Production bleed water(PBW)を酸化銅ナノ粒子(CuO-NPs)で処理し、培養ヒト細胞の細胞毒性を評価しました。このプロトコールの目標は、CuO-NP処理による毒性の変化を評価するために、天然の環境サンプルを細胞培養フォーマットに統合することでした。
方法論記事
Production bleed water(PBW)を酸化銅ナノ粒子(CuO-NPs)で処理し、培養ヒト細胞の細胞毒性を評価しました。このプロトコールの目標は、CuO-NP処理による毒性の変化を評価するために、天然の環境サンプルを細胞培養フォーマットに統合することでした。
その場で回収 (ISR) では 、米国におけるウラン抽出の主な方法です。 ISRの間に、ウランが鉱体から浸出され、イオン交換により抽出しました。得られた生産ブリード水(PBW)は、ヒ素や他の重金属などの汚染物質が含まれています。アクティブISRウラン施設からPBWのサンプルを第二銅酸化物ナノ粒子(CuOを、NPS)で処理しました。 PBWのCuOを-NP処置はヒ素、セレン、ウラン、バナジウムを含む、優先汚染物質を減少させました。 PBWは、細胞増殖培地の液成分として使用し、生存率の変化はMTT(3-(4,5-ジメチルチアゾール-2-イル)-2,5-ジフェニルテトラゾリウムブロミド)によって決定された処理された未処理及びCuO-NPアッセイヒト胎児腎臓(HEK 293)およびヒト肝細胞癌(Hep細胞のG2)細胞です。のCuO-NP処理が改善されたHEKおよびHEP細胞生存率と関連していました。この方法の制限は、増殖培地成分によって、およびオスモル中PBWの希釈を含みますality調整だけでなく、必要に応じてpH調整。この方法は、希釈による効果とが伝統的にわずかに酸性であるPBWのpHの変化へのより広い文脈に限定されています。この方法は、より中立的な海域でのCuO-NPの治療を評価する広範な用途を持つことができます。
米国電気供給の約20%は核エネルギーによって提供され、エネルギーの独立性を高めるために国のインセンティブに基づいている、米国の原子力容量が1増加すると予想されます。核エネルギーの世界的な成長は、米国外で発生した2成長の大部分で、継続することが予想されます。 2013年の時点で、米国のウランの83%は輸入されたが、埋蔵量の952544トン、米国3,4内に存在します。 2013年7新しい施設アプリケーションとワイオミング州、ニューメキシコ州、ネブラスカ5との間の14の再起動/拡張アプリケーションがありました。米国では、ウランは主に、その場の回復に (ISR)を介して抽出された6を処理します。 ISRは、より少ない土地の破壊を引き起こし、環境汚染物質7を解放することができテーリング杭の作成 が回避されます。 ISRは、ウランを介して浸出液から抽出された後、地下の鉱体からウランを浸出する水ベースの酸化·ソリューションを使用していますイオン交換法8。鉱体における負の水分バランスを維持するために、生産ブリード水(PBW)と呼ばれる浸出水の一部は、抜き取られます。 PBWの部分は、逆浸透(RO)を使用して、汚染除去およびマイニングプロセスに再導入されたが、毒性汚染物質が表面のための状態の規制機関によって決定される許容可能なレベルまで低減することができればPBWはまた、有益な工業または農業用途を有することができるし、地下水9。現在、ほとんどのISRウラン施設はPBWから汚染物質を除去するためにROを使用しています。しかし、RO処理は、エネルギー集約的であり、調整された処分を必要とする有害廃棄物の食塩水を生成します。
多くの水の浄化方法は吸着剤、膜およびイオン交換を含む、存在します。これらのうち、吸着は、最も一般的に使用され、ナノ粒子合成における最近の発展は、吸着剤ベースの水の汚染除去の機能10の処理を強化しました。銅オキシ以前に広くウランISR PBWに研究されていなかったデ·ナノ粒子(CuOを-NPS)が、地下水からの汚染物除去の最近の研究では、CuOを-のNPは、前または後の水処理工程を必要としないなどのユニークな特性を、(持っていることが判明しました例えば 、pHまたは酸化還元電位)を調整し、異なるpH、塩濃度、または競合イオン)11において、 例えば、(異なる水組成物でよく行います。また、CuOを、NPを、容易に再生のCuO-NPは再利用することができ、その後、水酸化ナトリウム(NaOH)を用いて浸出することにより再生されます。天然水からのCuO-NP微量金属フィルタリング機能の詳細は、先に11-14を公開されています。
