マイクロ透析プロファイラーを用いた酸素-無酸素土壌-水界面での溶存溶質サンプリング

土壌科学者として、私たちは常に分析のために土壌粉末水を取る必要があります。ただし、特に粉末水中の化学物質が酸素に非常に敏感な場合は、それほど簡単ではありません。これは新しい技術です。

これを API サンプラーと呼びます。サンプラーを使用することで、土壌への実際の負荷障害で2ミリリットルごとに土壌粉末を採取できます。私の生徒である張沙、玉佳、劉子燕、劉浩は、サンプラーの作り方とそれを使って土壌粉末水を取る方法を実演します。

手付かずのナノメンブレンチューブを、長さ58ミリメートルの33本の短いチューブに正確に切断することから始めます。次に、ポリテトラフルオロエチレンまたはPTFEパイプをセラミックナイフで長さ180ミリメートルの66本のパイプに切断します。次に、きれいなプラスチックプレートにABエポキシ接着剤の2つの部分を完全に混合し、粘着性になるまで30分間放置してから、PTFEパイプの上部の外面に塗布します。

ABエポキシ接着剤がチューブの4ミリメートルのみをカバーし、チューブをブロックする追加の接着剤がないことを確認してください。PTFEパイプをナノメンブレンチューブにそっとねじ込み、33本の手付かずのマイクロダイアリスサンプラーをすべて完全に組み立てることにより、2本のPTFEパイプを各ナノメンブレンチューブに接続します。組み立てたサンプラーを一晩放置して、接着剤の完全な硬化と安定化を確実にします。

親水性を高め、マイクロ透析サンプラーを洗浄するには、エタノールに1時間浸した後、2%希釈硝酸と超純水でそれぞれ15分間超音波洗浄します。5ミリリットルの注射器を使用して水中で泡立てて、マイクロ透析サンプラーの開存性と気密性を確認します。マイクロダイアリシスプロファイラーを組み立てるには、CADファイルを使用して、ナイロン素材を使用して事前に設計されたスケルトンを印刷します。

次に、スケルトンサイズに一致するように、5センチメートル間隔の2つの平行スロットを備えた酸洗浄されたPVC容器をくり抜いた。スロットには、3Dプリンターの彫刻モジュールを使用します。50ミリメートルの遠沈管キャップの形状のエポキシ接着剤を安定化させることにより、1対多のコネクタを構築します。

次に、硬化する前に、長さ1センチメートルのシリコンキャップ33個をエポキシ接着剤に挿入し、一晩放置します。次に、チューブキャップから1対多コネクタを取り外し、セラミックナイフを使用してキュレートエポキシ接着剤を切断し、すべてのシリコンキャップの端が遮られないようにします。1対多のコネクタを2%希釈硝酸と超純水でそれぞれ15分間完全にすすぎ、周囲条件下で乾燥させます。

乾燥したら、三方弁をチューブの底に接続して、緩衝容器として機能します。ABエポキシ接着剤を使用して50ミリリットルのシリンジチューブに1対多のコネクタを取り付けてバッファリングコンテナを組み立てます ホットメルド接着剤を使用して個々のマイクロ透析サンプラーをスケルトンに組み立て、各サンプラーがスケルトンの上端または下端に平行になるようにします。33個のマイクロダイアリシスサンプラーすべてをスケルトンに取り付け、両側の33個のサンプラーがPVCスロットを通過するようにします。

スケルトンジョイントとスロットの隙間をABエポキシ接着剤でシールします。次に、50ミリリットルの遠沈管にあらかじめ取り付けられた1対多のコネクタバルブを介して、すべてのサンプラーをスケルトンの片側にあるバッファリングコンテナに接続します。次に、18.3ミリオームの水をあらかじめ充填した医療用輸液バッグを三方弁を介してバッファーコンテナに接続します。

シリコンキャップを使用してサンプリング側のすべてのサンプラーを閉じます。三方弁を回して各マイクロ透析サンプラーの開存性と気密性を再確認し、医療用輸液バッグからサンプラーに水が流れるようにします。次に、バッファリングコンテナのすべてのサンプラーとバルブを閉じてオフにします。

浸水した土壌をインキュベートする前に、医療用輸液バッグ内の水を脱気して酸素を除去します。医療用輸液バッグへの高純度窒素ガスのラインの経路で窒素ガスを一晩バブリングした。三方弁を使用して、プロファイラーと脱気バッグの間の接続を閉じます。

