Automatizzato 90Sr separazione e preconcentrazione in un sistema di Lab-on-Valve a livello Ppq
6 giugno 2018
Qui, presentiamo la piattaforma portatile autoRAD rapida separazione radiometriche e determinazione di 90Sr, un prodotto importante fissione altamente pertinente alle scorie nucleari.
AutoRad consente di caratterizzare i radionuclidi bersaglio in modo più efficace e rapido rispetto ai tradizionali campionamenti e analisi di laboratorio. Il vantaggio principale è la separazione e la determinazione online utilizzando il conteggio a scintillazione del flusso completamente automatizzato. Pertanto, consente la determinazione in loco di radionuclidi difficili da misurare, come lo stronzio-90.
Per iniziare la preparazione del sistema, collegare la porta di uscita del posizionatore della valvola modulare alla porta di ingresso di un rilevatore di flusso di radiazioni. Collegare la linea di trigger costruita da un microcontrollore a scheda singola al rilevatore di flusso radio. Collegare il rilevatore di flusso radio a un contenitore di almeno 10 millilitri di liquido scintillatore con un alto punto di infiammabilità.
Posizionare un nuovo filtro in fibra di vetro nel canale della colonna del gruppo valvola del laboratorio. Assicurarsi che il posizionatore modulare della valvola sia collegato sia a un contenitore dei rifiuti che al gruppo LOV. Controllare i collegamenti dell'autocampionatore e dei contenitori dei reagenti e dei rifiuti al LOV.
Assicurarsi che siano disponibili volumi sufficienti di reagenti liquidi, in modo che il tubo di campionamento del liquido rimanga immerso durante l'esperimento. Verificare che la pompa multisiringa sia dotata di una siringa di vetro da 10 millilitri in una valvola siringa a tre vie. Assicurarsi che la posizione all'interno della valvola sia collegata all'acqua ultrapura.
Collegare la posizione di uscita al canale centrale del LOV, tramite una bobina di supporto in PTFE da 10 millilitri. Assicurarsi che l'autocampionatore sia acceso e caricare uno o più campioni da 1,3 millilitri nell'autocampionatore. Inserire una soluzione di acido nitrico all'1% nel rack dell'autocampionatore, da utilizzare nella sequenza di pulizia.
Aprire il software di sistema LOV. Da lì, apri il software dell'autocampionatore e inizializza l'autocampionatore. Quindi, verificare che le porte di comunicazione dello strumento siano assegnate correttamente nel software LOV.
Inizializzare il software e aprire l'editor dei metodi. Utilizzare l'editor dei metodi per creare una nuova sequenza per la pulizia del sistema. Nel metodo di pulizia, impostare prima la posizione della valvola della siringa su in, per bypassare il LOV.
Aspirare 10 millilitri di acqua ultrapura direttamente nella siringa a 90 millilitri al minuto, o 1,5 milioni di nanolitri al secondo. Quindi, impostare la posizione della valvola della siringa su Out e far fluire l'acqua attraverso la bobina di supporto direttamente fino allo spreco a 90 millilitri al minuto. Nella fase successiva, aspirare tre millilitri di etanolo nella bobina di tenuta, a tre millilitri al minuto.
Quindi, impostare l'MVP sulla bobina del rivelatore. Iniettare l'etanolo nella bobina del rivelatore a tre millilitri al minuto come passaggio finale. Salvare ed eseguire la sequenza di pulizia.
Prima di caricare la resina, assicurarsi che la sospensione di 12 milligrammi per millilitro di resina di stronzio-90 in acqua ultrapura stia mescolando nel suo contenitore. Per creare la sequenza di caricamento della resina, impostare prima il sistema in modo da aspirare tre millilitri della sospensione di resina nella bobina di tenuta, a tre millilitri al minuto. Impostare l'MVP su spreco e caricare la resina nel canale della colonna a 1,2 millilitri al minuto.
Quindi, impostare la valvola della siringa su WITHIN e aspirare nove millilitri di acqua ultrapura direttamente nella siringa, a 90 millilitri al minuto. Far fluire l'acqua attraverso la serpentina di contenimento e il canale della colonna verso lo scarico, a tre millilitri al minuto, per sciacquare la resina residua sulla colonna. Salva il metodo di caricamento della resina e prepara un nuovo metodo per l'analisi.
In questa sequenza, aspirare prima due millilitri di acido nitrico a quattro molari nella bobina di tenuta, a sei millilitri al minuto. Far fluire l'acido nitrico attraverso la colonna fino a sprecare, a 1,2 millilitri al minuto, per condizionare la colonna. Quindi, aspirare un campione da 1,3 millilitri dall'autocampionatore nella bobina di mantenimento, a sei millilitri al minuto.