水処理のために有用であるが、金属酸化物ナノ粒子は、生物に対して毒性であり得るが、毒性の程度は、ナノ粒子の特性および成分10,15,16に部分的に依存します。したがって、simultを勉強することが重要ですフィールドアプリケーション前aneous汚染物質除去とナノ粒子の毒性。現在の研究では(ヒ素、セレン、バナジウム及びウランを含む)PBW優先汚染物質を除去するためのCuO-NPの能力を決定し、PBW細胞毒性でのCuO-NPの治療の効果を評価しました。
PBWは、アクティブなISRウラン施設から収集し、優先度の汚染物質の除去にCuOを-NPの治療の有効性を決定するために利用されました。のCuO-NPの治療前後PBW細胞毒性も評価しました。 PBWは、複雑な地質(環境/産業用)の混合物であり、有害物質のための環境健康科学(NIEHS)と機関の研究所&疾病登録(ASTDR)の両方が混合物を含め、環境に関連する混合物の毒性の研究に重点を置いています彼らは自然や産業環境に存在し、ならびにin vivoでのさらなる試験のための化学物質の優先順位を決定するためにin vitro試験で推進として17-19。低用量混合物への慢性暴露は、少なくともではない、ほとんどの実験室での研究の短い時間枠内で、明らかな効果を生じないため、慢性の研究は、低用量の混合物のエクスポージャーは、困難です。同様に、化学物質の混合物のインビトロ試験でほとんどが2以上の金属20,21の定義されたラボ製の混合物に細胞を公開します。これらの研究は、ベースライン情報を提供するが、簡略化された混合物は、混合物成分の全範囲が存在しているネイティブ、環境試料、で発生する可能性があり、複雑な拮抗との相乗的相互作用を複製しません。
本研究の目的は、PBWの代替汚染物除去プロセスを調べるために、培養ヒト細胞を用いた細胞毒性にPBW(のCuO-NP)の治療の効果を評価することでした。結果は、汚染物質を除去するための、より効率的で環境に優しい方法の開発を通じてウラン産業の利益を得ることができます。本研究では、提供します最初の証拠のCuO-NPSがPBWの重点汚染物質の削減は、哺乳動物細胞22に細胞毒性を減少させます。
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すべてのサンプルは、ワイオミング州のウランISR施設のウラン液処理建屋で収集しました。
1.生産ブリード水(PBW)
のCuOナノ粒子の調製(CuOを-NPS)
のCuO-のNPとPBW 3.治療
4.元素分析
PBWを用いた細胞培養培地の5準備
6.細胞生存率
注:腎臓および肝臓は、培養ヒト胎児腎臓(HEK293)細胞(HEK)およびヒト肝細胞癌細胞(HepG2)細胞(HEP)の試験方法を採用24-26、重金属毒性の標的臓器であることを考えます。
7.地球化学モデル
8.阻害濃度50(IC 50)
9.データ解析
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未処理及びCuO-NP処理したPBWでPBWの成分濃度、pHを表1に報告されている。マーティンとレディ(2009)は、CuOを-NPのゼロ電荷点が9.4±0.4と推定されていることを報告しました。これらの条件では、PBWのpHは7.2〜7.4であったことを考えると、水がナノ粒子表面が負に帯電した種の吸着を可能に課金させる、のCuO-のNPにプロトンを寄付しています。ヒ素、セレン、ウラン、バナジウム( 表1)を含むPBWからのCuO-NP治療除去優先汚染物質。平均ヒ素濃度は[0.002 mg / Lで(両側検定対応のあるt検定、P <0.0001)に0.0175から] 87%減少しました。のCuO-NPの治療も著しく低減セレン(30%)、ウラニウム(78%)、バナジウム(92%)、およびリン酸(85%)(p <0.05)。
スペシエーションモデリングの結果、 表2に報告、分析結果をサポートしていますの99%PBWにヒ素を溶解TALはHA...
