Name: La cuantificación de los metales pesados y otros contaminantes inorgánicos en la productividad de microalgas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 20 s
Description: Aprende a cuantificar el impacto y destino final de metales pesados en sistemas de cultivo de microalgas Nannochloropsis salina mediante ICP-MS. Este método permite evaluar la acumulación de contaminantes y su efecto en la productividad algal.

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Los autores desean agradecer la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias (premio # 1335550), el Laboratorio de Investigación del Agua de Utah, la profesora Joan McLean y Tessa Guy por su ayuda durante el análisis de metales/metaloides. Los autores también agradecen a Laura Birkhold por su apoyo con la recopilación de datos y a Danna Olbright.

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Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

N. microalgas Saline salina puede cultivar con éxito en el sistema de crecimiento diseñado con resultados repetibles y altos rendimientos de biomasa. Puente aéreo de la mezcla permitió un cultivo suspendido bien mezclada con sedimentación mínima o la contaminación biológica durante los períodos de crecimiento de 7 días. La variabilidad mínima luz a través del banco de luz fluorescente también se destaca por no producen diferencias notables en el crecimiento. El estudio mues...

En comparación con los cultivos terrestres tradicionales han demostrado microalgas para lograr altos rendimientos de biomasa y de lípidos debido a las eficiencias inherentes 1,2 de conversión solar más altos. El cultivo de microalgas a altas tasas de productividad requiere el suministro de varios nutrientes, incluyendo una fuente de carbono externa. Se espera que las instalaciones de crecimiento a gran escala se integrarán con flujos de residuos industriales, tales como gas de combustión industrial con el fin de minimizar los costos de producción y al mismo tiempo proporcionan remediación ambiental. De carbono de residuos industriales es típicamente en forma de dióxido de carbono gaseoso y puede contener contaminantes que tienen el potencial de afectar negativamente a la producción de microalgas. Específicamente, los gases de combustión derivados de carbón tendrá una variedad de contaminantes, incluyendo pero no limitado a los productos de combustión de agua y dióxido de carbono, así como óxidos de azufre y nitrógeno, polvo fino, contaminantes orgánicos, tales como dioxinas y furanos, y con inorgánicacontaminantes como los metales pesados. El impacto de la mayoría de estos contaminantes, incluyendo compuestos inorgánicos con algunos de ellos conocidos como los metales pesados ​​en la productividad de las microalgas no se han explorado. Algunos de estos elementos pueden ser nutrientes en las concentraciones adecuadas, sin embargo a concentraciones más altas pueden producir disfunción de las células e incluso la muerte 3. La integración de microalgas con gas de combustión industrial tiene el potencial de introducir directamente los contaminantes inorgánicos en medio de crecimiento. Gas de combustión a base de carbón tiene una variedad de elementos inorgánicos (por ejemplo, As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V y Zn) a diversas concentraciones algunas de las cuales, en baja concentración, representan nutrientes para el crecimiento de microalgas. Contaminantes inorgánicos tienen una alta afinidad para unirse a microalgas y además estar absorbido internamente a través de transportadores de nutrientes. Algunos contaminantes inorgánicos (es decir, Co, Cu, Zn y Mn) son nutrientes que forman parte de enzimas implicand en la fotosíntesis, la respiración y otras funciones 3,4. Sin embargo, en exceso de metales y metaloides pueden ser tóxicos. Otros elementos, como Pb, Cd, Sn, Sb, Se, As y Hg, no se conocen para apoyar la función celular en cualquier concentración y representar a los metales no nutrientes que podrían afectar negativamente el crecimiento 3,5,6 cultura. La presencia de cualquiera de estos contaminantes tiene el potencial de producir efectos negativos sobre la función celular de microalgas. Además, la interacción de múltiples metales con microalgas complica la dinámica de crecimiento y tiene el potencial de impactar el crecimiento. Economía a gran escala han sido directamente vinculados a la productividad del sistema de cultivo 7-19. Por otra parte, reciclar medio en el sistema de crecimiento de microalgas, ya sea para estanques abiertos de rodadura (ORP) o fotobiorreactores (PBR) es fundamental, ya que representa el 99,9 y el 99,4% de la masa, respectivamente 20. La presencia de contaminantes inorgánicos en los medios de comunicación en última instancia, podría limitar mproductividad icroalgae y el reciclaje de los medios de comunicación debido a la acumulación de contaminantes. Este estudio determinó experimentalmente el impacto de 14 contaminantes inorgánicos (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V y Zn), en concentraciones esperadas de la integración de los sistemas de cultivo de microalgas con carbón deriva de gases de combustión, en la productividad de N. salina cultiva en PBR transporte aéreo. Los contaminantes utilizados en este estudio se ha demostrado que no sólo estar presente en los gases de combustión a base de carbón, pero los gases de combustión a base de residuos municipales, los gases de combustión biosólidos basada, las aguas residuales municipales, agua producida, deterioro de las aguas subterráneas y el agua de mar 21-23. Las concentraciones utilizadas en este estudio se basan en lo que se esperaría si los sistemas de crecimiento de microalgas se integraron con una fuente basada en el carbón de CO 2 con una eficacia demostrada en la captación de los sistemas de derechos de obtentor comerciales 20. Los cálculos detallados de apoyo las concentraciones de los metales pesados ​​y contaminantes inorgánicos se presentan en Napanet al. se utilizaron 24 técnicas analíticas para entender la distribución de la mayoría de los metales en la biomasa, medios de comunicación y el medio ambiente. Los métodos presentados permitieron la evaluación de la productividad potencial de las microalgas bajo estrés contaminante inorgánico y cuantificación de su destino final.

