Essai de biodégradation aérobie de matériaux à l’aide d’un inoculum naturel d’eau de mer marine et d’un respiromètre en boucle fermée

Nos recherches quantifient le taux de biodégradation aérobie et le degré des matériaux naturels dans l’environnement marin en utilisant l’inoculum naturel de l’eau de mer pour la comparaison des données. Nos défis expérimentaux actuels incluent une capacité de test limitée et un manque d’infrastructures pour répondre à la demande croissante de tests de biodégradation, tout en garantissant des méthodes uniformes et transparentes entre les laboratoires. Pour commencer, collectez 10 à 20 litres d’eau de mer dans une jeanjene de 20 litres lixiviée à l’acide à l’aide d’une grande bouteille Niskin.

Transportez le jean-jeane rempli au laboratoire. Transférez un litre d’eau de mer entière du dame-jeana dans une bouteille HDPE ambrée d’un litre lixiviée à l’acide pour une analyse des particules de carbone et d’azote. Filtrez-le à travers une membrane d’acétate de cellulose de 0,2 micromètre et faible en azote.

Maintenant, remplissez une fiole volumétrique d’un, deux ou quatre litres à moitié avec de l’eau de mer. Si l’eau de mer contient une forte quantité de particules organiques, passez-la à travers un maillage de 20 micromètres pour éliminer les grosses particules hétérogènes. Ensuite, prélever 60 millilitres de filtrat dans une bouteille de polyéthylène lixivié à l’acide pour une analyse dissoute d’azote et de phosphore inorganique et organique.

Couvrez lâchement l’ouverture de la davene pour permettre des conditions aérobies. Conservez dans le noir à 30 degrés Celsius pendant jusqu’à sept jours. Ensuite, placez 10 à 15 grammes du substrat expérimental dans un pot de fraisage en acier inoxydable de 50 millilitres.

Avec une bille en acier de 20 millimètres. Immergez le bocal de mouture dans de l’azote liquide pendant 15 minutes pour le fragiliser. Fixez le pot de mouture dans l’accessoire du broyeur à billes.

Ensuite, réglez l’instrument à 30 hertz et deux minutes 30 secondes, puis appuyez sur start. Effectuez le mouture quatre fois avec 30 secondes de refroidissement dans de l’azote liquide entre chaque cycle. Moudre le substrat à une taille de particule uniforme entre 0,10 et 0,25 millimètre avant le début de l’essai.

En utilisant une balance de précision avec une sensibilité de 0,001 gramme, pèser 0,5 gramme par litre de chlorure d’ammonium et 0,1 gramme par litre de phosphate de potassium monobasique. Ajoutez les nutriments inorganiques dans la fiole. Apportez le volume à la marque avec de l’eau de mer.

Ensuite, on ajoute une barre de mélange et on mélange sur une plaque jusqu’à ce que tous les sels se dissolvent. Sur une balance analytique, peser 20 milligrammes du substrat expérimental ou témoin. Note le poids complet de la lecture et mets le flacon de côté.

Pour installer les navires du réacteur, utilisez une pipette volumétrique de 75 millilitres à lessivation acide avec un contrôleur de pipette motorisée et aspirez l’eau de mer pour distribuer 75 millilitres d’eau de mer richement nutritive dans chaque navire du réacteur. Retirez environ trois millilitres d’eau de mer de chaque navire. Ensuite, placez-le sur une surface propre à côté du récipient pour rincer le substrat broyé de la fiole déchirée.

Transférez maintenant le substrat moulé dans le récipient correspondant à partir du flacon déchiré. Placez un joint torique sur le rebord du réacteur. Ensuite, placez un couvercle à deux ports sur le joint torique et fixez-le avec un bouchon à vis.

Reliez chaque cuve de réacteur à ses conduites de gaz ou de condensation correspondantes. Insérez fermement les conduites de gaz dans les ports d’entrée et de sortie appropriés sur le couvercle. Allumez la plateforme shaker à 0,05G en mode continu.

