Sedimenti Nucleo sezionamento ed estrazione di Pore acque sotto anossiche condizioni
7 marzo 2016
Viene presentato un protocollo per il sezionamento di carote di sedimenti e l'estrazione di acque interstiziali in condizioni anossiche al fine di consentire l'analisi di specie sensibili al redox sia nei solidi che nei fluidi.
L'obiettivo generale di questa procedura è sezionare carote di sedimenti ed estrarre le acque interstiziali da queste carote mantenendo inalterato lo stato di ossidazione originale. Questo metodo permette ai ricercatori nel campo della geochimica di esaminare la speciazione dei metalli nelle acque interstiziali e nei sedimenti provenienti da aree sensibili al potenziale redox, come laghi e zone umide. I principali vantaggi di questa tecnica sono la sua flessibilità e adattabilità, la portabilità in campo, il basso costo e il fatto che non altera i livelli del sedimento.
La procedura sarà dimostrata da Rahul Sinha, uno studente universitario del mio laboratorio. Iniziare a preparare il laboratorio sul campo predisponendo il glove bag. Per prima cosa, fissare la piastra guida del campione a una superficie di lavoro.
Posizionare il foro per il rivestimento del nucleo in modo che si estenda davanti al bancone per assicurarsi che sia aperto. Successivamente, fissare la bombola di azoto utilizzando una morsetto da banco. Quindi, posizionare il sacchetto per guanti sulla piastra e far passare il tubo tra il sacchetto e il regolatore del gas.
Estendere all'incirca venti centimetri di tubo all'interno del sacchetto. Ora, sigillare il collegamento del tubo al sacchetto con del nastro isolante e, all'interno del sacchetto, far scorrere una pinza sul tubo lasciandola aperta. Successivamente, praticare una X sul fondo del sacchetto sopra il foro nella piastra, quindi caricare il sacchetto con gli elementi elencati.
Controllare attentamente le liste, poiché dimenticare un articolo è molto scomodo. L'attività successiva consiste nell'allestire il nucleo. Innanzitutto, posizionare un sollevatore da laboratorio sul pavimento al di sotto della superficie di lavoro.
Il cavalletto deve avere una tavola di compensato con un foro al centro per stabilizzare il campione. Successivamente, con il campione in posizione verticale, inserirlo attraverso la piastra di guida del campione e attraverso la croce nel guanto impermeabile. Dovrebbero sporgere circa 10-15 cm di campione al di sopra della piastra.
Ora, mentre una persona sostiene il nucleo, fissare il nucleo alla borsa intorno alla X con nastro isolante. Quindi, preparare l'estrusore per il nucleo. Inserire prima il manico in un distanziale in PVC lungo sei pollici e con un diametro di due pollici, seguito da un giunto lungo tre pollici, quindi un altro distanziale e un altro giunto e così via fino a quando il manico è completamente ricoperto.
Ora, posizionare l'estrusore del nucleo al di sotto del nucleo e sostenerlo con il martinetto. Il martinetto deve essere abbassato il più possibile. Successivamente, con un taglierino, tagliare con attenzione lungo la base del tappo del nucleo.
Lasciare un anello del tappo del nucleo attorno al rivestimento del nucleo e un pezzo circolare di tappo a contatto con i materiali del nucleo. Ora, una persona deve introdurre la mano nel glove bag per fissare il nucleo mentre l'altra solleva il martinetto. Spostare gradualmente l'estratore del nucleo all'interno del rivestimento del nucleo, facendo risalire il sedimento verso l'alto.
Potrebbe essere necessario muovere leggermente l'estrusore. Continuare ad alzare il nucleo fino a quando il sedimento e l'acqua sovrastante non raggiungono la sommità del rivestimento del nucleo. L'ultima operazione consiste nel sigillare il sacchetto.
Prima di tutto, verificare attentamente che tutto sia presente. Successivamente, aprire tutti gli oggetti all'interno del sacchetto che contengono aria intrappolata. Ora, idealmente con l'aiuto di un'altra persona, svuotare il guanto per tre volte.