<table><tbody><tr><td>Productos químicos</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de sodio</td><td>Fisher Scientific</td><td>S271-3</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de calcio dihidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>C79-500</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de potasio</td><td>Fisher Scientific</td><td>P217-500</td><td></td></tr><tr><td>Meta silicato de sodio nonahidratado&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>S408-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato de magnesio heptahidratado&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>M63-500</td><td></td></tr><tr><td>Nitrato de potasio</td><td>EMD Chemical</td><td>PX1520-5</td><td></td></tr><tr><td>Fosfato de potasio monobásico&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>P285-500</td><td></td></tr><tr><td>Citrato férrico de amonio</td><td>Fisher Scientific</td><td>I72-500</td><td></td></tr><tr><td>Ácido bórico</td><td>Fisher Scientific</td><td>A73-500</td><td></td></tr><tr><td>Molibdato de sodio, dihidratado</td><td>EMD Chemical</td><td>SX0650-2</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de manganeso tetrahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato de zinc heptahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>Z68-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato cúprico pentahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>C489-500</td><td></td></tr><tr><td>Biotina&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>230090010</td><td></td></tr><tr><td>Tiamina &nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>148990100</td><td></td></tr><tr><td>vitamina B12&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>405920010</td><td></td></tr><tr><td>cloruro de cobre (II) dihidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221783-100G</td><td>Irritante, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Cloruro de plomo (II)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>268690-250G</td><td>Tóxico, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Dicromato de sodio dihidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>398063-100G</td><td>Oxidante, altamente tóxico, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Cloruro de cobalto (II) hexahidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>255599-100G</td><td>Tóxico, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Cloruro de níquel (II) hexahidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223387-500G</td><td>Tóxico, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Arsento de sodio (meta)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71287</td><td>Tóxico, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Cloruro de cadmio&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>202908-10G</td><td>Altamente tóxico, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Cloruro de mercurio (II)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>215465-100G</td><td>Tóxico, peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Cloruro de estaño (II) dihidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>T142-500</td><td>Corrosivo. Adecuado para el análisis de Hg. Muy peligroso.