Vérifiez visuellement que tous les récipients sont bien sécurisés, puis fermez la porte de l’incubateur. Dans le logiciel de l’instrument, allez dans Expérimentation et cliquez sur Configurer. Entrez les numéros de début et de fin des canaux dans les menus déroulants correspondant aux canaux occupés.

Fixez le seuil de rafraîchissement à 0,50. Intervalle de rafraîchissement vers NA et fenêtre de rafraîchissement vers Auto. Ensuite, cochez la case des capteurs de purge dans Configuration diverse.

Assurez-vous que les modes Mesure Automatique de Volume, Consommation d’Oxygène Positive et Activation du Mode Débit Ouvert ne sont pas sélectionnés. Réglez l’intervalle d’échantillonnage à 8,00. Ensuite, réglez les unités de gaz et de temps selon les besoins.

Si vous utilisez une sonde de température primaire pour la correction de la température d’incubation, assurez-vous que la fonction « Entrée manuelle des températures de chambre » n’est pas sélectionnée. Cochez la case Mode Ventilation et assurez-vous que Mode Drain n’est pas sélectionné. Maintenant, sélectionnez Configuration de chambre et entrez les étiquettes descriptives des canaux.

Si une fuite est indiquée, assurez-vous que le joint torique est propre, bien en place et exempt de particules ou de fibres. Serre le bouchon à vis. Inspectez les connexions des tubes à l’entrée et à la sortie.

Taillez les tubes usés ou déformés se terminent par une lame tranchante pour produire des coupes nettes. Dans le menu, sélectionnez Outils, puis cliquez sur Menu Service, et confirmez que la sonde de température primaire mesure 30 degrés Celsius avec des variations de deux degrés et est stable. Cliquez sur Lancer pour commencer l’expérience.

Enregistrez le fichier expérimental sous un nom descriptif, incluant la date, et notez le nom du fichier sur la fiche technique. La production cumulative de dioxyde de carbone sur 84 jours a confirmé la performance attendue. Sur 84 jours, la cellulose a montré une production rapide de dioxyde de carbone après un court décalage, atteignant environ 700 micromoles.

Le PHA a montré un taux initial plus lent sur trois jours. Et le contrôle de l’eau de mer est resté bas à 150 micromoles. Les réplications individuelles négatives de témoins ont montré une faible variabilité, toutes les courbes restant rapprochées.

Les réplications témoins positives en cellulose ont montré une variabilité constamment faible, confirmant une performance stable sur les quatre réplications. Dans le jeu de données négatif, le réplicat cinq a montré un pic anormal du taux de production de dioxyde de carbone, probablement dû à une matière organique labile, mais sa production cumulative a commencé à stagner à 100 micromoles. Les réplicés d’un sur six présentaient une production cumulative de dioxyde de carbone inférieure à d’autres, ce qui suggère des problèmes techniques potentiels.

L’erreur standard de production moyenne cumulative de dioxyde de carbone dans le témoin négatif était de 2,5 %, ce qui indique une faible variabilité entre les réplications. L’erreur standard pour le témoin positif à la cellulose était de 0,83 %, confirmant ainsi une forte reproductibilité du test de biodégradation. PHA présente une minéralisation élevée proche du contrôle positif avec une erreur standard comparable à celle du témoin.

Ce protocole répond à l’écart des méthodes standardisées accessibles pour le dépistage de la biodégradabilité des matériaux dans l’environnement marin pour l’industrie, le milieu universitaire et les organismes de réglementation. Le protocole offre un moyen standardisé plus rapide de mesurer directement cette biodégradation, avec une durée d’essai plus courte lors de l’évaluation simultanée de l’échantillon. Le protocole permet des tests standardisés à haut débit pour la comparabilité des matériaux et des laboratoires pour l’apprentissage automatique et la modélisation prédictive de la performance des matériaux.