Sedimentos Core y Secciones Extracción de Pore aguas bajo condiciones anóxicas
7 de marzo de 2016
Se presenta un protocolo para seccionar núcleos de sedimentos y extraer aguas de poros en condiciones anóxicas con el fin de permitir el análisis de especies sensibles redox tanto en sólidos como en fluidos.
El objetivo general de este procedimiento consiste en seccionar núcleos de sedimento y extraer aguas intersticiales de estos núcleos sedimentarios manteniendo el estado de oxidación original. Este método permite a los investigadores en el campo de la geoquímica examinar la especiación de metales en aguas intersticiales y sedimentos procedentes de zonas sensibles a cambios redox, como lagos y humedales. Las principales ventajas de esta técnica son su flexibilidad y adaptabilidad, su portabilidad para campo, su bajo costo y que no interrumpe las capas de sedimento.
Quien demostrará el procedimiento será Rahul Sinha, un estudiante de pregrado de mi laboratorio. Comience a preparar el laboratorio de campo instalando la bolsa con guantes. Primero, sujete la placa de guía central a una superficie de trabajo.
Coloque el orificio del revestimiento del núcleo extendiéndose frente al mostrador para asegurar que esté abierto. A continuación, asegure el tanque de nitrógeno utilizando una abrazadera de banco. Luego, coloque la bolsa de guantes sobre la placa y pase el tubo entre la bolsa y el regulador de gas.
Extienda aproximadamente ocho pulgadas de tubo hacia el interior de la bolsa. Ahora, selle la conexión del tubo en la bolsa con cinta aislante y, dentro de la bolsa, deslice una pinza sobre el tubo, pero deje la pinza abierta. A continuación, corte una X en la parte inferior de la bolsa, justo sobre el orificio en la placa, y luego cargue la bolsa con los elementos enumerados.
Vuelva a verificar las listas, porque olvidar un artículo es muy inconveniente. La siguiente tarea consiste en montar el núcleo. Primero, coloque un elevador de laboratorio en el suelo debajo de la superficie de trabajo.
El gato hidráulico debe tener una pieza de madera contrachapada con un orificio en el centro para estabilizar el testigo. Luego, con el testigo en posición vertical, introdúzcalo a través de la placa de guía del testigo y a través de la cruz en la bolsa de guantes. Aproximadamente de cuatro a seis pulgadas del testigo deben sobresalir por encima de la placa.
Ahora, mientras una persona sostiene el núcleo, sujételo con cinta aislante a la bolsa alrededor de la X. Luego, prepare el extrusor de núcleos. Primero inserte el mango en un espaciador de PVC de seis pulgadas de largo y dos pulgadas de diámetro, seguido de un acoplamiento de tres pulgadas de largo y luego otro espaciador y otro acoplamiento, y así sucesivamente hasta que el mango esté completamente cubierto.
Ahora, coloque el extrusor de núcleo debajo del núcleo y sostenlo con el gato. El gato debe ajustarse lo más bajo posible. A continuación, con un cúter corte cuidadosamente alrededor de la base de la tapa del núcleo.
Deje un anillo de tapa central alrededor del revestimiento del testigo y coloque un trozo circular de la tapa contra los materiales del testigo. Ahora, una persona debe introducir la mano en la bolsa de guantes para asegurar el testigo mientras la otra persona eleva el gato. Mueva gradualmente el extrusor de testigos hacia el revestimiento del testigo, elevando así el sedimento hacia arriba.
Puede ser necesario mover ligeramente el extrusor. Continúe elevando el testigo hasta que el sedimento y el agua sobreyacente alcancen la parte superior del revestimiento del testigo. La última tarea consiste en sellar la bolsa.
Primero, verifique cuidadosamente que todo esté presente. Luego, abra todos los objetos en la bolsa que contengan aire atrapado. Ahora, preferiblemente con la ayuda de otra persona, purgue el guante tres veces.
Primero, con la bolsa tan desinflada como sea posible, selle la abertura principal con algunas cuerdas elásticas. Luego, con un asistente regulando el flujo de nitrógeno a 50 psi, dirija el gas alrededor de la bolsa, especialmente hacia las grietas donde podría quedar atrapado aire. Cuando la bolsa esté muy inflada, apague el regulador o cierre la abrazadera para cortar el suministro de gas.
Luego, abra la abertura principal y expulse tanto gas como sea posible de la bolsa. Repita el proceso de llenar la bolsa con nitrógeno, incluyendo todas las grietas, y vaciar la bolsa otras dos veces. Una vez finalizado esto, la bolsa de guantes debe contener niveles muy bajos de oxígeno.
Termine con una cantidad cómoda de gas en la bolsa de guantes. Es preferible realizar este procedimiento trabajando en parejas. Para este procedimiento, coloque un par de guantes desechables sobre los guantes incorporados en la bolsa.
