VacuSIP, שיטת INEX משופרת
3 באוגוסט 2016
אנו מציגים את VacuSIP, שיטה פשוטה, לא פולשנית ואמינה לדגימה נקודתית נקייה ומדויקת של מים. המערכת פותחה והוערכה לאיסוף בו-זמני של המים הנשאפים והנשפים על ידי מזיני תרחיף בנתיים באתרם, כדי למדוד בצורה נקייה הסרה והפרשה של חלקיקים ותרכובות מומסות.
המטרה הכללית של שיטה זו היא לנקות את אספן המים שנשאפו ונשאפו על ידי מסנני תלייה בנתיים (Benthic suspension feeders) בתנאים טבעיים, כדי שניתן יהיה לכמת את התרכובות החלקיקיות והמומסות שהם הסירו והפרישו. בעת הכנת כלי איסוף לניתוח חומרים אורגניים מומסים ואמוניה, השתמשו במבחנות EPA חדשות שעברו ניקוי מוקדם. לדגימה של רכיבי תזונה אחרים, השתמשו במבחנות זכוכית של EPA.
השתמשו במבחנות HDPE עבור סיליקטים. שטפו את המבחנות והפקקים במים מזוקקים פעמיים באיכות גבוהה. לאחר מכן, החליפו ספטומים של סיליקון שנקדחו באלו חדשים והשרו את המבחנות והפקקים בחומצה כלורית 10% למשך שלושה ימים לפחות, ולאחר מכן בצעו שלושה שטיפות במים מזוקקים פעמיים באיכות גבוהה.
כדי להכין באופן מלא את מבחנות הזכוכית עבור חומרי ההזנה, שרפו אותן בטמפרטורה של 450 °C למשך ארבע שעות והמתינו לקירור בתוך התנור. לאחר מכן, הרכיבו את הפקקים ועטפו את המבחנות בנייר אלומיניום. לאחר מכן, ערבבו DDW עם חומר פעיל שטח מסונן דרך מסנן של 0.2 micron כדי להכין תמיסה בריכוז של 5%.
כעת הניחו מסנן סיבי זכוכית ללא חומר מקשר שעבר שריפה בתוך מחזיק מסנן Swinnex מפלדת אל-חלד שעבר ניקוי. לאחר מכן, השתמשו במזרק שנוקה בחומצה כדי להעביר 100 milliliters של תמיסת הפעיל שטח המסוננת דרך כל המערכת. שטפו את המערכת בעזרת 100 milliliters של מים מזוקקים פעמיים באיכות גבוהה.
אם מכלול המסנן מיועד לדגימת סיליקה, יש להכינו עם מסנן פוליקרבונט ולהעביר דרכו 30 milliliters של חומצה כלורית בריכוז five percent, ולאחר מכן 30 milliliters של מים מזוקקים פעמיים באיכות גבוהה. הרכיבו את המערכת לעבודה תת-מימית באמצעות צינורות PEEK. השתמשו בסכין חדה או חותך PEEK להכנת האורכים הנדרשים.
חברו לכל מבחנה מחבר luer זכר המחובר למחט מזריקה. ודאו שהצד השטוח של ה-ferrule הכחול ללא שוליים מיושר עם קצה המבחנה, ולאחר מכן הדקו את האום הירוק ביד. לאחר מכן, בעזרת סרט בידוד, קבעו את צינור ה-PEEK לזרועות החצובה עבור מניפולטור המיוצר בהתאמה אישית.
בשלב הבא, חברו מחטי זריקה חד-פעמיות עם מכסה למחברי ה-luer הזכרים. סמנו בבירור את ציוד הדגימה וסמנו בצבע את רכיבי דגימת השאיפה והנשיפה, למשל באמצעות סרט כחול לשאיפה (in) וסרט צהוב לנשיפה (out). באופן דומה, סמנו בצבע את כלי הדגימה כדי לזהות טוב יותר זוגות של כלים המסומנים במספרים עוקבים.
כעת יש לרוקן את כלי הדגימה מהאוויר לפני הצלילה, באופן אידיאלי באמצעות משאבת ואקום איכותית. ליופיליזטור סטנדרטי מספק ואקום גבוה וישמש באותה מידה. לבסוף, סדרו את כל כלי הדגימה כפי שנדרש לצלילה.
תכננו מראש את כל שלבי הדגימה וארוז את הציוד בהתאם. ראשית, ודאו שהדגימה מבצעת שאיבה על ידי שחרור צבע פלואורסצנטי מסונן לצד פתח השאיפה, ואשרו שהצבע יוצא דרך פתח הנשיפה. לאחר מכן, התקינו את מכשיר ה-VacuSIP וודאו שהוא יציב.
לאחר מכן, מקמו את צינור דגימת השאיפה בתוך פתח השאיפה או קרוב מאוד אליו, תוך וידוא שצינור השאיפה אינו נמצא בקרבת פתחי נשיפה אחרים. לאחר מכן, כוונו בזהירות את צינור דגימת הנשיפה לעבר הסיפון של הנשיפה והחדירו אותו בעדינות רבה למרחק של 1 עד 5 מילימטרים אל תוך הסיפון. הקפידו מאוד לא לבוא במגע עם האורגניזם הנדגם או להפריע לו בדרך כלשהי.