Caricare il campione sulla colonna a 1,2 millilitri al minuto. Quindi, aspirare 0,5 millilitri di acido nitrico a quattro molari nella bobina di tenuta, a sei millilitri al minuto. Sciacquare la colonna con questo acido nitrico a 1,2 millilitri al minuto, per eluire le interferenze della matrice.
Quindi, aspirare cinque millilitri di acqua ultrapura nella bobina di tenuta, a sei millilitri al minuto. Impostare il trigger per il rilevatore di flusso radio per avviare le misurazioni. Nel software del rivelatore, impostare la portata del liquido di scintillazione su due millilitri al minuto e il tempo di permanenza su almeno 10 secondi per le misure attivate.
Quindi, nel metodo, impostare l'MVP sul rivelatore ed eluire il campione nella bobina del rivelatore con l'acqua ultrapura a 1,2 millilitri al minuto. Salvare la sequenza. Creare un nuovo metodo per il risciacquo della colonna.
In questo metodo, aspirare 0,6 millilitri di acido nitrico all'1% nella bobina di tenuta, a sei millilitri al minuto dall'autocampionatore, seguiti da 0,6 millilitri di aria alla stessa portata. Sciacquare la miscela liquido-aria direttamente nei rifiuti, a sei millilitri al minuto. Crea un altro metodo per la sostituzione della resina.
Per smaltire la resina, caricare prima 0,2 millilitri di etanolo nella bobina di mantenimento, a tre millilitri al minuto. Sciacquare la colonna con l'etanolo a 1,2 millilitri al minuto. Quindi, sciacquare 0,5 millilitri di acqua ultrapura attraverso la colonna, a 0,45 millilitri al minuto.
Impostare l'MVP in posizione di lavaggio per scaricare la resina usata direttamente nei rifiuti. Al termine, salva la sequenza. Disporre le sequenze in ordine ed eseguire le sequenze per ciascun campione per valutare l'attività dello stronzio-90.
Le condizioni dell'esperimento sono state inizialmente ottimizzate accoppiando il sistema a un ICPMS e valutando i profili di eluizione dell'isotopo stabile stronzio-86 come surrogato dello stronzio-90. La deviazione standard relativa dell'area del picco è stata inferiore al 4% per tre esecuzioni ripetute nell'intervallo da 10 a 120 picogrammi per grammo. Il gruppo lab-on-valve è stato in grado di separare efficacemente lo stronzio-90 in campioni acquosi, con un tasso di recupero complessivo di circa il 70%Il tempo di permanenza dello stronzio-90 nella bobina del rivelatore di flusso radio è stato di 40 secondi.
Sono in corso studi sulle tecniche di stop-flow per prolungare il tempo di permanenza, e quindi migliorare la sensibilità. La dipendenza del segnale del rivelatore di flusso radio dalla concentrazione di stronzio-90 nei campioni acquosi si è dimostrata lineare all'interno dell'intervallo di concentrazione di interesse. Il limite di rilevamento derivato era di circa 320 femtogrammi per grammo, con una deviazione standard relativa di circa il 30% all'interno dell'intervallo di concentrazione studiato.
L'analisi può essere eseguita in situ e richiede solo dieci minuti. AutoRad può fornire un valido aiuto nel campo del decommissioning nucleare e del risanamento ambientale.
Panoramica
La piattaforma portatile autoRAD consente una rapida separazione radiometrica e determinazione dello stronzio-90, un prodotto di fissione significativo nella gestione dei rifiuti nucleari. Questo sistema migliora l'efficienza nella caratterizzazione dei radionuclidi rispetto ai metodi tradizionali.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Gestione dei rifiuti nucleari
- Analisi radiometrica
- Sistemi di rilevamento automatici
Sfondo
- Lo stronzio-90 è un sottoprodotto della fissione nucleare.
- I metodi tradizionali di campionamento sono spesso lunghi e meno efficaci.
- I sistemi automatizzati possono migliorare le capacità di analisi in loco.
- Il conteggio scintillometrico in flusso offre vantaggi di rilevamento in tempo reale.
Scopo dello studio
- Sviluppare un sistema portatile per l'analisi rapida dello stronzio-90.
- Automatizzare il processo di separazione e determinazione.
- Migliorare l'accuratezza e l'efficienza del rilevamento dei radionuclidi.
Metodi Utilizzati
- Integrazione di un posizionatore valvola modulare con un rilevatore di flusso radiativo.
- Utilizzo del conteggio scintillometrico del flusso per la determinazione in linea.
- Sequenze di preparazione e pulizia del sistema.
- Ottimizzazione delle condizioni sperimentali mediante ICPMS.