Cambie estos guantes cada vez que estén sucios o rotos. Primero, retire toda el agua estancada de la parte superior del testigo utilizando una jeringa. Luego, filtre este agua a través de un filtro de jeringa de 0,45 micrones.
A continuación, coloque un anillo seccionador central en la parte superior del revestimiento del testigo. Luego, eleve el testigo hasta que el sedimento llegue al extremo superior del anillo. Dentro de la bolsa, asegure el revestimiento del testigo para que, cuando el testigo se mueva, el revestimiento no se desplace.
Puede ser necesario que el operador que trabaja dentro de la bolsa con guantes presione ligeramente hacia abajo sobre el revestimiento de la muestra para que el material de la muestra quede en la parte superior del anillo. A continuación, introduzca un cortador de muestras entre la parte superior del revestimiento y el anillo, de modo que la sección de sedimento quede por encima del cortador. Esta es la primera sección de la muestra.
Con cucharas de plástico, traslade la sección a un tubo cónico de 50 mililitros y tápelo firmemente. Lave las herramientas y repita el proceso hasta que todo el núcleo esté seccionado y colocado en los tubos. Durante el proceso de seccionado del núcleo, el gato de laboratorio puede extenderse completamente.
Si esto ocurre, sostenga el núcleo en su lugar, baje el gato y coloque los trozos de PVC para extender el extrusor de núcleos. Luego asegure nuevamente el gato en su posición. Durante este proceso, la bolsa podría desinflarse o inflarse demasiado.
Realice ajustes abriendo brevemente la válvula de gas nitrógeno o abriendo brevemente la abertura principal de la bolsa para liberar gas. Una vez que el testigo esté seccionado y todo el sedimento esté en los tubos de centrífuga, estos tubos pueden retirarse de la bolsa de guantes y esta última cerrarse. A continuación, prepare los tubos recolectados para la centrifugación según se explica en el protocolo escrito.
Luego, centrifúgelos a 1.100 g o más rápido durante 20 minutos. Después de la centrifugación, regrese los tubos al ambiente libre de oxígeno e introduzca algunos tubos vacíos para la recolección de muestras. A continuación, se debe purgar la bolsa nuevamente dos o tres veces como antes.
Ahora, abra un tubo centrifugado y retire el agua intersticial utilizando una jeringa con tubo en el extremo. Luego, usando un filtro para jeringa de 0,45 micrones, filtre el agua en un tubo de recolección. El protocolo escrito explica cómo procesar aún más las muestras.
Utilizando el protocolo descrito, se tomó un testigo de un humedal cerca de Nueva Orleans nueve meses después del derrame Deep Water Horizons. Este humedal estaba fuertemente afectado por el petróleo. Mediante un espectrofotómetro portátil Hach DR 2700, los datos mostraron concentraciones extremadamente altas de sulfuro.
Las concentraciones de hierro fueron bajas y no se detectó hierro en el estado de oxidación tres más. Así, tras ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo purgar el box de guantes del oxígeno, extruir el testigo dentro del box de guantes para permitir su seccionado y separar las aguas de poro de los sedimentos. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en una a tres horas por testigo, dependiendo de la longitud del testigo.
Al realizar este procedimiento, es importante recordar purgar completamente la campana de guantes y ajustar lentamente la altura del núcleo. Siguiendo este procedimiento, se pueden llevar a cabo métodos como la especiación de hierro mediante ferrosina, la especiación de arsénico mediante voltametría o separación en columna, y la separación de metilmercurio, con el fin de responder preguntas sobre el estado redox del sistema. No olvide que trabajar con gases comprimidos puede ser extremadamente peligroso y que asegurar el tanque es esencial al realizar este procedimiento.
Algunas muestras de sedimento pueden estar contaminadas con materiales peligrosos y se deben tomar las precauciones adecuadas.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para seccionar núcleos de sedimento y extraer aguas intersticiales bajo condiciones anóxicas. El método permite el análisis de especies sensibles al redox en sólidos y fluidos, particularmente en investigaciones geoquímicas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Geoquímica
- Ciencia ambiental
- Química redox
Antecedentes
- Comprender la especiación de metales en sedimentos es fundamental para las evaluaciones ambientales.
- Las zonas sensibles a los cambios redox, como lagos y humedales, requieren técnicas de muestreo cuidadosas.
- Mantener el estado de oxidación original durante el muestreo es esencial para un análisis preciso.
- Este método está diseñado para ser portátil en campo y rentable.
Objetivo del estudio
- Proporcionar un protocolo confiable para la sección de testigos de sedimento.
- Facilitar la extracción de aguas intersticiales sin alterar las capas de sedimento.
- Permitir el estudio de especies sensibles a redox en diversos ambientes.
Métodos Utilizados
- Preparación de un laboratorio de campo utilizando una bolsa con guantes.
- Fijación de la placa guía del testigo a una superficie de trabajo estable.
- Seccionado de testigos de sedimento preservando su estado de oxidación.
- Extracción de aguas intersticiales para análisis posteriores.
