空间站上的先进细菌测试增强了废水监测

用于擦拭空间站的布抵达地球后，在图中所示的带有橙色盖子的水罐中进行冲洗，以去除微生物。然后将该液体浓缩到该小瓶（插图）中，以便通过 InnovaPrep 的 CP Select 系统进行测试。 （图片来源：美国宇航局）

追踪 COVID-19 在社区中的传播情况为公共卫生官员和个人在大流行期间做出明智的决策提供了重要数据。一种被证明有用的方法是收集、浓缩和测试城市废水中是否存在引起疾病的病毒。随着测试的不断进行，美国宇航局开发的一项用于识别航天器内病原体的技术节省了时间，并在地球上产生了可靠的结果。

美国宇航局宇航员梅根·麦克阿瑟从空间站内的表面收集微生物样本，以研究与封闭居住相关的微生物，并预测可能对宇航员健康构成威胁的微生物。 （图片来源：美国宇航局）

几年前授予的几项小型企业创新研究 (SBIR) 合同帮助密苏里州德雷克塞尔的 InnovaPrep LLC 改进了其现有的生物浓缩工艺，并将其应用于国际空间站空气、水中和表面上的病毒、细菌和其他病原体的自动检测。除了使用新的过滤材料、改进工艺并针对空间进行修改之外，该公司还开发了新的制造步骤以实现半自动化生产工艺。在开展 SBIR 工作之前，该公司手工制造了称为移液器的一次性过滤器，每周生产约 200 个。现在，每周产量为 12,000 个，系统可以轻松扩展以满足不断增长的需求。

生产的改善来得正是时候。随着 COVID-19 监测工作的到位，InnovaPrep 可以轻松满足公共卫生部门、商业实验室和研究人员的订单。 InnovaPrep 首席技术官 Andy Page 称赞 NASA 有能力推进其 AirPrep 和 FluidPrep 产品线。

“我们与美国宇航局科学家进行了很多良好的互动，他们提供了很多很好的见解。这种合作非常有价值，”他说。 “SBIR 计划可以让你发现没有资金就无法轻易发现的东西。”

病原体，包括一些细菌和病毒，在零重力下会变得更加有害，因此保持航天器对宇航员的安全需要保持警惕。但样本采集和测试是一项耗时的任务。 NASA 位于南加州的喷气推进实验室带头努力利用自动化提高其效率，喷气推进实验室的高级研究科学家 Kasthuri“Venkat”Venkateswaran 与 InnovaPrep 合作修改其太空样本浓缩技术。

将微生物在加仑水中浓缩至几盎司进行测试可能是一项耗时的任务。但名为 CP Select 的专门 InnovaPrep 过滤系统受益于 NASA 的专业知识，可以在地球上快速实现这一目标。 （图片来源：InnovaPrep LLC）

聚合酶链式反应 (PCR) 测试是获得更快结果的一种选择。 PCR 通过复制许多副本来快速扩增遗传物质（DNA 或 RNA）的小片段。这为基因测试创造了更大的样本，从而更容易识别存在的细菌或病毒的类型。在太空中针对病毒或细菌的特定分子片段比在地球上经常使用的培养活体培养物更可取。

“如果你在太空中培养微生物，这意味着即使是一个细胞也会变成数十亿个细胞。一个细胞不会对人类健康造成任何伤害，但在封闭系统中培养一个细胞是危险的，”Venkateswaran 说。微小的微生物很难找到，因此 NASA 进行了一些研究来找出空间站上的生物。

一项研究要求宇航员在送往地球之前用无菌布擦拭表面。进入实验室后，将布用大量水冲洗，过滤所得液体，并将微生物浓缩成少量液体进行测试。 SBIR 技术旨在浓缩病毒和细菌，减少获得结果所需的时间和成本。

InnovaPrep 在 SBIR 工作中使用了之前的移液器结构，但 NASA 严格的过滤要求迫使该公司寻找新材料。测试表明，最好的选择是由 72 根细吸管制成的中空纤维材料，这些吸管构成移液器内过滤器的一部分。更好的过滤器意味着每个样本捕获更多的病毒和细菌细胞。

然后，该公司自动使用胶水将过滤器固定到位。这提高了设备的性能和可靠性，同时也是提高产量的第一步。

清理毅力号火星车的硬件是美国宇航局行星保护战略的一步，旨在限制进入火星的地球微生物数量。喷气推进实验室洁净室是地球上最干净的地方之一，它使用 InnovaPrep 技术开发了程序，在飞行前检查表面是否有任何微生物。 （图片来源：美国宇航局）

NASA 的要求还促使 InnovaPrep 提高泡沫液体的质量，以去除过滤器中截留的微生物。

为了浓缩样品以准备分析（包括 PCR 测试），带有过滤器的移液器捕获悬浮在水样中的分子和微生物。下一步称为湿泡沫洗脱，将发泡液体推入移液管，穿过过滤器的内表面，以从液体样品中回收生物体或污染物。这会将它们推入小瓶中，准备进行测试。

美国宇航局的申请需要修改在太空中发挥作用的过程，并延长洗脱液的保质期。液体罐经过改造，可以在微重力下分配液体，并在使用前放置一年或更长时间。经过一些工作，InnovaPrep 满足了 NASA 的所有要求。

为零重力而创建的生物浓缩系统尚未在空间站上使用，但地球上的公司正在通过技术升级节省时间和金钱。 InnovaPrep 提供的水和空气监测设备的优点之一是使用简单。与在实验室中培养培养物不同，不需要特殊培训。

不仅仅是追踪流行病，还需要对病原体进行集中和测试。娱乐设施使用 InnovaPrep 技术来监测游泳池的水质。医院用它来筛查室内空间，以尽可能保持无菌状态。定期对冷却塔和市政供水系统的水进行军团菌检测 细菌，可能导致严重的肺炎。

农民测试灌溉水是否含有病原体，食品制造商监测农产品和设备冲洗情况，以消除食源性疾病。事实上，企业现在使用的 InnovaPrep FluidPrep 浓缩器非常高效，以至于 JPL 使用该商业设备开发了一系列洁净室协议。

当美国宇航局向其他行星体发送硬件时，技术人员会尽力确保其尽可能清洁。目的是消除地球上的微观搭便车者，以限制污染的机会。洁净室工作人员使用一块三英尺见方的无菌布擦拭大表面，尽可能多地去除生物物质。

“如果你增加收集的表面积，那么显然你使用的液体也会增加。而且你必须进行繁琐的过滤，”Venkateswaran 说。 “所有材料都必须不含 DNA，因此我们要求 InnovaPrep 开发出一种比他们现有产品更加无菌的产品。他们开发了这项技术，以确保他们的产品不含生物分子。”

已发表的研究验证了洁净室程序的有效性，帮助 InnovaPrep 增加了需要无菌环境的新客户。但 InnovaPrep 最大的客户群仍然是废水监测。

如需了解更多信息，请访问此处。