Risultati principali
- Separazione efficace dello stronzio-90 con un rendimento di recupero di circa il 70%.
- La deviazione standard relativa dell'area del picco è risultata inferiore al 4% in ripetute analisi.
- Il tempo di permanenza dello stronzio-90 nella bobina del rivelatore è stato di 40 secondi.
- Indagini in corso su tecniche per migliorare la sensibilità.
Conclusioni
- La piattaforma autoRAD migliora in modo significativo l'analisi dello stronzio-90.
- L'automazione aumenta l'affidabilità e la velocità nel rilevamento dei radionuclidi.
- I lavori futuri si concentreranno sul perfezionamento del sistema per ottenere prestazioni migliori.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La separazione e il rilevamento automatizzati dello stronzio radioattivo a livelli ppq rispondono a esigenze fondamentali nel settore della disattivazione nucleare e nel monitoraggio ambientale, consentendo una quantificazione rapida in loco di radionuclidi difficili da misurare. Il sistema riduce la dipendenza dall'analisi di laboratorio esterna, accelerando i processi decisionali nella gestione di siti contaminati e nella caratterizzazione dei flussi di rifiuti. Questa capacità supporta la valutazione predittiva del rischio e la priorizzazione degli interventi di bonifica nei settori adiacenti alla biofarmaceutica che gestiscono materiali radioattivi.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione dell'Obiettivo
- Valore scientifico: Consente l'analisi del comportamento del radiostronzio in sistemi biologici per studi meccanicistici dell'assorbimento e del trattenimento di radionuclidi.
- Valore operativo: Fornisce una misurazione automatizzata e quantitativa dello stronzio-90 per convalidare modelli di traccianti radioattivi nella ricerca preclinica.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Fornisce una separazione riproducibile basata sul flusso con recupero <70% e RSD <4% per una quantificazione affidabile dello stronzio radioattivo in matrici complesse.
- Valore operativo: Standardizza la preparazione del campione e il rilevamento mediante controllo integrato delle valvole e conteggio scintillometrico, pronto per analisi ad alto rendimento.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Supporta la modellizzazione di rilevanza patologica della biodistribuzione di radionuclidi attraverso una risposta lineare del segnale in intervalli di concentrazione significativi dal punto di vista ambientale.
- Valore operativo: Consente il monitoraggio longitudinale dello stronzio-90 in campioni biologici con un tempo di permanenza di 40 secondi per studi cinetici.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il sistema si integra nei flussi di lavoro di scoperta fornendo una quantificazione automatizzata di radionuclidi che collega la valutazione dell'esposizione ambientale agli studi di tossicologia meccanicistica.
- Biologia della scoperta: Facilita la verifica di ipotesi sulla biodisponibilità e sull'accumulo tissutale specifico dello stronzio-90 mediante determinazione in linea.
- Screening: Garantisce la riproducibilità del saggio attraverso sequenze ottimizzate di pulizia, carico della resina ed eluizione, con trasferimento residuo minimo.
- Analisi: Produce misurazioni quantitative delle aree dei picchi mediante conteggio scintillometrico in flusso per analisi comparativa tra diverse condizioni di esposizione.
- Ricerca traslazionale: Collega il rilevamento di radionuclidi ambientali alla validazione preclinica grazie a limiti di recupero e di rilevamento costanti.
- Riutilizzo aziendale: Permette l'adattamento della piattaforma a diversi tipi di campione mediante programmazione modulare delle valvole e riorganizzazione delle sequenze di reagenti.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva nei modelli del comportamento dei radionuclidi grazie a una quantificazione precisa e automatizzata dello stronzio-90.
- Valore operativo: Standardizzazione e scalabilità mediante un tempo di analisi inferiore ai 10 minuti e la possibilità di impiego in campo in dispositivi portatili.
- Valore strategico: Riduzione del rischio biologico in fase avanzata, consentendo la rilevazione precoce di contaminazioni da radiostronzio negli ambienti di ricerca e sviluppo.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione dei composti o modelli in base al rischio mediante profili quantificati di interazione con i radionuclidi.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze in radiochimica e sistemi di rilevamento a flusso per lo sviluppo del metodo e la risoluzione dei problemi.
- È subordinato alla compatibilità del rilevatore a flusso con i liquidi scintillatori e al controllo preciso della portata.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per la manipolazione delle resine, lo smaltimento dei rifiuti e le procedure di calibrazione.
- Comporta la necessità di adattamenti in relazione a matrici campionarie variabili e concentrazioni di radionuclidi in campioni ambientali o biologici.
- È limitato dalla necessità di strutture per la manipolazione di materiali radioattivi e dal rispetto delle norme di sicurezza radiologica durante il funzionamento.
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