهرات توضح على متن الطائرة، وانخفاض الجاذبية تكنولوجيا صحة التشخيص. نحن هنا نقدم وسيلة لبناء وتشغيل مكافئ تلاعب رحلة تجريبية لنموذج أولي نقطة من الرعاية تصميم التدفق الخلوي، مع مكونات واستراتيجيات الإعداد للتكيف مع الاجهزة الأخرى.
حتى وقت قريب، تم جمع عينات الدم رائد فضاء على متن الطائرة ونقلها إلى الأرض على مكوك الفضاء، وتحليلها في المختبرات الأرضية. إذا كان البشر هم للسفر خارج المدار الأرضي المنخفض، والانتقال نحو الفضاء جاهزة، نقطة من الرعاية مطلوب (POC) الاختبار. هذا الاختبار يجب أن تكون شاملة، وسهلة لأداء في بيئة منخفضة الجاذبية، وتتأثر ضغوط إطلاق ورحلات الفضاء. وقد تم تطوير أجهزة POC لا تعد ولا تحصى لتقليد نظرائهم نطاق المختبر، ولكن معظمها تطبيقات الضيقة وقلة استخدام واضح لديهم في بيئة منخفضة الجاذبية على متن الطائرة. في الواقع، والمظاهرات من تشخيص الطب الحيوي في تقليل خطورة محدودة تماما، مما يجعل اختيار عنصر وتحديات لوجستية معينة يصعب الاقتراب عندما تسعى لاختبار التكنولوجيا الجديدة. للمساعدة في ملء الفراغ، نقدم طريقة وحدات لبناء وتشغيل جهاز للتشخيص أولي الدم و p المرتبط بهarabolic تلاعب في اختبارات الطيران التي تلبي معايير لرحلة الاختبار على متن رحلة مكافئ والطائرات انخفاض الجاذبية. طريقة تركز أولا على تجميع للتلاعب في الطيران، اختبار انخفاض الجاذبية من تدفق عداد الكريات ورفيق ميكروفلويديك رقاقة الاختلاط. المكونات هي قابلة للتكيف مع تصاميم أخرى وبعض مكونات مخصصة، مثل محمل عينة microvolume وربما يكون micromixer ذات أهمية خاصة. طريقة ثم تركز على التحولات إعداد الرحلة، من خلال تقديم الإرشادات والاقتراحات للتحضير لرحلة تجريبية ناجحة فيما يتعلق تدريب المستخدمين، وتطوير إجراءات التشغيل القياسية (SOP)، وغيرها من القضايا. أخيرا، وصفت في رحلة تجريبية إجراءات محددة لمظاهرات دينا.
عدم كفاية التشخيص الحالية الصحية الفضاء جاهزا تقدم عاملا مقيدا لأعمق استكشاف الفضاء المأهول. التشخيص يجب أن تكون شاملة، وسهلة الاستخدام في انخفاض الجاذبية، وبعيدة نسبيا عن ضغوط وإطلاق رحلات الفضاء (على سبيل المثال، وارتفاع ز القوات، والاهتزاز، والإشعاع، والتغيرات في درجة الحرارة، والضغط المقصورة التغييرات). التطورات في نقطة الرعاية السريرية (POCT) قد تترجم إلى حلول فعالة رحلات الفضاء من خلال استخدام عينات المرضى الأصغر حجما (مثل وخزة إصبع)، FLUIDICS أبسط وأصغر (أي، على microfluidics)، وتخفيض متطلبات الطاقة الكهربائية، من بين أمور أخرى المزايا. التدفق الخلوي هو نهج واحد جذابا للمركز عمليات في الفضاء نظرا للفائدة واسعة من التقنيات، بما في ذلك نحو عد الخلايا والعلامات البيولوجية الكمي، فضلا عن إمكانية التصغير كبيرة. وتشمل أجهزة قياس التدفق الخلوي السابقة الفضاء ذات الصلة و"effic التعبئة النوويiency "(NPE) الأداة التي تستخدم مضان في وقت واحد قوس مصباح الناجم عن وحدة التخزين الإلكتروني (كولتر الحجم) قياس 1-4، تدفق الفوق صغير نسبيا عداد الكريات يمثلون" الجيل الأول من تدفق في الوقت الحقيقي الخلوي خلال بيانات الجاذبية الصفر "5، و"microflow sheathless عداد الكريات" قادرة على 4- 5-وجزء خلايا الدم البيضاء (WBC) العد التفريقي سابقة التجهيز باستخدام 5 ميكرولتر عينات الدم كله 6-9، و"الألياف الضوئية القائمة على 'تدفق عداد الكريات اختبرت مؤخرا على متن الطائرة في الدولية محطة الفضاء 10.
