臭気と深いから放出されるガスの濃度を評価する実験室スケール モデル層状パック肥料
2018年7月19日
ガス、臭気、およびラボ スケール層状肥料パックは、深層層状肥料パックを使用して商業牛施設における空気質を改善する方法を研究するために培養液の組成を測定するためのプロトコルが開発しました。
この方法は、寝具、湿度、温度、または寝床のある家畜施設で使用される修正の影響など、畜産施設の空気の質に関連する重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、制御された環境で因子を評価でき、商業規模の施設で研究を行う前に効果の低い治療を排除できることです。この手順を実演するのは、私の研究室の技術者であるAlan Krugerです。
シミュレータチャンバーには、高さ0.42メートル、直径0.38メートルのプラスチック製の円筒形容器を使用し、これは約10ガロンのゴミ箱に相当します。まずは、容器の周囲から約5cmのところに1cmの穴を6つ開けます。穴の間隔を均等に空けます。
次に、容器を掃除し、320グラムの寝具材料を入れ、続いて320グラムの新鮮な牛の糞と320グラムの新鮮な牛の尿を入れます。次に、周囲5センチのロッドを使用して、混合物を約30秒間一緒に攪拌します。攪拌後、微生物の相互汚染を防ぐために、消毒用ワイプまたは温かい石鹸水を使用してロッドをきれいに拭いてください。
次に、コンテナの内容物の最終的な質量を記録します。次に、プラスチック容器を周囲温度18〜20°C、露点12°Cに設定された環境チャンバーに入れます。週に3回、寝具パックのメンテナンスを行います。
この作業では、まず水酸化ナトリウムを使用して解凍した尿のpHを7.4に調整し、尿容器をできるだけ頻繁にキャップします。次に、寝具パックの質量を量り、記録します。次に、320グラムの解凍した牛の糞と320グラムの解凍した尿を量り、両方を寝具パックに加えます。
週に一度、320グラムの新鮮な寝具も追加します。ベッドパックシミュレーターを環境チャンバーに戻す前に、最初にセットアップしたときのように、常に混合物を30秒間かき混ぜてください。メンテナンスの前に、毎週シミュレートされたベッドパックからサンプルを収集します。
まず、模擬寝具パックの上部から模擬寝具パックを入れたプラスチック容器の上部までの距離を測定します。次に、金属製の杭をベッドパックの中央に約5センチ押し込みます。次に、外径0.64センチメートルのチューブを、シミュレートされたベッドパックコンテナの上部にある穴の1つに通します。
次に、シミュレータ内で、12.5センチメートルの金属杭をチューブに取り付けて、チューブがベッドパックの表面から1.3センチメートル上にくるようにします。次に、直径22.9cmの穴が開いたゴムスカートを静的フラックスチャンバーに配置します。スカートはシールとして機能します。
スカート付きのスタティックフラックスチャンバーをベッドパックシミュレータに置きます。次に、0.64 cmの不活性チューブを不活性圧縮フィッティングを使用してフラックスチャンバーに接続します。フラックスチャンバーはガスサンプリングを実行し、電磁弁を制御するプログラム可能なロジックリレーによって制御され、ガスの流れを制御します。
セットアップの準備を完了するには、ポンプを使用して、毎分5リットルの速度でチューブを通して周囲の空気を30分間洗い流します。ガス測定を行うには、まずサンプルラインのストップコックを開いて、部屋から周囲の空気をガスサンプリングマニホールドに接続された不活性サンプルラインに引き込みます。次に、周囲の空気を引き込み、測定値を20分間記録するようにリレーをプログラムします。
20分後、ストップコックを閉じてampリング期間を終了します。次に、シミュレータに接続されたラインから20分間空気をサンプリングするようにリレーをプログラムします。その間、シミュレータのヘッドスペース内の揮発性有機物を測定します。
まず、事前に調整されたステンレス鋼の吸着剤チューブの真鍮製収納キャップを取り外します。次に、柔軟なゴムチューブを使用して吸着剤チューブをフラックスチャンバーの入口ポートに取り付け、吸着剤チューブのもう一方の端を真空ポンプに取り付けます。次に、シミュレーターから吸着剤チューブに空気を5分間引き込み、合計サンプル量を0.375リットルにします。
後で、ポンプの電源を切り、吸着剤チューブを片付けます。ガス分析システムで吸着剤チューブを分析する直前に、真鍮製の収納キャップをPTFE分析キャップに交換します。次に、テキストプロトコルに従って揮発性有機物の分析を進めます。
