Gökbilim kan teşhis yenilik gerekiyor. Birkaç gösteriler, uçakta azaltılmış-yerçekimi sağlık tanı teknolojisi gösteren yayınlanmıştır. Burada bileşenleri ve diğer kurulumları uyarlanabilir hazırlık stratejileri ile bir prototip nokta-bakım akış sitometri tasarımı için bir parabolik uçuş test takımının inşası ve işletilmesi için bir yöntem mevcut.
Yakın zamana kadar, astronot kan örnekleri, uçakta toplandı Uzay Mekiği earth üzerinde taşınan ve karasal laboratuvarlarda analiz. Insanlar alçak Dünya yörüngesine ötesinde seyahat iseniz, uzay-hazır, nokta-bakım doğru bir geçiş (PT) testi gereklidir. Bu tür testler lansmanı ve uzay uçuşu gerilmelerin, kapsamlı bir azaltılmış yerçekimi ortamında gerçekleştirmek kolay ve etkilenmemiş olması gerekir. Sayısız POC cihazlar laboratuvar ölçekli muadillerini taklit geliştirilmiştir, ama çoğu dar uygulamalar var ve birkaç bir uçakta, azaltılmış yerçekimi ortamında gösterilebilir kullanımı var. Aslında, azaltılmış ağırlık biyomedikal teşhisin gösteriler yeni teknolojiyi test etmek isteyen zaman zor bileşen seçimi ve bazı lojistik zorluklar yaklaşmak için yapım, tamamen sınırlıdır. Boşluğu doldurmak yardımcı olmak için, inşaat ve işletme bir prototip kan teşhis cihazı ve ilişkili p modüler bir yöntem sunuyoruzBir parabolik uçuş, azaltılmış ağırlık uçakta uçuş testleri için standartları karşılamak arabolic uçuş testi kulesi. Yöntem ilk uçuş, azaltılmış-yerçekimi sitometresindeki akış testi ve bir arkadaşı mikroakışkan karıştırma çip için teçhizat montaj odaklanır. Bileşenleri bir microvolume örneği yükleyicisinin gibi diğer tasarımlar ve bazı özel bileşenler, uyarlanabilir ve Micromixer özellikle ilgi çekici olabilir. Daha sonra, yöntem kaymalar kullanıcı eğitimi, bir standart işletim prosedürü (SOP) geliştirilmesi ve diğer konularla ilgili başarılı bir uçuş testi hazırlanmak için kurallar ve öneriler sunarak, uçuş hazırlığı için odak. Son olarak, bizim gösterilere özgü, uçuş deneysel prosedürleri açıklanmıştır.
Mevcut uzay hazır sağlık teşhis yetersizliği derin insanlı uzay keşif için sınırlayıcı bir faktör sunuyor. Teşhis, kapsamlı azaltılmış ağırlık kullanımı kolay, ve başlatmak ve uzay uçuşu (örneğin, yüksek g-kuvvetleri, titreşim, radyasyon, sıcaklık değişiklikleri ve kabin basınç değişiklikleri) stresleri nispeten etkilenmemiş olması gerekir. Nokta-bakım test (Hammami) Gelişmeler küçük hasta örneklerinin (örneğin, parmak prick), basit ve küçük fluidik (yani, Mikroakiskan) kullanımı yoluyla etkili uçuşunda çözümlere çevirmek, ve diğer arasında, elektrik güç gereksinimleri azaltılabilir olabilir avantajları. Bir çekici bir yaklaşım hücre sayımı ve biyolojik ölçümü yanı sıra, önemli minyatür potansiyeli doğru olmak üzere, çünkü teknolojinin geniş bir kullanım içinde uzayda POC'ye için Flow sitometri olduğunu. Önceki uzay-ilgili akış sitometrelerinde 'nükleer ambalaj effic dahiliency 'eşzamanlı ark lambası kaynaklı floresan ve elektronik hacmi (Coulter hacmi) ölçümü 1-4 kullanılmaktadır (NPE) alet, temsil sitometresindeki nispeten küçük bir tezgah üstü akış' sıfır yerçekimi '5 sırasında veri sitometri gerçek zamanlı akış birinci nesil, Bir 'sitometrede sheathless Mikrosirkülasyon' 4- ve 5-parça beyaz kan hücresi (WBC) diferansiyel sayımı yapabilen 5 ul tam kan numuneleri 6-9 ön muamele ve kullanarak bir 'fiber-optik tabanlı' son Enternasyonal'de onboard test akış sitometresini Uzay İstasyonu 10.