לאחר מכן, קבע את מכלול הדגימה בקרבה תפקודית הדוקה. אם נעשה שימוש במניפולטור המותאם אישית, יש להקפיד באותה מידה על מיקום צינור השאיפה וצינור הנשיפה. דגימת אולטרה-פלנקטון אינה דורשת מסנן.
לדגימת אולטרה-פלנקטון, השתמשו במחט כדי לנקב את הספטום של השפירים המרוקנים מהאוויר (שאיפה ונשיפה). ודאו שהמים מטפטפים ואספו בין שניים לשישה מיליליטרים של מים מכל שפיר. עבור סיליקטים, התקינו את מחזיקי מסנני הפוליקרבונט מפלדת אלחלד בקו (inline) עם ממברנות פוליקרבונט בין המחט לבין מחבר ה-luer הזכר בקצה הזיקוק של השפיר.
לאחר מכן, נקבו את מכסה הספטום של מבחנות ה-HDPE שהוכנו כדי להתחיל בדגימה. כדי לדגום חומרים אורגניים ואנאורגניים מומסים, הכינו שלושה זוגות של מבחנות: זוג אחד עבור חנקות ופוספטים, זוג אחד עבור אמוניה, וזוג שלישי עבור חומרים אורגניים מומסים.
כדי לדגום חומרים אורגניים מומסים או חומרים מזינים, החליפו את מכלול מסנן הפוליקרבונט במחזיק מסנן פלדת אל-חלד בקו (inline) מנוקה מראש, המכיל מסנן זכוכית שעבר שריפה מוקדמת. לאחר מכן, דקרו את מכסה הספטום של בקבוק זכוכית EPA כדי להתחיל בדגימה. חומרים אנאורגניים מומסים נאספו לבקבוקי זכוכית EPA חדשים שנוקו על ידי היצרן, או לבקבוקי EPA ששימשו בעבר ונוקו לפי הפרוטוקול המתואר.
במבחנות הממוחזרות נדווחו ריכוזי אמוניה גבוהים יותר, אך שאר הערכים היו דומים. מחזיקי מסננים מפלדת אל חלודה ומחזיקי מסנני Swinnex בקו מポリקרבונט הושוו באמצעות סינון מים מזוקקים ובדיקה של חומרים מזינים אורגניים ואנאורגניים מומסים. ממברנת פוליקרבונט ומסנן סיב זכוכית שעבר שריפה מוקדמת נבחנו עם כל מחזיק.
השילוב של מחזיק מסננים מפלדת אל חלודה ומסנן סיבי זכוכית שרוף הניב את התוצאות הטובות ביותר. ספירת תאים בוצעה באמצעות ציטומטר זרימה כדי לבחון את איכות הדגימה. כאשר זוגות דגימות של שאיפה ונשיפה נאספו כראוי, רוב התאים הוסרו מהמים שנשאפו החוצה.
בניגוד לכך, איסוף שגוי לא הניב את אותה תוצאה. כאשר ה-VacuSIP מופעל כהלכה, דפוסי הסרה או הפרשה היו ניכרים עבור מרבית התרכובות שנבדקו. המדידות המוצגות כאן נלקחו מסponge ים תיכוני.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
ה-VacuSIP היא שיטה חדשנית שתוכננה לדגימה נקודתית נקייה ומדויקת של מים, ובמיוחד עבור מסנני תחתית (benthic suspension feeders). טכניקה זו מאפשרת איסוף סימולטני של מים שנשאפו ומים שנשאפו החוצה, על מנת למדוד את הסרתם והפרשתם של תרכובות שונות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי הסביבה
- ביולוגיה ימית
- אקולוגיה
רקע
- מסנני השהייה בנטיים ממלאים תפקיד מכריע במערכות אקולוגיות מימיות.
- מדידה מדויקת של דינמיקת חומרים מזינים חיונית להבנת בריאות המערכת האקולוגית.
- שיטות דגימה מסורתיות עלולות להוביל לזיהום.
- ה-VacuSIP נועד להתמודד עם אתגרים אלו באמצעות גישה לא פולשנית.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה מהימנה לדגימת מים ממסננים תלויים בנטילתם מהקרקעית (benthic suspension feeders).
- כימות תרכובות חלקיקיות ומומסות שהוסרו והופרשו על ידי אורגניזמים אלה.
- שיפור הדיוק של הערכות אקולוגיות בתנאים טבעיים.
שיטות שהשתמשו בהן
- איסוף מים שנשאפו ונשפרו באמצעות מערכת VacuSIP.
- הכנה של כלי איסוף באמצעות מבחנות EPA שעברו ניקוי מוקדם עבור אנליזות שונות.
