استخدام خلايا تفاعل الذهب والتيتانيوم المرنة لمحاكاة النشاط الميكروبي المعتمد علي الضغط في سياق الحيوية تحت السطحية

يصف البيومينينغ المعالجة البيولوجية المطبقة لاستخراج النحاس والمعادن الأخرى الضغط من الصخور عن طريق حل كبريتيدات المعادن بمساعدة البكتيريا الحمضية. على سبيل المثال، النحاس هو خام الكومباشيفا يمكن استخراجها مع هذه البكتيريا عن طريق حل كبريتيدات. ثم يتم توليد محلول كبريتات غني النحاس الذي يمكن استخراج النحاس بسهولة.

في الموقع biomining هو استخراج المعادن بمساعدة البكتيريا دون الحاجة إلى أنشطة الحفر والتعدين تحت الأرض أو في حفرة مفتوحة. بدلا من ذلك، يتم ضخ محلول حمضي غني بالحديد في تشكيل الصخور، يتم حل الكبريتيدات المعدنية ويتم ضخ المحلول الغني بالمعادن مرة أخرى إلى السطح الذي يمكن استخراج المعادن منه. في هذه التجربة بالذات، هناك خلية مفاعل عالي الضغط تحاكي الظروف في التكوين العميق.

تتم دراسة البكتيريا ونشاطها المرتبط بالحد من الحديد إلى جانب أكسدة مركبات الكبريت ، وعلى وجه الخصوص نحن مهتمون لمعرفة مدى نشاط الخلايا تحت ضغط عال ، وكيف تتغير معدلاتها تحت الضغط. للتجارب، يمكن استخدام مفاعل الضغط العالي، كما هو موضح هنا، ويمكن محاكاة ظروف الضغط تصل إلى 350 قضبان. يتكون الجزء السفلي من مفاعل عالي الضغط من وعاء مفاعل ، يمكن أن يحتوي على عينة سائلة مع الثقافة الميكروبية.

يوفر رئيس المفاعل مجموعة متنوعة من الاتصالات لتدابير السلامة وأجهزة الاستشعار للرصد. على سبيل المثال، درجة الحرارة أو الضغط داخل المفاعل. معظم المفاعلات ذات الضغط العالي مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

هذه المواد توفر مرونة عالية وخصائص جيدة الآلات. ومع ذلك، بالنسبة لبعض التطبيقات مثل تجارب مع حلول مائي الحمضية أو الحد الشديد، قد لا تكون مقاومة التآكل لسطح الفولاذ المقاوم للصدأ كافية. إحدى الطرق لتجنب هذا هو إدخال بطانة في وعاء المفاعل.

هنا، بطانة مصنوعة من التيفلون. تيفلون لديه مقاومة عالية للتآكل، ولكن يأتي مع ارتفاع خطر التلوث، كما أنه لا يمكن تعقيمها عن طريق autoclaving والوجوه الحديد قد تترسب على سطحه. آخر مادة بطانة التي يمكن استخدامها هو زجاج الكوارتز.

فمن السهل لتنظيف، يمكن تعقيمها بواسطة autoclaving، وأقل تأثرا الحمضية أو الحد من الحلول المائية على الرغم من أن المواد بطانة يمكن أن تساعد على منع ردود الفعل غير المرغوب فيها من عينة مع جدار مفاعل الفولاذ المقاوم للصدأ، لا تزال هناك العديد من المشاكل. إذا تم تشكيل غاز تآكل، على سبيل المثال كبريتيد الهيدروجين، قد يتفاعل هذا الغاز مع السطح غير المكشوف لرأس المفاعل يجلس فوق بطانة. وثمة عيب آخر هو أنه لا يمكن سحب العينة من المفاعل دون تغيير الضغط.

للتغلب على هذه القيود، استخدمنا خلية رد فعل خاصة، حقيبة ذهبية مرنة مع رأس التيتانيوم. سطح الذهب هو مقاومة للتآكل نحو الحمضية أو الحد من الحلول والغازات. سطح التيتانيوم خامل للغاية أيضاً.