Potansiyel uzay uygulamaları için değerlendirilmesi tanı teknolojisi tipik ağırlıksız (örneğin, sıfır yerçekimi, Mars-gravite) 11 seçilmiş bir seviyede simüle etmek için yaklaşık parabolik uçuş yörüngesini kullanmak azaltılmış ağırlık uçakta yapılır. Uçuş imkânlarının sınırlı olduğu için değerlendirme zorlu, RePetmikrogravite bir itive kısa pencereleri zor yöntemlerini veya normalde 20-40 saniyeden uzun kesintisiz süreleri gerektiren işlemleri değerlendirmek yapabilirsiniz, ve gösteriler kolaylıkla uçakta 12-15 kullanılmayan ek donanım gerektirebilir. Ayrıca, in vitro diagnostik (IVD) teknolojilerinde kullanılan, ya da, azaltılmış ağırlık için tasarlanmış önceki gösteriler sınırlıdır ve çok iş yayınlanmamış kalır. Yukarıdaki akış sitometre ilave olarak, literatürde tarif edilen başka mekan ilgili IVD-teknolojileri otomatik 12 sitometresi kamera esaslı immunofenotipleme uygulamalar 16, bütün bir kan boyama aygıtı, entegre potansiyometri, amperometri ve kondüktometrik için taşınabilir bir klinik analizatörü içerir 12,17, teşhis platformu 1 'bir CD'nin üzerinde laboratuvarda' difüzyon tabanlı karıştırma ve ayırma 18, ve bir döner dayanır analit miktar tayini için bir mikroakışkan 'T-sensor' cihazı9,20. Cihaz değerlendirme mümkün kılmak için çalışırken (ya da neyin mümkün olduğunu bulmaktan) azalır yerçekimi testlerine gelenler de in vitro diagnostik ilgisiz parabolik uçuş gösterilerine görünebilir. Iyi belgelenmiş uçuş hazırlığı, uçak içi stratejileri ve uçuş test ekipmanları ile önceki diğer tıbbi veya biyolojik deneylerden gösteriler Tablo 1 15, 21-35 dahildir. Bunlar nedeniyle manuel uçakta görevleri, özel ekipman kullanımı ve deneysel çevreleme dahil bilgilendirici olabilir.
Kategori | Örnekler |
Acil tıbbi bakım | Trakeal entübasyon (laringoskop-güdümlü, on manik21) de, kardiyak yaşam desteği (anestezi domuz) 22 |
Cerrahi bakım | Laparoskopik cerrahi (video 24,25 anestezi Domuzlar üzerinde, 23 simüle) |
Tıbbi görüntüleme veya fizyolojisi değerlendirme | Alt vücut negatif basınç odasına 26, Doppler debimetre (baş üstü) 27, santral venöz basınç monitörü 28 Ultrason |
İhtisas biyolojik ekipman | Mikroplaka okuyucu (ve uçuş torpido gözü) 29, hücre döngüsü deneylerde 30, mikroskop sıcaklık kontrol sistemi (Aydınlık, faz kontrast ve çok kanallı floresan yetenekli) 15, kılcalelektroforez birimi video mikroskobu 31 bağlanmış |
Diğer | Gözlem için forseps 32 bitki hasat, içerdiği sıçanlar 33,34 ve balık 35 |
Peki Açıklanan Yöntemleri / Denemeleri ile Tablo 1. Parabolik Uçuş Gösteri Örnekleri
Önceki örnekler üzerinde genişletmek ve başarılı uçakta gösteriler içine daha fazla fikir sağlamak için, biz bir parabolik uçuş test takımının bir parçası olarak ilgili mikrofluidik karıştırma teknolojisi ile akış sitometresi bir prototip yapımı ve işletmesi için modüler ve uyarlanabilir prosedürü sunuyoruz. Teçhizat örnek yükleme, mikroakışkan karıştırma, ve floresan parçacık algılama gösteriler sağlar ve Uzay Çevre için 2010 NASA Kolaylaştırılmış Access (FAST) parabolik flig Teknede test edildi29 Eylül den 1 Ekim uçakla hts, 2010. Bu gösteriler parmaktan boyutlu kan örnekleri, yüklenen seyreltilmiş veya reaktif ile karıştırıldığı bir potansiyel cihaz iş