</td></tr><tr><td>Cloruro de manganeso tetrahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Óxido de vanadio (V)</td><td>Acros Organics</td><td>206422500</td><td>peligroso para el medio ambiente</td></tr><tr><td>Dióxido de carbono&nbsp;</td><td>Air Liquide</td><td>I2301S-1</td><td></td></tr><tr><td>Peróxido de hidrógeno</td> comprimido <td>H325-500</td><td>Fisher Scientific</td><td>30% en agua</td></tr><tr><td>Estándar ICP-MS</td><td>ICP-MS-6020 Estándares de</td><td>alta pureza Estándar</td><td></td></tr> de <tr><td>mercurio</td><td>CGHG1-1</td><td>Inorganic Ventures</td><td>1000&plusmn; 6 y micro; g/mL en ácido nítrico al 5%</td></tr><tr><td>Argon</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Helio comprimido</td></tr><tr><td>Air</td><td>Liquide</td><td></td><td>Comprimido, ultra alta pureza</td></tr><tr><td>Hydrogen</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Comprimido, ultra alta pureza</td></tr><tr><td>Ácido nítrico</td><td>Fisher Scientific</td><td>A509-P212</td><td>67-70% ácido nítrico, grado de trazas de metal. Precaución: manipule debajo de la campana extractora.</td></tr><tr><td>Ácido clorhídrico</td><td>Fisher Scientific</td><td>A508-P212</td><td>35% de ácido clorhídrico, grado de trazas de metal. Precaución: manipule debajo de la campana extractora.</td></tr><tr><td>Equipo</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Científico esterilizador de prevacío</td><td>Steris</td><td>31626A</td><td>SV-120</td></tr><tr><td>Centrífuga</td><td>Thermo Fisher</td><td>46910</td><td>RC-6 Plus</td></tr><tr><td>Espectrofotómetro</td><td>Shimadzu</td><td>1867</td><td>UV-1800 controlador de</td></tr><tr><td>pH</td><td>Hanna</td><td>BL981411</td><td>X4</td></tr><tr><td>Rotómetro, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-151-SSV</td><td>T31Y</td></tr><tr><td>Rotómetro, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-26-SSV</td><td>T35Y</td></tr><tr><td>Circulador de baño de agua</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-873-45A</td><td></td></tr><tr><td>Enfriador compacto</td><td>VWR</td><td>13270-120</td><td></td></tr><tr><td>Liofilizador</td><td>Labconco</td><td>7752020</td><td></td></tr><tr><td>Plato de agitación</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-100-49S</td><td></td></tr><tr><td>Electrodo de laboratorio de pH</td><td>Phidgets Inc</td><td>3550</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente</td><td>Agilent Technologies</td><td>Serie 7700 ICP-MS</td><td>Acoplado al muestreador automático CETAC ASX-520</td></tr><tr><td>FIAS 100</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B0506520</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro de absorción atómica</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>AAnalyst 800</td><td></td></tr><tr><td>Calentador de celda (cuarzo)</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B3120397</td><td></td></tr><tr><td>Rotor de microondas</td><td>Milestone</td><td></td><td>programable, potencia máxima de 1.200 W</td></tr><tr><td></td><td>Rotor Milestone</td><td></td><td>con recipientes de teflón de 24-75 ml para digestión asistida por microondas en recipiente cerrado.</td></tr><tr><td>Materiales</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956; m filtro de jeringa</td><td>Whatman</td><td>6713-0425</td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956; m filtro de jeringa</td><td>Whatman</td><td>6713-1650</td><td></td></tr><tr><td>0.45 &#956; m filtro de jeringa</td><td>Thermo Fisher</td><td>F2500-3</td><td></td>Tubos de</tr><tr><td>poliestireno</td><td>Evergreen</td><td>222-2094-050</td><td>17 x 100 mm con tapón, 16 ml, polisterino</td></tr><tr><td>Octogonal magnético&nbsp; revolver&nbsp; barras</td><td>Fisher scientific</td><td>14-513-60</td><td>Imanes recubiertos de fluoropolímero de PTFE</td></tr></tbody></table>