عادة ما يتم إجراء تقييم التكنولوجيا التشخيصية لتطبيقات الفضاء محتملة على متن الطائرات انخفاض الجاذبية التي تستخدم مسار الرحلة هو مكافئ تقريبا لمحاكاة مستوى اختيار انعدام الوزن (مثل انعدام الجاذبية، المريخ الجاذبية) 11. التقييم هو التحدي لأن الفرص رحلة محدودة، repetيمكن النوافذ قصيرة مكنته من الجاذبية الصغرى جعل من الصعب تقييم منهجيات أو العمليات التي تتطلب عادة فترات انقطاع أطول من 20-40 ثانية، ومظاهرات قد تتطلب معدات إضافية لم تستخدم بسهولة في رحلة 12-15. وعلاوة على ذلك، المظاهرات السابقة في المختبر التشخيصية (IVD) التقنيات المستخدمة في، أو مصممة ل، وانخفاض الجاذبية محدودة ويبقى الكثير من العمل غير المنشور. بالإضافة إلى أجهزة قياس التدفق الخلوي أعلاه، IVD التكنولوجيات الفضائية الأخرى ذات الصلة وصفها في المؤلفات وتشمل جهاز كله تلطيخ الدم لتطبيقات المناعي 16، على أساس الكاميرا الآلي عداد الكريات 12، محلل السريري يده لفرق الجهد المتكامل، amperometry، وكوندكتوميتري 12،17، و'T-استشعار "جهاز ميكروفلويديك لتحليلها الكميات التي تعتمد على خلط القائم على نشر والفصل 18، وتناوب' المختبر على قرص مضغوط 'منصة التشخيص 19،20. القادمون الجدد إلى انخفاض اختبار الجاذبية قد تبدو أيضا رحلة مكافئ المظاهرات لا علاقة لها التشخيص في المختبر عند محاولة جعل تقييم جهاز ممكن (أو معرفة ما هو ممكن). وشملت المظاهرات عن غيرها من التجارب الطبية أو البيولوجية السابق مع موثقة جيدا استعدادا الطيران والاستراتيجيات في الطيران، ومعدات اختبار الطيران في الجدول 1 15، 21-35. قد تكون هذه بالمعلومات بسبب إدراج دليل في رحلة المهام، واستخدام المعدات المتخصصة، والاحتواء التجريبية.
فئة | أمثلة |
الرعاية الطبية الطارئة | التنبيب الرغامي (موجهة المنظار، على مانيكفي) 21، دعم الحياة القلبي (تخدير الخنازير) 22 |
الرعاية الجراحية | الجراحة بالمنظار (فيديو محاكاة 23، على الخنازير تخدير 24،25) |
التصوير الطبي أو تقييم الفيزيولوجيا | الموجات فوق الصوتية مع الضغط السلبي الجزء السفلي من الجسم 26 غرفة، مقياس الجريان دوبلر (شنت الرأس) 27، الضغط الوريدي المركزي رصد 28 |
المعدات البيولوجية المتخصصة | قارئ صفيحة ميكروسكوبية (وعلى متن الطائرة علبة القفازات) 29، ونظام التحكم في درجة الحرارة للتجارب دورة الخلية 30، المجهر (brightfield، المرحلة النقيض من ذلك، وعبر قنوات متعددة مضان القادر) 15، الشعريةالوحدة مقترنة الكهربائي إلى مجهر الفيديو 31 |
آخر | حصاد النبات مع ملقط 32، 33،34 الواردة الفئران والأسماك 35 للمراقبة |
الجدول 1. مكافئ الطيران الأمثلة الإيضاحية مع موصوفة وصفا جيدا طرق / التجارب
