Die Entfernung der Spurenelemente von Kupferoxid Nanopartikeln aus Uranium

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Behandlung mit Kupferoxid-Nanopartikeln als Verfahren zur Schadstoffentfernung in Produktions- und Ablaufwasser zu untersuchen und deren Zytotoxizität mittels kultivierter menschlicher Zellen zu bewerten. Dies wird erreicht, indem zunächst Produktionsablaufwasser mit Kupferoxid-Nanopartikeln behandelt wird. Die Konzentrationsänderungen einzelner Elemente werden vor und nach der Behandlung bewertet.

Anschließend wird konzentriertes Zellkulturmedium entweder mit unbehandeltem Produktionsabwasser oder mit Kupfer(II)-oxid verdünnt. Nanopartikelbehandeltes Produktionsabwasser wird zusätzlich zu den standardmäßigen Zellkulturzusätzen verwendet, um die Testmedien unbehandeltes Produktionsabwasser, Wassermedien und Kupfer(II)-oxid, nanopartikelbehandeltes Produktionsabwasser herzustellen. Die Wassermedien werden dann auf humane Nieren- und Leberzellen aufgebracht und kultiviert, und die Zellviabilität wird über sieben Tage gemessen.

Schließlich zeigt die M-T-T-S-A die Entfernung von Arsen, Selen, Vanadium und Uran aus Produktionsabwässern auf. Die Behandlung von Ablaufwasser mittels Kupferoxid-Nanopartikeln ist mit einer erhöhten Lebensfähigkeit menschlicher Nieren- und Leberzellen verbunden. Dies ist die erste Studie, die die Entfernung spezifischer Kontaminanten mittels Kupferoxid-Nanopartikeln untersucht und gleichzeitig die mit der Entfernung verbundenen Veränderungen der Zytotoxizität in einem Zellkultursystem bewertet.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden liegt darin, dass die Umweltprobe, wie sie in der Natur vorkommt, gemeinsam mit den Nanopartikeln in einem kostengünstigen hydroputt-Format getestet wird. Die in dieser Studie untersuchten Kupferoxid-Nanopartikel können auf andere Grundwassersysteme angewendet werden, beispielsweise auf Trinkwassergrundwasser kleinerer Gemeinden. Die Regenerierung der Kupferoxid-Nanopartikel erzeugt weniger Abfall und minimiert Entsorgungsprobleme.

Um dieses Verfahren zu beginnen, bereiten Sie Kupfer(II)-oxid-Nanopartikel vor und sammeln Sie das Produktionsabwasser (PBW), wie in der Textanleitung beschrieben. Behandeln Sie das PBW mit Kupfer(II)-oxid-Nanopartikeln, indem Sie 50 Milligramm der hergestellten Nanopartikel in ein 50-Milliliter-Konizglas geben und anschließend 50 Milliliter PBW hinzufügen. Verschließen Sie das Gefäß und lassen Sie es 30 Minuten lang auf einem Labororbital-Schüttler bei 250 U/min reagieren. Zentrifugieren Sie die Probenröhrchen anschließend bei 250 × g für 30 Minuten. Ändern Sie die Zentrifugationsgeschwindigkeit und -dauer je nach Nanopartikeltyp, um sicherzustellen, dass sich die Nanopartikel im Zentrifugenröhrchen kompakt absetzen. Nach der Zentrifugation filtrieren Sie das Überstand mit einem 0,45-Mikrometer-Spritzenfilter. Die filtrierten Proben werden dann zur elementaren Analyse geschickt. Um das Zellkulturmedium vorzubereiten, verwenden Sie zunächst Umkehrosmosewasser (RO-Wasser) aus dem Labor.

Diese umfassen 100 %, 75 %, 50 % und 25 % unbehandeltes PBW oder PBW, das mit CIC-Oxid-Nanopartikeln behandelt wurde. Als Nächstes 25 Milliliter konzentriertes 10×-E-M-E-M zu 190 Milliliter des ro hinzufügen, und zwar jeweils zu jeder der behandelten und unbehandelten PBW-Konzentrationen. Den pH-Wert jeder Lösung mit Natriumhydroxid oder Salzsäure auf 7,4 einstellen.