Resultados principales
- El protocolo mantiene con éxito el estado de oxidación de los testigos de sedimento.
- Los investigadores pueden analizar eficazmente la especiación de metales en aguas intersticiales.
- El método es adaptable a diversas condiciones de campo.
- Demuestra flexibilidad y rentabilidad para estudios geoquímicos.
Conclusiones
- Este protocolo es una herramienta valiosa para investigadores que estudian ambientes sensibles a procesos redox.
- Permite un análisis detallado de la química de los sedimentos y del agua intersticial.
- Las ventajas del método lo hacen adecuado para diversas aplicaciones geoquímicas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este método apoya la I+D de biofármacos al permitir la preservación de analitos sensibles al estado redox en matrices ambientales, lo cual es fundamental para la eliminación de riesgos mecanicistas en estudios de toxicología y farmacología de seguridad. Al mantener el estado de oxidación original durante el procesamiento de muestras, la técnica garantiza la integridad de los datos para la validación de biomarcadores posteriores y la modelización predictiva del comportamiento de compuestos en sistemas biológicos complejos. Su portabilidad en campo y bajo costo facilitan la prueba temprana de hipótesis en sistemas relevantes para enfermedades, reduciendo la incertidumbre en la identificación de compuestos prometedores y en los flujos de trabajo preclínicos.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la investigación de vías dependientes del estado redox en modelos de enfermedad mediante la preservación de especies lábiles, como el sulfuro y la especiación del hierro, para la validación mecanicista de dianas.
- Valor operativo: Proporciona un flujo de trabajo reproducible para el aislamiento de aguas intersticiales de testigos de sedimento, facilitando una preparación de muestras consistente en ensayos de toxicología ambiental.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Proporciona extractos de agua de poro cuantitativamente confiables adecuados para la estandarización de ensayos, permitiendo la selección de compuestos que modulan vías sensibles al estado redox.
- Valor operativo: Facilita la extracción de muestras con alta fidelidad bajo condiciones anóxicas, mejorando la reproducibilidad de los ensayos y reduciendo los falsos negativos en campañas de cribado fenotípico.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Apoya la alineación de biomarcadores traslacionales al preservar especies sensibles al estado redox que se correlacionan con la progresión de la enfermedad en modelos preclínicos.
- Valor operativo: Asegura la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica al mantener la integridad de las muestras a través de las distintas etapas del flujo de trabajo, reduciendo la variabilidad en las decisiones de avance ajustadas al riesgo.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
El método se integra en el continuo de descubrimiento al permitir una preparación confiable de muestras para ensayos de biología redox, apoyando la comprobación de hipótesis en las primeras etapas del descubrimiento e informando la identificación de compuestos prometedores mediante datos desprovistos de riesgos mecanicistas.
- Biología de Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías al preservar analitos sensibles al estado de oxidación, fundamentales para la validación de dianas en áreas de enfermedades con actividad redox.
- Selección: Mejora la preparación y reproducibilidad de ensayos al proporcionar muestras de agua intersticial con mínimos artefactos de oxidación, permitiendo una evaluación fiable de compuestos.
- Análisis: Proporciona resultados cuantitativos, como mediciones de especiación de sulfuro y hierro, que permiten a los equipos comparar condiciones redox entre grupos experimentales.
- Investigación Traductiva: Se conecta con la continuidad preclínica al preservar biomarcadores del estrés redox, apoyando decisiones ajustadas al riesgo en la validación de modelos de enfermedades.
- Reutilización Empresarial: Funciona como una capacidad reutilizable para equipos de medio ambiente y toxicología, estandarizando el manejo de muestras en distintos proyectos y regiones geográficas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva mediante la preservación de especies sensibles al estado redox y reducción de la ambigüedad mecanicista en la farmacología de seguridad.
- Valor operativo: Normalización, reproducibilidad y escalabilidad del procesamiento de muestras anóxicas en entornos de campo y laboratorio.
- Valor estratégico: Mejores decisiones de avance o interrupción del desarrollo mediante la reducción de falsos positivos en ensayos dependientes del estado redox y mayor eficiencia en el uso del capital durante la selección inicial.
- Impacto en la cartera: Priorización ajustada al riesgo de compuestos basada en datos fiables de biomarcadores redox, reduciendo el riesgo biológico en fases avanzadas.
Consideraciones de Implementación
- Conocimientos científicos especializados en técnicas anaeróbicas y química redox.
- Los equipos necesarios incluyen sistemas de bolsa de guantes, reguladores de gas nitrógeno, centrífugas y filtros de jeringa.
- La estandarización entre equipos requiere capacitación en protocolos de purga de oxígeno y procedimientos de manejo de testigos.
- Las consideraciones para la adaptación incluyen el ajuste del grosor del corte de los testigos según el diámetro y la compactación del sedimento.
- Las limitaciones prácticas incluyen la necesidad de realizar análisis oportunos tras la extracción para prevenir la oxidación gradual, incluso en condiciones optimizadas.