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以前の研究では、CuOを-NPは地下水11,13,30,31からヒ素を除去することを報告しました。本研究では、これらの以前の知見をサポートし、また、CuOを-NPはPBWから追加の汚染物質を除去することを報告しています。この研究はまた、他の汚染物質および潜在的な競合するイオン11の存在にもかかわらず、CuOを-NPは、ヒ素の除去に有効であることを以前のレポートを確認します。分化モデリングはCuOを-NPのへの吸着を可能にする、PBWにおけるバナジウム種の97%が負に帯電していることを予測して、バッチ処理は、バナジウムの92%が除去されました。
これはCuOの-NPを使用してPBWから特定の汚染物質を除去の影響を調査し、その後除去に関連細胞毒性の変化を評価した最初の研究です。結果は、in vitroアプローチを使用して複雑な混合物の細胞傷害性の変化を調査することが可能であることを実証するが、これらの方法には、制限がないわけではありません。 PBWがfを使用することができませんでした細胞のULL強度、生き残るためにあるため、...
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著者らは開示するものは何もない。
サンプルの質量分析について、ロジャー・ホッパー博士とワイオミング州農務省分析サービスラボに感謝します。 ワイオミング大学薬学部の研究室でこのプロトコルをビデオに収めることを許可してくださったことに感謝いたします。 また、Theodore O. and Dorothy S. King Endowed Professorship AgreementのGraduate Assistantship(SC)、ワイオミング大学のGraduate Assistantshipサポート(JRS)、Science Posse(NSF GK-12 Project # 084129)のティーチングフェローシップ(JRS)に感謝します。 また、サンプルの入手を許可し、質問に協力してくれたUranium Oneにも感謝します。 この研究は、ワイオミング大学エネルギー資源学部の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| CuCl2 | Sigma | 203149 | |
| ホウケイ酸ガラス球 | VWR | 26396-639 | 6 mm |
| 硝酸 | フィッシャー | A509-P500 | 微量金属グレード |
| 0.45 μm シリンジフィルター | Fisher SLHA 033S S | ||
| 10x EMEM | Fisher | BW12-684F | |
| ウシ胎児血清 | ATCC | 30-2020 | |
| L-グルタミン | Fisher BP379-100 | ||
| NaHCO3 | Sigma | S5761 | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | ATCC | 30-2300 | |
| 0.22 μm 真空フィルターユニット | フィッシャー | 09-740-28C | |
| HEK293 | ATCC | CRL-1573 | |
| HEPG2 | ATCC | HB-8065 | |
| トリプシン | シグ | マ SV3003101 | |
| MTT | シグマ | M2128 | |
| D-ペニシラミン | フィッシャー | ICN15180680 | |
| 96 ウェルプレート | フィッシャー | 07-200-92 | |
| DMSO | Fisher | D12814 | |
| Spectra Max 190 | Molecular Devices | ||
| Visual MINTEQ version 3.0 | KTH Royal Institute of Technology | ||
| ICP-MS | Agilent | 装置、モデル、検出限界の詳細は、Reddy et al., 2013に掲載されました。 | |
| IC DIONEX DX 500 | Dionex | 装置、モデル、検出限界の詳細は、Reddy et al., 2013に掲載されました。 | |
| VWRインキュベーター | VWR |
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