إلى التوسع في الأمثلة السابقة وتوفير مزيد من التبصر في مظاهرات ناجحة في الطيران، نحن تقديم الإجراء وحدات وقابلة للتكيف لبناء وتشغيل نموذج تدفق عداد الكريات مع التكنولوجيا ذات الصلة خلط ميكروفلويديك كجزء من رحلة اختبار مكافئ تلاعب. تلاعب تمكن من المظاهرات عينة التحميل، خلط ميكروفلويديك، وكشف الجسيمات الفلورية، وجرى اختبار على متن 2010 ناسا الحصول الميسر على البيئة الفضائية (FAST) flig مكافئHTS جوية من 29 سبتمبر – 1 أكتوبر، 2010. هذه المظاهرات سحب من بداية ووسط ونهاية، على التوالي من سير عمل جهاز المحتملة التي يتم تحميلها عينات الدم في الأصبع الحجم، المخفف أو يخلط مع الكواشف، وتحليلها من خلال البصرية الكشف. توسيع نطاق تدفق عداد الكريات في وحدة مدمجة يتطلب الابتكار واختيار جزء دقيق. وتستخدم العرف وقبالة الجاهزة للاستخدام مكونات هنا، كما اختير أفضل تقريبية مبكرة من الخيارات عنصر النهائية، ويمكن أن تكون قابلة للتكيف مع التصاميم من المبدعين الآخرين. يلي الخطوط العريضة للخيارات عنصر النموذج، يتم وصف الإعداد على هيكل الدعم بمثابة هيكل عظمي لتجميع تلاعب. يتم تعيين مكونات النموذج المواقع، تأمين، ويرافقه المكونات الإضافية اللازمة لإجراء التجارب ناجحة. ثم تحول الاهتمام إلى إجراءات أكثر تجريدا التي تنطوي على إجراءات التشغيل القياسية (SOP) التطوير والتدريب، والخدمات اللوجستية الأخرى. أخيرا، إجراءات مظاهرة محددة هيوصفها. الاستراتيجيات الموضحة هنا والخيارات لدعم مكونات تلاعب (مثل المجهر، مربع الاكريليك، الخ)، وعلى الرغم من أن تنفذ هنا لنموذج معين، والتحدث إلى القضايا والتحديات العامة ذات الصلة لاختبار أي معدات التشخيص الدم في انخفاض الجاذبية البيئة .
في رحلات 2010، وهما القمر الجاذبية (نتوصل إلى حوالي 1/6 الجاذبية الأرضية) وكان من المقرر رحلتين الجاذبية الصغرى عبر 4 أيام، على الرغم من أن في نهاية المطاف تم إعادة جدولة هذه عبر 3 أيام. أجريت المظاهرات على متن المعدلة التي يديرها القطاع الخاص، ضيق هيئة طائرة ركاب 36. قدمت كل رحلة 30-40 القطوع المكافئة، كل 20 ثانية مما أسفر عن ارتفاع الجاذبية (ما يقرب من 1.8 غرام) تليها 20-25 ثانية من الظروف منخفضة الجاذبية. بعد نصف القطوع المكافئة أعدم، توقفت الطائرة لمدة حوالي 5-10 دقائق في مستوى الطيران لتمكين الطائرة إلى الالتفاف والتوجه نحو العودة الى موقع الهبوط بينما PErforming ما تبقى من القطوع المكافئة.
الطريقة الموصوفة هنا مكن مظاهرة فعالة من مكونات التكنولوجيا الكبرى (عينة التحميل، خلط ميكروفلويديك، والكشف البصري) أثناء الطيران الدوراني FAST 2010، وكانت النتائج مماثلة لاختبار الأرض. كانت أساليب التدريب وSOP الموصوفة هنا فعالة بشكل خاص، وساعدت على إلقاء الضوء الأدوات…
The authors have nothing to disclose.