この手順は、周囲温度での多数の寝具材料が臭気やガスの生成に及ぼす影響を評価するために使用されてきただけでなく、アンモニア排出を制御するために追加できる修正も行っています。寝床パックの化学的および物理的特性は、商業用納屋だけでなく、シミュレートされた寝床パックでも測定されています。この手順は、商業施設と同等の結果をもたらし、シミュレートされたベッドパック研究間でも良好な再現性を持っています。
このプロトコルが高価な農場での研究試験を補完するのに適したモデルであるかどうかを判断するために、商業施設から空気質データを収集し、記載された方法とアシッドトラップ法などの古い労働集約的な方法を使用して、シミュレートされたベッドパックから空気質データを収集しました。全体として、測定値は非常に類似しており、記載されている省力化方法の使用を支持していました。このビデオを見れば、このラボスケールのモデルを使用して、寝具を使用する畜産施設の空気の質と栄養管理に影響を与える要因を研究する方法について十分に理解できるはずです。
この手順に従うと、ラボスケールのモデルを作成して、商業畜産施設の空気の質を改善できるさまざまな材料、環境変数、および緩和処理を評価できます。このモデルは動的であり、研究者は有用な測定値を簡単に収集できます。
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概要
ラボスケールの敷料堆積糞尿パックにおけるガス、臭気、および栄養組成を測定するためのプロトコルが開発されました。この手法は、畜産施設における空気質に関連する重要な課題を解決するのに役立ちます。
研究の主要構成要素
科学分野
- 環境科学
- 農業技術
- 畜産学
背景
- 家畜施設において、空気質は重大な懸念事項です。
- 牛の施設では、敷料を混ぜた堆肥パックが一般的に使用されています。
- 空気質に影響を与えるさまざまな要因を理解することは極めて重要です。
- 本研究は、制御された環境下でこれらの要因を評価することを目的としています。
研究目的
- 敷料、湿度、および温度が空気質に及ぼす影響を測定すること。
- 敷料を使用した家畜施設における異なる改良材の有効性を評価すること。
- フィールド調査の前に、ラボ環境で空気質を評価するためのプロトコルを提供すること。
使用された手法
- シミュレーターチャンバーとしてのプラスチック製円筒容器の使用。
- ガス測定を容易にするための容器への穴あけ。
- さまざまな要因を評価するための制御環境。
- ラボ技術者による手順のデモンストレーション。
主な結果
- 空気質に影響を与える要因の制御された評価。
- フィールド調査に先立つ、効果の低い処理方法の特定。
- 敷料と空気質の関係に関する知見。
- 商業施設における空気質に関する今後の研究の基礎。
結論
- 本プロトコルは、空気質を評価するための信頼性の高い手法を提供します。
- 管理された研究を行うことで、家畜施設におけるより適切な管理手法を導き出すことができます。
- 今後の研究において、これらの知見に基づき空気質の改善を図ることが可能です。
よくある質問
産業界における重要性
このラボスケールのモデルにより、家畜施設における空気質に影響を与える環境要因および材料要因の制御された評価が可能となり、初期段階の仮説検証や処理の優先順位付けを支援します。ベッドパック条件をシミュレートすることで、商業規模に拡大する前に、メカニズム上の経路のリスクを軽減し、効果的な緩和策を特定することができます。このアプローチは、農業システムにおける排出量の削減と栄養管理の改善を目的とした介入策のターゲットバリデーションにおける予測の信頼性を高めます。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期発見およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： 環境修飾因子およびそれが生物学的システムに及ぼす影響に関する治療仮説の検証を可能にする。
- 運用上の価値： 再現性のあるシステム内で温度、湿度、床材組成などの変数を分離することで、生物学的なリスク低減を支援する。