Per prima cosa, con il sacco completamente sgonfio, sigillare l'apertura principale con alcuni cordini elastici. Quindi, con l'aiuto di un assistente che regola il flusso di azoto a 50 psi, indirizzare il gas intorno al sacco, specialmente nelle fessure dove l'aria potrebbe rimanere intrappolata. Quando il sacco è fortemente gonfiato, spegnere il regolatore o chiudere la pinza per interrompere l'afflusso di gas.
Quindi, aprire l'apertura principale ed espellere il più possibile il gas dal sacchetto. Ripetere il processo di riempimento del sacchetto con azoto, includendo tutte le fessure, e svuotare il sacchetto altre due volte. Una volta completata questa procedura, il contenuto di ossigeno all'interno del guanto dovrebbe essere molto basso.
Terminare con una quantità comoda di gas all'interno del guanto. Questa procedura è meglio eseguita lavorando in coppia. Per questa procedura, indossare un paio di guanti monouso sopra i guanti integrati nel sacco.
Cambiare questi guanti ogni volta che sono sporchi o strappati. In primo luogo, rimuovere tutta l'acqua stagnante dalla sommità del campione utilizzando una siringa. Successivamente, filtrare quest'acqua attraverso un filtro da siringa da 0,45 micron.
Successivamente, posizionare un anello di sezione centrale sulla parte superiore del rivestimento del campione. Quindi, sollevare il campione fino a quando il sedimento raggiunge la sommità dell'anello. All'interno del sacchetto, fissare saldamente il rivestimento del campione in modo che, quando il campione si sposta, il rivestimento non si muova.
Potrebbe essere necessario che l'operatore che lavora all'interno del glove bag eserciti una leggera pressione verso il basso sul rivestimento del campione in modo che il materiale del campione si trovi nella parte superiore dell'anello. Successivamente, inserire un taglierino per campioni tra la parte superiore del rivestimento e l'anello in modo che la sezione di sedimenti si trovi al di sopra del taglierino. Questa è la prima sezione del campione.
Con cucchiai di plastica, trasferire il campione in un tubo conico da 50 millilitri e chiuderlo ermeticamente. Lavare gli strumenti e ripetere il processo fino a quando l'intero campione è stato sezionato e collocato nei tubi. Durante il sezionamento del campione, il sollevatore idraulico potrebbe estendersi completamente.
Se ciò si verifica, tenere fermo il nucleo, abbassare il sollevatore e posizionare i pezzi in PVC per estendere l'estrusore del nucleo. Quindi riassicurare il sollevatore in posizione. Durante questo processo, il sacchetto potrebbe sgonfiarsi o gonfiarsi eccessivamente.
Effettuare le regolazioni aprendo brevemente la valvola del gas azoto o aprendo brevemente l'apertura principale del sacchetto per rilasciare il gas. Una volta sezionato il campione e trasferito tutto il sedimento nei tubi da centrifuga, questi tubi possono essere rimossi dal sacchetto a guanti e il sacchetto chiuso. Successivamente, preparare i tubi raccolti per la centrifugazione come spiegato nel protocollo testuale.
Quindi, centrifugare a 1.100 g o a velocità superiori per 20 minuti. Al termine della centrifugazione, riporre le provette nell'ambiente privo di ossigeno e introdurre alcune provette vuote per la raccolta del campione. Il sacchetto deve quindi essere spurgato nuovamente due o tre volte come in precedenza.
Ora, aprire un tubo centrifugato e rimuovere l'acqua interstiziale utilizzando una siringa con un tubicino all'estremità. Successivamente, utilizzando un filtro per siringa da 0,45 micron, filtrare l'acqua in un tubo di raccolta. Il protocollo scritto spiega come elaborare ulteriormente i campioni.