وأيد تطوير الأجهزة من قبل وكالة ناسا SBIR العقود NNX09CA44C وNNX10CA97C. وأيد تحليل البيانات للكتلة ومحمل عينة المظاهرات البصرية وكالة ناسا المرحلة الثالثة NNC11CA04C العقود. تم إجراء جمع الدم البشري باستخدام بروتوكول ناسا IRB # SA-10-008. برامج التحكم / الاستحواذ المقدمة من خلال الأجهزة الطبية الصكوك الوطنية برنامج المنح. وقدمت قوالب لالرقائق في جونز هوبكنز منشأة الدقيق microfabrication ومركز هارفارد لأنظمة النانو. أوتو J. براينر ولوقا جافي (معهد الطب DNA) ساعد في التجمع رف خلال صيف عام 2010. قدمت ناسا الموظفين الفيديو لقطات فيديو خلال رحلة الأسبوع رحلة. قدم كارلوس بارينتوس (معهد الطب DNA) المساعدة وصورة شخصية. شكر خاص إلى الوصول الميسر للبيئة لتكنولوجيا الفضاء 2010 برنامج، ومكتب وكالة ناسا انخفاض الجاذبية، وشعبة المضادة التكيف الإنسان، ومركز أبحاث ناسا جلين،ZIN تكنولوجيز، وبرنامج بحوث الإنسان.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Micro air pump | Smart Products, Inc. | AP-2P02A | Max pressure = 6.76 psi; 1.301” x 0.394” x 0.650” , 0.28 oz (8 g); available direct from Smart Products |
Differential pressure sensor | Honeywell International, Inc. | ASDX015D44R | Range of 0-15psi; 0.974" x 0.550" x 0.440", 0.09 oz (2.565 g); suppliers include Digi-Key and Mouser Electronics |
Rigid plastic vial (small size) | Loritz & Associates, Inc. | 55-05 | Polystyrene; ID 0.81" (20.6 mm), IH 2.06" (52.4 mm); available direct from LA Container Inc.; similar product available from Dynalab Corp. |
Rigid plastic vial (larger size) | Loritz & Associates, Inc. | 55-140 | Polystyrene; ID 1.88" (47.6 mm), IH 3.31" (84.1 mm); available direct from LA Container Inc.; similar product available from Dynalab Corp. |
latex examination gloves | dynarex corporation | 2337 | Middle finger used for latex diaphragm in fluid source vial. Other brands (e.g., Aurelia ® Vibrant ™) acceptable. |
Optical glue | Norland Products | NOA 88 | Low outgassing adhesive; available direct from Norland; Also available from Edmund Optics Inc. |
3-way solenoid valves | The LEE Company | LHDA0531115H | Gas valves, but can function with liquid; 1.29 " L, 0.28 " D. Discontinued product. Similar products available from The LEE Company. |
Volumetric water flowmeter | OMEGA Engineering inc. | FLR-1602A | Non-contacting flow rate meter strongly preferred. We recommend SENSIRION LG16 OEM Liquid Flow Sensor for flow rates from nl/min up to 5 ml/min. |
PCD-mini photon detector | Sensl | PCDMini-00100 | For fluorescence detection; available direct from Sensl |
Accelerometer | Crossbow Technology, Inc. | CXL02LF3 | 3-demensional force detection. Supplied to DMI by NASA. Similar product available from Vernier Software & Technology, LLC. |
Stereomicroscope | AmScope | SE305R-AZ-E | |
CCD Camera | Thorlabs | DCU223C | 1024 x 768 Resolution, Color, USB 2.0; available direct from Thorlabs |
USB and Trigger Cable (In/Out) for CCD Camera | Thorlabs | CAB-DCU-T1 | Available direct from Thorlabs |
Microbore tubing | Saint-Gobain Corporation | AAD04103 | Tygon®; ID 0.02", OD 0.06", 500ft, 0.02" wall. Suppliers: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc. |
Hollow steel pins | New England Small Tube | (Custom) | 0.025" OD, 0.017" ID, 0.500” L, stainless steel tube, type 304, cut, deburred, passivated; enable microbore tubing connections, chip tubing connections |
Slide clamp | World Precision Instruments, Inc. | 14042 | Available direct from World Precision Instruments |
Leur adaptor pieces | World Precision Instruments, Inc. | 14011 | Available direct from World Precision Instruments |
Silicon wafer | Addison Engineering, Inc. | 6" diameter; for SU-8 mold fabrication | |
Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer base | Dow Corning | 3097366-1004 | Supplier: Global Industrial SLP, LLC |
Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer curing agent | Dow Corning | 3097358-1004 | Supplier: Global Industrial SLP, LLC |
