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ラボオンチップ応用開発（LOCAD ）要素は、 NASAにおける一連の関連ラボオンチッププロジェクトです。これらのプロジェクトは、宇宙探査に関連する3つの分野、すなわち環境制御・生命維持システム（ECLSS）、医療システム、および遠隔探査において、統合型ラボオンチップ製品を開発します。NASAは、これらのプロジェクトに関連する活動を、NASAマーシャル宇宙飛行センターと国際宇宙ステーション（ISS）の両方で実施しています。
ラボオンチップアプリケーション開発ポータブルテストシステム（LOCAD-PTS ）は、国際宇宙ステーション（ ISS）での微生物モニタリング用の携帯型デバイスです。 [ 1 ]これは、チャールズリバーラボラトリーズが製薬およびヘルスケア業界で使用するために開発したエンドセーフポータブルテストシステム（Endosafe-PTS）から発展したものです。 [ 2 ] 2004年から2005年にかけて、チャールズリバーラボラトリーズは、カーネギー科学研究所およびNASAマーシャル宇宙飛行センター（BAEシステムズおよびジェイコブステクノロジーを含む）と協力し、宇宙飛行用にエンドセーフPTSデバイス（およびサンプル処理システム）を改良しました。LOCAD-PTSプロジェクトは、主にNASAの探査システムミッション局（ESMD）の探査技術開発プログラム（ETDP）の下、特に先進環境モニタリングおよび制御（AEMC）の傘下で資金提供を受けています。[ 3 ]
装置本体（またはリーダー）の重量は2.2ポンドで、分光光度計、ヒーター、ポンプが一体化されており、さまざまな微生物分子の検出用に複数の交換可能なカートリッジで動作します。ISSには、エンドトキシン、グルカン、リポテイコ酸という3種類の微生物分子を検出するための3種類のLOCAD-PTSカートリッジが搭載されています。これらの3種類の分子は、それぞれグラム陰性菌、真菌、グラム陽性菌に主に存在します。エンドトキシンとグルカンは、カブトガニ（ Limulus polyphemus ）由来のリムルスアメボサイトライセート（LAL）酵素カスケードで検出されます。リポテイコ酸は、ヨナガニ（Cancer borealis）由来のプロフェノールオキシダーゼ（PPO）酵素カスケードで検出されます。これらの酵素カスケードは、微弱な信号を増幅することで、非常に少量の出発微生物物質の検出を可能にします。宇宙飛行士は、船室表面から綿棒でサンプルを採取し、エンドトキシンを含まない水に溶解させ、微小重力下でLOCAD-PTSを用いて定量分析を15分以内に完了できる。一方、ISSにおける従来の培養法では数日を要し、地上の科学者によるより詳細な分析のためにサンプルを地球に持ち帰る必要がある場合が多い。
LOCAD-PTSは、2006年12月9日にスペースシャトル・ディスカバリー号STS-116でISSに打ち上げられました。ISSに4か月間保管された後、この装置は2007年3月31日に第14/15次長期滞在のフライトエンジニア、スニ・ウィリアムズによってUnity内で表面を分析するために初めて使用されました。[ 4 ]それ以来、LOCAD-PTSは第16次長期滞在から第18次長期滞在までのクルーによって、ISS全体の微生物物質を監視するために広く使用されてきました。LOCADチームは、NASAマーシャル宇宙飛行センターのNASAペイロード運用統合センター（POIC）のコンソールから、ISSでのLOCAD-PTSの各運用をサポートしてきました。LOCAD-PTSは、2009年10月まで、第20次長期滞在の宇宙飛行士マイク・バラットとティム・コプラによってISSで引き続き使用されます。
ISS運用の第一段階は2007年3月から2008年2月（第14～16次長期滞在）に行われ、ISS内の表面のエンドトキシンを検出するためにLALカートリッジが使用されました。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ISS表面の細菌のほとんどがグラム陽性であるという以前の示唆にもかかわらず、エンドトキシンはISS全体に分布していることがわかりました。[ 8 ]エンドトキシンはすべての表面部位の50%で検出され、運動、衛生、睡眠、食事エリア内の表面によく見られました。培養ベースの接触スライド法でコロニー形成単位（CFU）が観察されたすべての表面部位でエンドトキシンが検出されました。ベータ-1,3-グルカンの検出用LAL-グルカンカートリッジは、2008年3月にスペースシャトルSTS-123でISSに打ち上げられました。これらのカートリッジの予備的な結果は、エンドトキシンで観察されたものと同様のパターンを示しましたが、グルカンはより高いレベルで検出され、ISS全体にはるかに広く分布していることがわかりました。[ 9 ]リポテイコ酸の検出用グラム+カートリッジは、 2008年11月14日にSTS-126でISSに打ち上げられました。これらのカートリッジのテストは、第18次および第20次長期滞在中に実施されました。