عندما لتشكيل طبقة ثاني أكسيد التيتانيوم المستمر، هنا مرئية باللون الأزرق الداكن. أثناء أخذ العينات، وحقيبة الذهب يتقلص في الحجم. لا ينبغي أن يتم تخفيض حجم حقيبة الذهب بأكثر من 50٪ لمنع تشكيل مكامن الخلل الحادة وحواف.

الأجزاء المعروضة هنا هي القطع الفردية من الإعداد الداخلي لتجربة الكيس الذهبي. يمكن للمرء أن يرى، من أسفل إلى أعلى، ومرنة خلية رد فعل حقيبة الذهب، ونظام ختم التيتانيوم، والتي تتكون من رأس التيتانيوم، غسالة، وضغط حلقة جريئة، وأنابيب أخذ العينات وصمام للوصول إلى خلية رد الفعل أثناء وضع التشغيل. الآن، ننقل العينة إلى خلية رد فعل التيتانيوم الذهبي.

أولا، فتح وفتح الغرفة فارغة، وتحميل جميع المواد الواردة على علبة المنقولة. أغلق الغطاء الأمامي واغلقه. بعد إخلاء مضادة للغرفة، وارتداء زوج القفازات والحصول على الأقرب إلى الغطاء الداخلي.

فتح وفتح الغطاء الداخلي لإزالة المواد الواردة من علبة المنقولة. فك حقيبة الذهب النظيفة وتأمين موقفها. فتح زجاجة المصل الذي يحتوي على 100 مل من الثقافة البكتيرية والكبريت عنصري.

يهز بلطف زجاجة المصل ونقل الثقافة البكتيرية في كيس الذهب. أدخل رأس التيتانيوم مع أنبوب تجميع في غطاء التيتانيوم على حقيبة الذهب. ثم، حرك الغسالة و حلقة الضغط الجريئة فوق أنبوب أخذ العينات من التيتانيوم.

قم بـ مسامير الدردار الستة بنفس القدر لضمان توزيع ضغط حتى لقبعة التيتانيوم على الحافة العليا للكيس الذهبي في غطاء التيتانيوم. هذا هو سطح الختم من الذهب التيتانيوم رد فعل الخلية. إعادة تركيب صمام أخذ العينات في الجزء العلوي من أنبوب التيتانيوم.

تشديد اتصال اليد ضيق. ثم، تأكد من إغلاق الصمام. الآن، القطعة الأساسية للمفاعل عالي الضغط تم تجميعها بالكامل ويمكن تركيبها في قبعة المفاعل.

الآن، يمكن أن يتم تركيب مفاعل الضغط العالي. ويأتي هذا مع التعرض قصيرة جدا من الطرف المفتوح من أنبوب أخذ العينات إلى الغلاف الجوي المحيطة بها، كما صمام أخذ العينات يجب أن تتم إزالته للحصول على أنبوب من خلال ختم المسمار في رأس المفاعل. توقف عن إزالة صمام أخذ العينات والمسامير من أنبوب أخذ العينات.

توجيه أنبوب من خلال رئيس المفاعل، الشريحة المسمار كبيرة على الأنبوب، وربط الغطاء الصغير. الآن لا يمكن لتجميع خلية رد الفعل الانزلاق مرة أخرى من خلال رأس المفاعل وكلتا اليدين هي حرة لإعادة تثبيت صمام أخذ العينات. إزالة رئيس المفاعل من نائب مقاعد البدلاء لتثبيته على سفينة المفاعل.

رئيس المفاعل، بما في ذلك الزوجين الحراريين، يجب أن يوضع بعناية على وعاء المفاعل، لا لتلف كيس الذهب أو الزوجين الحراريين. وأخيراً، يتم إصلاح الغطاء القوي، المزود بحلقة الانقسام ومسامير الضغط، حول رأس المفاعل وسفينته لختم النظام بشكل مناسب. يتم تركيب المفاعل عالي الضغط بعناية في الجهاز الهزاز لتجنب الإصابات المحتملة ، وخاصة كدمات الأصابع.