Needle (23 gauge), bevel tip | Terumo Medical Corporation | NN-2338R | Ultra thin wall; 23G x 1.5"; 22G also usable; suppliers: Careforde, Inc., Port City Medical |
Dispensing needle (23 gauge), blunt tip | CML Supply | 901-23-100 | 23Gx 1"; available from CML Supply |
Rotary tool | Robert Bosch Tool Corporation | 1100-01 | Dremel® 1100-01 Stylus™ |
Cover glass | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 12-518-105E | Gold Seal™ noncorrosive borosilicate glass; for PDMS chip cover; 24×60 mm; available from Thermo Fisher Scientific, Inc. |
Vacuum pump | Mountain | MTN8407 | For degassing PDMS; supplier: Ryder System, Inc. |
Vacuum chamber | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 5311-0250 | Nalgene™ Transparent Polycarbonate; available from Thermo Fisher Scientific, Inc. |
Plasma cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | |
Hand magnifier | Mitutoyo | 183-131 | Use in reverse direction to enable viewing at ~15". |
Ethanol | CAROLINA | 861283 | For chip cleaning. Dilute to 70% using millipore water. |
Water purification system | Thermo Fisher Scientific, Inc. | D11901 | Available direct from Thermo Fisher Scientific, Inc. |
Optomechanical translation mounts | Thorlabs | K6X | 6-Axis Kinematic Optic Mount; discontinued product; new product (K6XS) available direct from Thorlabs |
Laptop | Hewlett-Packard | VP209AV | HP Pavilion Laptop running Windows 7 |
Laptop tray (spring loaded) | National Products, INC. | RAM-234-3 | RAM Tough-Tray™. Can accommodate 10 to 16 inch wide laptops. |
USB splitter | Connectland Technology Limited | 3401167 | |
USB Data Acquisition Cards (8 analog input, 12 digital I/O) | National Instruments | NI USB-6008 | 12-Bit, 10 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ |
USB Data Acquisition Cards (16 analog input, 32 digital I/O) | National Instruments | NI USB-6216 | 16-Bit, 400 kS/s Isolated M Series MIO DAQ, Bus-Powered |
Control/acquisition Software | National Instruments | LabVIEW 2009 | Custom coded National Instruments (NI) LabVIEW |
3D Solid Modeling Software | Dassault Systèmes SolidWorks Corp. | SolidWorks 2011 | |
2D Modeling Software | AUTODESK | AutoCAD LT 2008 | |
Vertical equipment rack | (NASA provided) | N/A | |
Solid aluminum optical breadboard | Thorlabs | MB2424 | 24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Taps; available direct from Thorlabs |
Industrial grade steel and hardener | The J-B Weld Company | J-B Weld Steel Reinforced Epoxy Glue | |
Micro-hematocrit capillary | Fisher Scientific | 22-362-574 | inner diamter 1.1 to 1.2 mm |
1 mL syringes | Henke-Sass, Wolf | 4010.200V0 | NORM-JECT®; supplier: Grainger, Inc. |
Human red blood cells | Innovative Research | IPLA-WB3 | Tested and found negative by supplier for: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag or HIV 1-NAT, ALT, and syphilis by FDA-Approved Methods. Because no test methods can guarantee with 100% certainty the absence of an infectious agent, human derived products should be handled as suggested in the U.S. Department of Health and Human Services Manual on BIOSAFETY IN MICROBIOLOGICAL AND BIOMEDICAL LABORATORIES, FOR POTENTIALLY INFECTIOUS HUMAN SERUM OR BLOOD SPECIMENS |
Phosphate buffered saline concentrate | P5493 | SIGMA | 10x; diluted to 1x |
Tween | P9416 | SIGMA | TWEEN® 20 |
Centrifuge | LW Scientific | STRAIGHT8-5K | Swing-Out 8-place Centrifuge. Available through authorized dealers. Other centrifuges available direct from LW Scientific. |
HD video recorder | Sony | MHS-CM5 | |
Orange fluorescent nucleic acid stain | Invitrogen | S-11364 | SYTO® 83 Orange Fluorescent Nucleic Acid Stain. Stored in DMSO solvent. Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required. |
Fluorescent counting beads | Invitrogen | MP 36950 | CountBright™ Absolute Counting Beads. Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required. |