la cuantificación de los metales pesados ​​y otros contaminantes inorgánicos en la productividad de microalgas

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

El aumento de la demanda de combustibles renovables tiene investigadores que investigan la viabilidad de materias primas alternativas, como las microalgas. Ventajas inherentes incluyen alto potencial de rendimiento, el uso de tierras no cultivables y la integración con los flujos de residuos. Los requisitos de nutrientes de un sistema de producción de microalgas a gran escala requerirán el acoplamiento de los sistemas de cultivo con recursos de los residuos industriales, tales como el dióxido de carbono del gas de combustión y los nutrientes de las aguas residuales. Contaminantes inorgánicos presentes en estos residuos potencialmente pueden conducir a la bioacumulación en la biomasa de microalgas afectar negativamente la productividad y la limitación de su uso final. Este estudio se centra en la evaluación experimental de los efectos y el destino de los 14 contaminantes inorgánicos (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V y Zn) en el crecimiento salina Nannochloropsis . Las microalgas se cultivan en fotobiorreactores iluminados en 984 mol m -2 s -1 y se mantiene a pH 7 en un crecimiento media contaminado con contaminantes inorgánicos en los niveles esperados en base a la composición que se encuentra en los sistemas de gas de combustión de carbón comerciales. Los contaminantes presentes en la biomasa y el medio al final de un período de 7 días de crecimiento se cuantificaron analíticamente a través de vapor frío espectrometría de absorción atómica para Hg y por medio de ICP-MS para As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V y Zn. Los resultados muestran N. salina es una cepa sensible al entorno multi-metal con una disminución estadística en la biomasa yieldwith la introducción de estos contaminantes. Las técnicas presentadas aquí son adecuados para cuantificar el crecimiento de algas y determinar el destino de los contaminantes inorgánicos.

Rendimientos de biomasa Producción de N. salina en el sistema de PBR usado en este estudio creció de 1 g / L -1 a 8,5 ± 0,19 g / L -1 (N = 12) para los reactores de control y de 4,0 ± 0,3 g / L -1 (N = 12) para el multi-metal contaminado en 7 días. Los experimentos producen datos repetibles través de reactores por triplicado y varios lotes. Figura 2A muestra la densidad de cultivo de la media con muy pequeño error estándar basado en ...

La integración del cultivo de microalgas con los gases de combustión industriales introducirá en última instancia metales pesados y otros compuestos inorgánicos en los medios de crecimiento. Este estudio presenta un procedimiento utilizado para determinar el destino final y el impacto de los metales pesados y contaminantes inorgánicos en el crecimiento de Nannochloropsis salina cultivada en fotobiorreactores.

La cuantificación de los metales pesados ​​y otros contaminantes inorgánicos en la productividad de microalgas

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

El objetivo general de este procedimiento es cuantificar el impacto y el destino final de los metales pesados introducidos en sistemas de crecimiento de microalgas como resultado del dióxido de carbono proveniente de plantas eléctricas de carbón que se utiliza como fuente de carbono para el crecimiento. Esto se logra primero comprendiendo los niveles potenciales de contaminación basados en la integración del carbón y del gas de chimenea. Con el cultivo de microalgas, estos niveles se utilizan como contaminación de referencia y se preparan los cultivos base.A continuación, se cultiva el inóculo requerido y se prepara la plataforma de crecimiento a gran escala. Luego, el sistema se inoculará y se tomarán muestras periódicamente para su procesamiento. Finalmente, se aísla la biomasa y se cuantifica el destino final de los contaminantes.En última instancia, la espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente o I-C-P-M-S se utiliza para determinar los metales que son absorbidos por la biomasa, y combinada con mediciones de densidad óptica permite comprender el impacto de los contaminantes en el sistema. La principal ventaja de esta técnica frente a los métodos existentes es la

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Un método para la determinación del contenido de ácido graso y la composición en microalgas basado en disrupción mecánica celular, extracción de lípidos a base de disolvente, de transesterificación, y la cuantificación e identificación de los ácidos grasos utilizando cromatografía de gases se describe. Un estándar interno tripentadecanoin se utiliza para compensar las posibles pérdidas durante la extracción y la transesterificación incompleta.

Análisis de contenido de ácido graso y Composición en microalgas

Una metodología experimental se presenta para comparar el rendimiento de los pequeños (100 L) y grandes (1,000 L) escala reactores diseñados para la remediación de las algas de las aguas residuales vertedero. Características del sistema, incluyendo el área de superficie a volumen, tiempo de retención, la densidad de la biomasa, y concentraciones de alimentación de aguas residuales, se pueden ajustar sobre la base de aplicación.