يتم تثبيت مفاعل الضغط العالي من قبل اثنين من المشابك انزلقت على زوج من مسامير. غسالات و المكسرات المسمار عقد المشابك في مكان. قم بتوصيل وحدات التحكم للزوجين الحراريين ومستشعر الضغط.

من المهم ضمان الطول الكافي للأسلاك للحركة الهزازة ، مع منع محتواه لتسخين أسطحها. وأخيرا، حرك عنصر التدفئة على وعاء المفاعل، وتشديد لها المسمار قفل. المياه للضغط على النظام مأخوذ من خزان بواسطة مضخة الضغط العالي.

يتم نقله من خلال الشعيرات الدموية الفولاذية غير القابلة للصدأ إلى مفاعل الضغط العالي. هزاز من مفاعل الضغط العالي يضمن خلط شامل من خلية رد الفعل. على سبيل المثال، من الغاز، والسوائل، و / أو المراحل الصلبة في ذلك.

سرعة الهزاز أبطأ المهم لمنع تلف حقيبة الذهب من قبل المواد الصلبة سريعة الحركة، أو عن طريق تشكيل بسبب آثار الجاذبية على الذهب مرنة في درجات حرارة مرتفعة. نظامنا قادر على تدوير حول على زاوية خضراء وصفراء على المؤشر، الذي هو ما يقرب من 180 درجة. يتم تسجيل المعلمات التجريبية في وقت واحد من قبل برنامج.

لأخذ عينة، يتم إرفاق حقنة 5 ملليلتر بواجهة القفل الصغيرة لصمام أخذ العينات في الجزء العلوي من المفاعل عالي الضغط. افتح الصمام بعناية. يتم دفع العينة السائلة إلى الحقنة تلقائيا عن طريق الضغط المفرط داخل خلية التفاعل.

أغلق الصمام بعد أن يصل حجم العينة إلى ملليلتر واحد. فصل الحقنة. يتم نقل العينة في الحقنة على الفور إلى أنبوب مليلتر اثنين لمزيد من المعالجة.

يتم تحديد الحد من الميكروبات من الحديد الحديدي للحد الحديدي في خلية رد الفعل عن طريق التحليل الضوئي. سلسلة من الحلول القياسية للحديد الحديدي التي تحتوي على الأرجواني اللون تركيز الحديد الحديد تعتمد المركبة والمؤشر، حديد ferrocene، بمثابة عامل معايرة. تظهر نتائج تجربة المفاعل عالي الضغط مع خلية تفاعل التيتانيوم الذهبية الخاصة أن البكتيريا تتأكسد الكبريت والحديد الحديديك إلى الحديد الحديدي وأن هناك تأثيرًا كبيرًا على الضغط.

في الشكل، تظهر زيادة تركيزات الحديد الحديدي على مدى فترة 22 يوما للتجربة التي أجريت في ضغوط من شريط واحد و 100 بار. وقد تم اكتشاف 31 و 13 مليمول تقريبا من الحديد الحديدي في المقايسات في شريط واحد و 100 بار على التوالي. وهذا يدل بوضوح على أن الخلايا الميكروبية كانت نشطة حتى في 100 بار، ولكن أن نشاطها للحد من الحديد الحديدي كان أقل بكثير في الضغط العالي.

تُظهر صورة المجهر الإلكتروني المسحي الخلايا على شكل قضيب تنمو في التجربة بضغط منخفض وعالي. خلية رد فعل الذهب التيتانيوم مرنة التيتانيوم التي وضعتها سيفريد وزملاء العمل في عام 1979 لديه القدرة على استخدامها لمجموعة متنوعة من التحقيقات العلمية، وجميع منهم بما في ذلك ردود الفعل مع الغازات المسببة للتآكل والسوائل. ويمكن أن يكون أحد التطبيقات هو تحديد قابلية ذوبان الحديد والغازات في درجات الضغط ودرجات الحرارة العالية.

آخر واحد قد يكون تحديد ردود الفعل الجارية في أثناء تشكيل النفط والغازات. والثالث، كما هو الحال في الدراسة هنا، يمكن أن يكون التحقيق في ردود الفعل الميكروبية في الضغوط المرتفعة ودرجات الحرارة.