LOCAD-PTSが宇宙に打ち上げられる前に、放物線飛行を用いて模擬微小重力下で広範囲に試験され、機器の正常な機能とサンプル処理手順が検証されました。[ 10 ] [ 11 ]また、地球上の極限環境における微生物の生命を研究するための科学探査にも数年間使用されました。これらの極限環境には、 NASAが後援した北極火星類似スバールバル探検隊（AMASE）中の北極圏高緯度（北緯80度）のスバールバル諸島[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]、2004年と2006年のロシア・NASA宇宙生物学研究所（NAI）探検隊中のロシア極東カムチャツカの火山[ 16 ] [ 17 ] 、2005年と2006年のNASA砂漠研究技術研究（Desert RATS）中のアリゾナ砂漠[ 18 ] [ 12 ] [ 14 ] 、宇宙飛行士ペギー・ウィットソン指揮下のNASA極限環境ミッション運用（NEEMO）第5次探検隊中のフロリダキーズの水中居住施設アクエリアス[ 19 ] [ 20 ] 、そしてマウント・エベレスト。[ 21 ]
LOCAD-PTSは、NASAの先進環境監視制御（AEMC）プログラム内でサポートされている技術であり、AEMCプログラムは、NASAの探査システムミッション局（ESMD）の探査技術開発プログラム（ETDP）によってサポートされています。AEMC内のすべての技術は、米国国家研究評議会によってレビューされており、LOCAD-PTSは現在、軌道上で2年以上の運用経験があります。[ 22 ]
LOCAD-PTS Exploration は、NASA の科学ミッション局の月火星類似ミッション活動 (MMAMA) プログラムによって資金提供されている ISS 実験です。[ 23 ]これは、BAE システムズ、チャールズ リバー ラボラトリーズ (CRL)、NASAジョンソン宇宙センター(宇宙飛行士オフィス、乗員および熱システム部門、船外活動(EVA) および乗員生存システム部門)、NASAケネディ宇宙センター、NASAマーシャル宇宙飛行センターの共同プロジェクトです。この実験の目的は、月と火星の有人探査に備えて、打ち上げ前と打ち上げ後の両方で、有人宇宙飛行に関連する生物学的物質の拡散を監視および記録するための手順を設計およびテストすることです。LOCAD-PTS Exploration 実験は、NASA の科学ミッション局 (SMD) の月火星類似ミッション活動 (MMAMA) プログラムによって資金提供されており、ISS に搭載された最初の SMD 資金提供実験です。
ISSのスターボードS6トラスセクションは、NASAのケネディ宇宙センターにある宇宙ステーション処理施設（SSPF）に設置されていた2008年10月と12月にLOCAD-PTSを用いて解析され、その後スペースシャトル・ディスカバリーSTS-119の打ち上げ後に宇宙空間でも再び解析された。
S6トラスは、2009年3月19日、飛行5日目に、スティーブ・スワンソン（EV1）とリチャード・R・アーノルド（EV2）による最初の船外活動中に宇宙空間で拭き取られました。この「拭き取り」は、宇宙服の手袋を使って間接的に行われました。手袋自体は、第18次長期滞在のフライトエンジニアであるサンディ・マグナスによって、船外活動の前後に、ISS内でLOCAD-PTSを用いて拭き取られました。拭き取られたサンプルは、2009年3月21日、飛行7日目にマグナスによってISS上で分析されました。この実験は、有人宇宙飛行において、船外活動の乗組員が船外活動前に微生物の有無を検査した初めての事例であり、STS-119の乗組員がSTS-119の宇宙からのビデオ会議でオバマ大統領に言及しました。[ 24 ]この種の手順は、NASAの他の惑星での生命探査の目標[ 25 ]を支援し、惑星保護規制を遵守するために、生物学的物質の拡散を監視および記録するために必要となる。
2009年8月5日から8日にかけて、39A発射台のペイロード交換室で、フライト17A多目的補給モジュール（MPLM）「レオナルド」に対してLOCAD-PTS探査試験がさらに実施されました。17A MPLMは、2009年8月25日に打ち上げ予定のスペースシャトル・ディスカバリーSTS-128のペイロードベイに挿入された後にも試験されました。MPLM自体に加えて、回転サービス構造（RSS）と移動式発射台（MLP）全体の微生物調査も実施されました。17A MPLMの外面は、STS-128の着陸後にも試験されます。各MPLMは貨物運搬車であり、スペースシャトルのペイロードベイで地球に持ち帰られます。
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