La comparación de la escala en un sistema de reactor fotosintética de las algas Saneamiento de Aguas Residuales

El cultivo axiónico a escala de banco facilita la caracterización microalgal y la optimización de la productividad antes del posterior escalado del proceso. Los fotobiorreactores proporcionan el control necesario para experimentos microalgas fiables y reproducibles y se pueden adaptar para cultivar de forma segura microalgas con los gases corrosivos (CO2, SO2,NO2) de las emisiones de combustión municipal o industrial.

Cultivo de microalgas y cuantificación de biomasa en un fotobiorreactor a escala de banco con gases de combustión corrosivos

Demostramos pruebas de toxicidad algas para sustancias difíciles (por ejemplo, sustancias de color o nanomateriales) utilizando una configuración iluminada verticalmente con un LED.

Una configuración a pequeña escala para pruebas de toxicidad de algas de nanomateriales y otras sustancias difíciles

Se describe un protocolo para utilizar el dióxido de carbono en el gas de combustión de la planta de energía de gas natural para cultivar microalgas en estanques abiertos de canales. La inyección de gases de combustión se controla con un sensor de pH, y el crecimiento de las microalgas se monitorea con mediciones en tiempo real de la densidad óptica.

Acoplamiento de la captura de carbono de una planta de energía con estanques de canales abiertos semiautomatizados para el cultivo de microalgas

Este protocolo demuestra el uso de una plataforma tecnológica de microarrays fenotipos (PM) para definir los requisitos metabólicos de Chlamydomonas reinhardtii, una microalga verde, y refinar un modelo de red metabólica existente.

Perfiles metabólicos de alto rendimiento para refinamientos de modelos de microalgas

Esta publicación describe el diseño de fotobiorreactores de laboratorio (PBR) con regímenes de luz personalizables. El crecimiento de cianobacterias o microalgas, utilizando bicarbonato como fuente de carbono, se monitorea continuamente midiendo la producción volumétrica de oxígeno. Estos PBR facilitan comparaciones de crecimiento de laboratorio rápidas y replicadas con poca intervención del usuario durante los experimentos.

Operación de fotobiorreactores de laboratorio con mediciones de crecimiento en línea y regímenes de luz personalizables

La contaminación del aire afecta la calidad de vida de todos los organismos. Aquí, describimos el uso de la biotecnología de microalgas para el tratamiento de biogás (eliminación simultánea de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno) y la producción de biometano a través de estanques semiindustriales abiertos de algas de alta tasa y el posterior análisis de la eficiencia del tratamiento, el pH, el oxígeno disuelto y el crecimiento de microalgas.

Purificación de biogás mediante el uso de un sistema de microalgas-bacterias en estanques semiindustriales de algas de alta tasa

El presente estudio destaca las ventajas de emplear el método desarrollado por Jeffrey y Humphrey para extraer y cuantificar pigmentos liposolubles de microalgas. Este método sirve como una herramienta valiosa para evaluar la influencia de los factores de crecimiento en la producción de clorofila y el contenido celular en estos organismos.

Evaluación del Efecto de los Factores de Crecimiento sobre la Producción de Clorofilas a y b a partir de Microalgas

Los gases de combustión de las centrales eléctricas es una fuente de CO2 baratas para el crecimiento de algas. Hemos construido "de gases de combustión a la de algas de cultivo" prototipo de los sistemas y se describe la manera de ampliar el proceso de cultivo de algas. Hemos demostrado el uso de un modelo de bio-reacción de transferencia de masa para simular y diseñar la operación óptima de los gases de combustión para el crecimiento de Chlorella sp. en algas fotobiorreactores.

Optimizar la combustión Gas Ciudad para promover el crecimiento de microalgas en fotobiorreactores a través de Simulaciones computacionales

Aprende a cuantificar el impacto y destino final de metales pesados en sistemas de cultivo de microalgas Nannochloropsis salina mediante ICP-MS. Este método permite evaluar la acumulación de contaminantes y su efecto en la productividad algal.

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