- שטיפה והשריה של המבחנות בחומצה כלורית להסרת מזהמים.
- שימוש במים מזוקקים פעמיים באיכות גבוהה לצורך השטיפה.
תוצאות עיקריות
- מערכת ה-VacuSIP אוספת דגימות מים ביעילות ללא זיהום.
- התקבלו בהצלחה נתונים כמותיים על הסרה והפרשה של חומרים מזינים.
- השיטה הוכיחה מהימנות בתנאים טבעיים.
- התוצאות תורמות להבנה טובה יותר של תפקודי המערכת האקולוגית הבנטית.
מסקנות
- ה-VacuSIP מהווה התקדמות משמעותית בטכניקות של דגימת מים.
- שיטה זו יכולה לשפר את המחקר והניטור האקולוגיים.
- מחקרים עתידיים יכולים להתבסס על מתודולוגיה זו עבור יישומים רחבים יותר.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
כימות מדויק של תדלוקי חומרי הזנה המתווכים על ידי סינני חלקיקים (suspension feeders) חיוני להבנת הקישור הבנטי-פלגי במערכות אקולוגיות ימיות. שיטת ה-VacuSIP מאפשרת מדידה מהימנה במקום (in situ) של תרכובות חלקיקיות ומומסות המעובדות על ידי סינני חלקיקים פעילים, ובכך תומכת בהפחתת סיכונים מכנית במודלים של הערכת סיכונים אקולוגיים וסביבתיים. גישה זו מחזקת את הביטחון החזוי בהערכת התפקיד התפקודי של סינני חלקיקים במחזורי חומרי הזנה ובבריאות המערכת האקולוגית.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של מסלולים ביולוגיים על ידי כימות קצבי ההסרה וההפרשה של תרכובות במסינני תליה.
- ערך תפעולי: מספק טכניקת דגימה לא פולשנית השומרת על שלמות האורגניזם במהלך מדידות in situ.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר מדידות כמותיות של משתנים תלויים בדינמיקה של רכיבי תזונה לצורך סטנדרטיזציה של הבדיקה.
- ערך תפעולי: תומך באיסוף דגימות הדיר בדרך של קביעת קצבי דגימת מים מבוקרים ופרוטוקולים נטולי זיהומים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מקל על מידול מערכות הרלוונטיות למחלה על ידי קישור פעילות של מסנני תלייה (suspension feeders) לדפוסי שטף של חומרים מזינים בתנאים טבעיים.
- ערך תפעולי: מאפשר שיתוף פעולה רב-תחומי באמצעות נהלי דגימה סטנדרטיים וסימון רצופי של כלי הניסוי.
שילוב תהליכי עבודה ומסלולי עיבוד
שיטת ה-VacuSIP משתלבת בתהליכי גילוי על ידי אספקת פלטים כמותיים מהימנים לבחינת השערות בביולוגיה סביבתית ובהערכת סיכונים אקולוגית.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי אפשור מדידה מדויקת של קצבי עיבוד תרכובות במסיננים המזינים מתוך המים (suspension feeders).
- סריקה: מספקת דגימות מוכנות לבדיקה באמצעות דגימה מבוקרת של זרמי מים שנשאפו ונשפו.
- אנליזה: מייצרת מדידות כמותיות של משתנים תלויים של תרכובות מומסות וחלקיקיות לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: מקשרת נתוני שטף חומרי הזנה משלב הגילוי לרצף פרה-קליני באמצעות הערכות של צימוד בנתי-פלגי.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמת דגימה לשימוש חוזר, הישומה על מינים שונים של מסיננים המזינים מתוך המים ומעל מערכות אקולוגיות מגוונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי במדידות של שטף חומרי הזנה והפחתה של עמימות מכניסטית בפיזיולוגיה של מסננים (suspension feeders).
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה, הדירות ויכולת הרחבה של דגימת מים באתר (in situ) בתנאים טבעיים.
- ערך אסטרטגי: שיפור בקבלת החלטות "המשך/עצור" (go/no-go) בהערכת סיכונים סביבתיים והפחתת אי-ודאות ביולוגית בשלבים מאוחרים.
- השפעה על הפורטפוליו: תיעדוף מותאם סיכונים של מחקרים אקולוגיים המבוסס על נתוני עיבוד חומרי הזנה מתוקתקים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות מדעית בביולוגיה ימית ובטכניקות של דגימה סביבתית.
- צרכי ציוד כוללים משאבות ואקום, צינורות PEEK, מחטי מזריקים והתקני מניפולציה מותאמים אישית.
- סטנדרטיזציה בין צוותים דורשת הכנה עקבית של מבחנות, פרוטוקולי תיוג ונהלי ניקור של הספטום.
- שיקולי התאמה בין מערכות מודל כוללים התאמה של מיקום הצינורות ומכלולי מסננים על בסיס מורפולוגיית האורגניזם.
- מגבלות מעשיות כוללות את הצורך בטיפול זהיר באורגניזם כדי למנוע הפרעה במהלך הכנסת הצינור.