Utilizzando il protocollo descritto, è stato prelevato un campione da un'area paludosa vicino a New Orleans nove mesi dopo l'incidente della Deep Water Horizon. Quest'area paludosa era fortemente inquinata da petrolio. Utilizzando uno spettrofotometro portatile Hach DR 2700, i dati hanno mostrato concentrazioni estremamente elevate di solfuro.
Le concentrazioni di ferro erano basse e non è stato rilevato ferro nello stato di ossidazione tre più. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come rimuovere l'ossigeno dal glove box, estrudere il campione all'interno del glove box per permettere il sezionamento e separare le acque interstiziali dai sedimenti. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in uno a tre ore per ogni campione, a seconda della lunghezza del campione.
Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di sgrassare accuratamente il guanto e regolare lentamente l'altezza del nucleo. Seguendo questo metodo, è possibile eseguire tecniche come la speciazione del ferro mediante ferrosing, la speciazione dell'arsenico mediante voltammetria o separazione su colonna, e la separazione del metilmercurio, al fine di rispondere a domande riguardo lo stato redox del sistema. Non dimenticare che lavorare con gas compressi può essere estremamente pericoloso e che fissare saldamente la bombola è essenziale durante l'esecuzione di questa procedura.
Alcuni campioni di sedimenti potrebbero essere contaminati da materiali pericolosi e devono essere adottate adeguate precauzioni.
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Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per la sezionatura di carote di sedimenti ed estrazione delle acque interstiziali in condizioni anossiche. Il metodo consente l'analisi di specie sensibili al potenziale redox sia nei solidi che nei fluidi, in particolare nella ricerca geochimica.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Geochimica
- Scienze ambientali
- Chimica redox
Sfondo
- Comprendere la speciazione dei metalli nei sedimenti è fondamentale per le valutazioni ambientali.
- Le aree sensibili al potenziale redox, come laghi e zone umide, richiedono tecniche di campionamento accurate.
- È essenziale mantenere lo stato di ossidazione originale durante il campionamento per un'analisi accurata.
- Questo metodo è progettato per essere trasportabile in campo ed economico.
Scopo dello studio
- Fornire un protocollo affidabile per la sezione dei campioni di nucleo sedimentario.
- Facilitare l'estrazione delle acque interstiziali senza alterare gli strati sedimentari.
- Permettere lo studio di specie sensibili alla redox in diversi ambienti.
Metodi Utilizzati
- Preparazione di un laboratorio sul campo utilizzando un guanto sterile.
- Fissaggio della piastra guida del campione a una superficie di lavoro stabile.
- Sezionamento dei campioni di sedimenti preservandone lo stato di ossidazione.
- Estrazione delle acque interstiziali per analisi successive.
Risultati principali
- Il protocollo mantiene con successo lo stato di ossidazione dei campioni di sedimenti.
- I ricercatori possono analizzare in modo efficace la speciazione dei metalli nelle acque interstiziali.
- Il metodo è adattabile a diverse condizioni di campo.
- Presenta flessibilità ed economicità per studi geochimici.
Conclusioni
- Questo protocollo rappresenta uno strumento prezioso per i ricercatori che studiano ambienti sensibili al redox.
- Consente un'analisi dettagliata della chimica dei sedimenti e delle acque interstiziali.
- I vantaggi del metodo lo rendono adatto a svariate applicazioni geochemiche.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo metodo supporta la ricerca e lo sviluppo nel settore biofarmaceutico consentendo la conservazione di analiti sensibili allo stato redox in matrici ambientali, aspetto fondamentale per l'eliminazione dei rischi meccanicistici negli studi di tossicologia e farmacologia della sicurezza. Mantenendo lo stato di ossidazione originale durante la lavorazione del campione, la tecnica garantisce l'integrità dei dati per la validazione di biomarcatori successivi e per la modellizzazione predittiva del comportamento dei composti in sistemi biologici complessi. La portabilità in campo e il basso costo favoriscono la verifica precoce delle ipotesi in sistemi rilevanti per le malattie, riducendo l'incertezza nell'identificazione dei composti promettenti e nei flussi di lavoro preclinici.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione dell'Obiettivo
- Valore scientifico: Consente l'analisi di vie dipendenti dallo stato redox in modelli di malattia preservando specie instabili come il solfuro e le forme di ferro per la validazione meccanicistica di bersagli.