次に、450グラムのふるいにかけた空気乾燥土壌をPVC容器に入れ、5つのマイクロ透析サンプラーが土壌表面の上に残るようにします。土壌をティッシュで覆ってから、超純水で土壌を溢れさせます。土壌が土壌表面から5センチメートル上にあふれたら、組織を取り除きます。

土壌インキュベーションが初期化されたら、すぐにプリロードされた溶液でシステムをパージします。次に、嫌気性バッグと透析サンプラー間の接続をオンにして、サンプリングシステムを洗い流します。各サンプラーを水でパージするときは、サンプラーの総容量の10倍を使用してください。

1つのサンプラーのパージが完了したら、清潔なシリコンキャップを使用してキャップをしてから、すべてのサンプラーをパージして、1つの浸水土壌インキュベーションおよびサンプリングシステムを確立します。次に、嫌気性バッグを水面の高さに調整し、すべてのチューブが水で満たされていることを確認します。そうでない場合は、キャップを外してチューブトップを下げ、嫌気性バッグから水が流れるようにします。

キャップとバルブを閉じ、嫌気性バッグと透析サンプラーの間の接続をオフにして7日間インキュベートします。サンプリングする前に、土壌容器、サンプリングトップ、嫌気性バッグの水位を同じ高さに調整して、著しく異なる水ポテンシャルを回避します。次に、嫌気性バッグとバッファーコンテナ間の接続をオンにします。

最初のサンプラーのキャップを上から下に取り外します。ピペットを使用して、133マイクロリットルのサンプルをサンプラーから0.6ミリリットルのバイアルに移し、保存のために133マイクロリットルの2%硝酸をプリロードします。サンプリング中、嫌気性バッグ観察チャンバー内の微小透析サンプラーに向かう水滴のゆっくりとした均一な流れを観察します。

次のサンプリングチューブに移動する前に、シリコンキャップでチューブ上部を閉じます。嫌気性バッグとバッファー容器の間の接続をオフにする前に、33サンプルすべてに対してこれを繰り返します。サンプリング後6日目に洪水を補充します。

貧弱な水サンプルを移す前後のサンプルバイアルを計量することにより、サンプル体積回収率を計算します。次に、誘導結合プラズマ質量分析またはICPMSを使用して、貧弱な水中の元素の総溶解濃度を測定します。サンプル量の回収率は平均101.4%で、100.2%から103.6%の範囲でしたサンプル量の回収率がわずかに高いほど、嫌気性バッグとサンプリングチューブの上部の水位差が示されました。

6日目と7日目に採取した土壌水界面の試料を用いて、貧弱水中の鉄、マンガン、ヒ素、カドミウム、銅、鉛、ニッケル、亜鉛の総溶存濃度を測定した。6日目には,マンガン,鉄,ヒ素の溶存濃度は土壌の深さとともに増加したが,銅と鉛の溶存濃度は土壌の深さの増加とともに減少した。しかし、カドミウム、ニッケル、亜鉛については、溶解濃度がマイナス20ミリメートルからより深い場所に増加するため、濃度深度プロファイルは異なるパターンを示しました。

6日目のマイナス12ミリメートルの深さでの鉄とヒ素の濃度深さプロファイルは、7日目のレベルよりも有意に高かった。しかし、鉄とヒ素の濃度は、マイナス18ミリメートルからマイナス50ミリメートルの深さまで有意に高かった。マンガンを除くほとんどの元素について、好気的水分補給後の表層水およびマイナス15ミリメートルの深さの均一な表層土壌の溶存濃度は有意に低かった。

7日目の鉛濃度ピークはマイナス10mm程度で、6日目とは対照的なパターンを示した。この技術は、生物地球化学的マイクロインターフェースプロセスを研究した研究者に特に有用です。医学的交絡因子を絞り込むことができます。

この手順は平らな土壌に適用されるため、酸素の漏れや侵入により、予期しない化学プロセスが大幅に変化し、すべての接続が気密であり、水の脱気が十分であることを確認してください。この手順に続いて、手根液体クロマトグラフィーおよび質量クロマトグラフィーおよび特殊分解能微生物分析などの他の方法を実行して、化学的および生物学的プロセスを橋渡しすることができる。この手法は、研究者が変化する環境下でウイルスの摂動が編集されたセンサー素子の動作にどのように影響するかについての新しい問題を探求する道を開きました。