- 予測的価値： ガスおよび臭気の出力を機能的なリードアウトとして定量的に測定することにより、ターゲットへの信頼性を高める。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- アッセイの準備： 環境条件と栄養成分の入力を標準化することにより、後続のスクリーニングに向けて検証済みの生物学的システムを準備します。
- 定量的な出力： アッセイの再現性と拡張性を裏付ける化学的および物理的な測定値の収集を可能にします。
- プラットフォームの有用性： 反復的な研究サイクルを通じて、複数の敷材や改良材を評価するための再利用可能なシステムを提供します。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 疾患への関連性：家畜の健康に関連する病態をモデル化し、ストレスおよび呼吸器指標におけるトランスレーショナルなバイオマーカーの整合性をサポートします。
- 前臨床の継続性：6〜7週間にわたる一貫した時間分解能モニタリングを通じて、探索段階の知見と前臨床検証を橋渡しします。
- リスク調整済みの前進：商業施設での測定値と同等の結果を示すことで、フィールドへの展開における不確実性を低減し、go/no-go判断に有用な情報を提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、リード化合物の同定および前臨床評価に先立ち、環境介入の仮説駆動型スクリーニングを可能にすることで、創薬・探索の連続的なプロセスに組み込まれます。
- 探索生物学：敷材、湿度、温度が排出物および栄養素の動態に影響を与える経路を明らかにすることで、メカニズム的なリスク軽減を支援します。
- スクリーニング：標準化された維持およびサンプリングプロトコルを備えたアッセイ可能なシステムを提供し、化合物や処理の信頼性の高い評価を保証します。
- 分析：揮発性有機物およびガス濃度の時系列データを生成し、条件間および処理間の統計的な比較を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：商業施設で観察される範囲内のデータを提供することで、前臨床ワークフローと整合させ、用量反応および有効性モデリングを支援します。
- エンタープライズ再利用：プロジェクト全体で敷材、環境変数、および軽減処理の繰り返し試験を行うためのモジュール式プラットフォームとして機能します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 環境と生物の相互作用におけるメカニズム的な曖昧さを軽減することで、ターゲットバリデーションにおける予測の信頼性を高めます。
- 運用上の価値： 標準化、再現性、および低負荷のメンテナンス（1ユニットあたり週10分未満）を確保し、拡張可能な実験設計を可能にします。
- 戦略的価値： 効果のない処理を早期に特定することで資本効率を向上させ、農業R&Dパイプラインにおける後期段階の失敗リスクを軽減します。
- ポートフォリオへの影響： 再現性のある定量的な空気質および栄養データに基づき、リスク調整後の介入策の優先順位付けを可能にします。
実施上の検討事項
- 環境サンプリング、ガスフラックス測定、および栄養素分析手法の専門知識が必要です。
- 環境チャンバー、ガスサンプリングマニホールド、吸着管、およびヘッドスペース分析用の真空ポンプなどの装置に依存します。
- 再現性を確保するため、敷材の調製、尿・糞便の取り扱い、および週次メンテナンスプロトコルのチーム間での標準化が必要です。
- 異なる家畜種、施設設計、または気候条件に知見を適用する際は、適応に関する検討が含まれます。
- モデルが簡略化されているため、商業的な畜舎に存在する複雑な微生物相互作用や空間的不均一性を完全にとらえられない可能性があります。
バイオファーマに関するよくある質問
Chapters in this video
0:04
Title
0:43
Constructing and Maintaining Bedded Pack Simulators
2:37
Connecting Flux Chambers to the Bedding Pack Simulators
3:59
Collecting Gas and Volatiles Measurements from the Headspace of Bedded Pack Simulators
5:18
Results: Studies Summary and Comparisons with Alternate Methodologies
6:14
Conclusion