- Valore operativo: Fornisce un flusso di lavoro riproducibile per l'isolamento delle acque interstiziali da carote di sedimenti, supportando una preparazione campionaria consistente nei saggi di tossicologia ambientale.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Fornisce estratti di acqua interstiziale quantitativamente affidabili adatti alla standardizzazione dei saggi, consentendo lo screening di composti che modulano vie sensibili allo stato redox.
- Valore operativo: Permette un'estrazione del campione ad alta fedeltà in condizioni anossiche, migliorando la riproducibilità del saggio e riducendo i falsi negativi nelle campagne di screening fenotipico.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Supporta l'allineamento traslazionale dei biomarcatori preservando le specie sensibili allo stato redox che si correlano con la progressione della malattia in modelli preclinici.
- Valore operativo: Garantisce la continuità dalla fase di scoperta alla validazione preclinica mantenendo l'integrità del campione attraverso tutte le fasi del flusso di lavoro, riducendo la variabilità nelle decisioni di avanzamento corrette per il rischio.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nel processo di scoperta consentendo una preparazione affidabile dei campioni per saggi di biologia redox, sostenendo la verifica delle ipotesi nella fase iniziale della scoperta e guidando l'identificazione dei composti promettenti attraverso dati caratterizzati da un ridotto rischio meccanicistico.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi mantenendo analiti sensibili allo stato di ossidazione, fondamentali per la validazione delle target in aree di patologie redox-attive.
- Screening: Migliora la prontezza e la riproducibilità dei saggi fornendo campioni di acqua interstiziale con minimi artefatti di ossidazione, consentendo una valutazione affidabile dei composti.
- Analisi: Fornisce risultati quantitativi come misure di speciazione di solfuro e ferro che permettono ai gruppi di confrontare le condizioni redox tra diversi gruppi sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Si collega alla continuità preclinica preservando biomarcatori dello stress redox, sostenendo decisioni ponderate sui rischi nella validazione dei modelli di malattia.
- Riutilizzo aziendale: Funziona come capacità riutilizzabile per team di ecologia e tossicologia, standardizzando la gestione dei campioni attraverso progetti e aree geografiche.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva grazie alla conservazione di specie sensibili alla redox e riduzione dell'ambiguità meccanicistica nella farmacologia della sicurezza.
- Valore operativo: Standardizzazione, riproducibilità e scalabilità della lavorazione di campioni anossici in contesti di campo e di laboratorio.
- Valore strategico: Decisioni più accurate su prosegui/non prosegui grazie alla riduzione dei falsi positivi nei saggi dipendenti dalla redox, con maggiore efficienza nell'allocazione del capitale durante lo screening iniziale.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione dei composti aggiustata per il rischio sulla base di dati affidabili relativi a biomarcatori redox, con riduzione del rischio biologico nelle fasi avanzate.
Considerazioni sull'implementazione
- Competenze scientifiche richieste nelle tecniche anaerobiche e nella chimica redox.
- Le attrezzature necessarie includono sistemi a guanti, regolatori di gas azoto, centrifughe e filtri per siringa.
- La standardizzazione tra i gruppi di lavoro richiede una formazione sui protocolli di spurgo dell'ossigeno e sulle procedure di gestione dei campioni.
- Le considerazioni per l'adattamento includono la regolazione dello spessore di sezionamento del campione in base al diametro e alla compattazione del sedimento.
- I limiti pratici comprendono la necessità di analisi tempestive dopo l'estrazione per prevenire l'ossidazione graduale, anche in condizioni ottimizzate.