akışının sırasıyla, başlangıç, orta ve ucundan çekin ve optik yoluyla analiz algılama. Kompakt bir ünite içine bir akış sitometresinin ölçekleme yenilik ve dikkatli bir parçasıdır seçim gerektirir. Örf ve off-the-raf bileşenleri son bileşeni seçimler en iyi erken yaklaşımlar olarak seçilen, burada kullanılan ve diğer yenilikçilerin tasarımlar uyarlanabilir olabilir. Prototip bileşen seçimler bir taslağını ardından, kurulum teçhizat montaj için bir iskelet olarak hizmet veren bir destek yapısı açıklanmıştır. Prototip bileşenler, konumları atanır güvenli ve başarılı bir deney için gerekli ek bileşenler eşlik ediyor. Dikkat sonra standart işletim prosedürü (SOP) geliştirme, eğitim ve diğer lojistik gibi daha soyut işlemler geçer. Son olarak, gösteri özgü prosedürlertanımlamıştır. Belirli prototip için buraya uygulanan rağmen burada açıklanan stratejiler ve teçhizat bileşenleri (örneğin, mikroskop, akrilik kutu, vs.) destek seçenekleri, düşük bir yerçekimi ortamında herhangi bir kan teşhis test donanımları ile ilgili genel sorunları ve zorlukları konuşmak .
2010 uçuşlarda, iki ay-gravite (yaklaşık 1/6 Yerçekimi ulaşma) ve sonuçta bu 3 gün boyunca ertelenmişti rağmen iki mikro-gravite uçuşlar, 4 gün boyunca planlandı. Gösteriler değiştirilmiş özel işletilen, dar gövdeli jet yolcu uçağı 36 onboard yapıldı. Her uçuş, her yüksek yerçekimi indirgenmiş gravite şartlarının 20-25 sn izlemiştir (kabaca 1.8 g) yaklaşık 20 saniye, sonuçta 30-40 parabolas sağladı. Parabolas yarısı idam edildikten sonra, uçak etrafında çevirmek için düzlemini etkinleştirmeniz ve pe ederken iniş bölgesine doğru geri kafa düz uçuşta yaklaşık 5-10 dakikalık bir süre durakladıparabolas kalan rforming.
Burada anlatılan yöntem, zemin test karşılaştırılabilir sonuçlar, 2010 FAST parabolik uçuş sırasında büyük teknoloji bileşenleri (örnek yükleme, mikroakışkan karıştırma, ve optik algılama) etkin gösteri sağladı. Burada tarif edilen eğitim ve SOP yöntemler özellikle etkili olduğu ve parabolik Uçuşa hazır olmaz pratik gösteriler için dayanıyordu araçları ve diğer 'kol değnekleriyle' varlık aydınlatmak için yardımcı oldu.
Gelişme Alanları ?…
The authors have nothing to disclose.
Donanım geliştirme NASA SBIR Sözleşmeler NNX09CA44C ve NNX10CA97C tarafından desteklenmiştir. Optik blok ve örnek yükleyici gösteriler için veri analizi NASA Faz III Sözleşme NNC11CA04C tarafından desteklenmiştir. İnsan kan toplama, NASA IDD Protokol # SA-10-008 kullanılarak gerçekleştirilmiştir. National Instruments Tıbbi Cihaz Hibe Programı aracılığıyla sağlanan Kontrol / kazanım yazılım. Mikroçipler için kalıplar Johns Hopkins mikroimalat imkan ve Nano Sistemler için Harvard Merkezi'nde yapılmıştır. Otto J. Briner ve Luke Jaffe (DNA Tıp Enstitüsü) uçuş haftasında yaz 2010. NASA Uçuş Video personel sağlanan video görüntülerini sırasında raf montaj destekli. Carlos Barrientos (DNA Tıp Enstitüsü) fotoğraf ve şekil yardım sağladı. Teknoloji 2010 Programı Uzay Çevre için Kolaylaştırılmış Erişim, NASA İndirimli Gravity Ofisi, İnsan Adaptasyon ve Önlemler Bölümü, NASA Glenn Araştırma Merkezi Özel sayesinde,ZIN Teknolojileri ve İnsan Araştırma Programı.
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. |