Dann ergänzen Sie jede Konzentration von unbehandeltem und behandeltem PBW sowie von RO-Kontrollmedium mit den im Textprotokoll aufgeführten Standardkomponenten. Nachdem jede Konzentration von unbehandeltem PBW plus Medium sowie von RO-Kontrollwasser plus Medium hergestellt wurde, wird die Osmolalität angepasst. Ein Tropfen jeder Lösung wird auf eine lösungsmittelfreie Papierplatte aufgetragen, und die Platte wird in ein Dampfdruck-OSM-Messgerät eingelegt.

Die Osmolalität wird anschließend durch Zugabe von RO-Wasser auf 290 bis 310 Milliosmol pro Kilogramm eingestellt. Abschließend jede Lösung mit einer Vakuumfiltereinheit mit 0,22-Mikron-Filter abfiltern und bei vier Grad Celsius lagern. Bereiten Sie zwei bis drei Tage vor dem Ansäen eine Kultur menschlicher embryonaler Nierenzellen und menschlicher hepatocellulärer Karzinomzellen vor.

In 96-Well-Platten gemäß Herstelleranweisungen, nachdem die Zellen mithilfe von Trypsin aus ihren Kulturschalen entfernt, fünf Minuten bei 1000 × g zentrifugiert und das Trypsin abdekantiert wurden. Fügen Sie fünf Milliliter phosphatgepufferte Kochsalzlösung oder PBS hinzu und mischen Sie die Zellen, um eine Einzelzelllösung zu erhalten.

Anschießend 20 Mikroliter der Einzelzelllösung auf ein Hämozytometer auftragen, um nach der Zentrifugation die Zellzahl pro Milliliter der Lösung zu bestimmen. Danach erneut wie zuvor die überstehende Flüssigkeit abgießen und das PBS, das zum Spülen der Zellen verwendet wurde, in der entsprechenden Menge an eins X-E-M-E-M anpassen, um die Zellkonzentration auf 500 Zellen pro 100 Mikroliter pro Vertiefung einzustellen. Füllen Sie als Nächstes die Randvertiefungen der Platte mit 200 Mikrolitern PBS, um die Verdunstung zu kontrollieren.

Die Zellen mit einer Dichte von 500 Zellen pro Vertiefung ansiedeln, wobei 100 Mikroliter in jede Vertiefung außer die äußeren Vertiefungen gegeben werden. Die Zellen 24 Stunden bei 37 Grad Celsius inkubieren, um ihnen Zeit zur Regeneration zu geben, bevor die Basislinie mittels MTT-Lesungen der Zelldichte bestimmt wird.

Führen Sie Basis-MTT-Messungen der Zelldichte durch, indem Sie das Ansiedlungsmedium aus der ersten Spalte entfernen und 100 Mikroliter MTT pro Vertiefung für eine Stunde hinzufügen. Nach einer Stunde entfernen Sie das MTT und geben 100 Mikroliter Dimethylsulfoxid hinzu, um das von lebensfähigen Zellen gebildete MTT-Formazan aufzulösen.

Danach die optische Dichte der ersten Spalte bei einer Absorptionswellenlänge von 570 Nanometern messen. Um einen Basiswert zu erhalten, pro Platte eine Lösung hinzufügen. Das Ansiedlungsmedium durch 100 Mikroliter eines X-E-M-E-M RO-Kontrollmediums sowie durch jedes der behandelten und unbehandelten PPW-plus-Medium-Konzentrationen ersetzen.

Inkubieren Sie die Zellen in ihren Testkonzentrationen oder Kontrolllösungen insgesamt sieben Tage lang täglich. Nach der Basis-MTT-Messung entfernen Sie die Kontroll- und Testlösungen aus der nächsten Spalte der jeweiligen Platte und wiederholen das MTT-Protokoll. Wiederholen Sie das Protokoll täglich für sieben Tage im Durchschnitt.

Die OD-Ergebnisse wurden für jede Reihe gegen die Zeit aufgetragen, um eine siebentägige Wachstumskurve zu erstellen, um den Effekt der Kupferchelatbildung auf die Zellviabilität und Kupferoxid zu bewerten. PBW mit Nanopartikeln behandelt plus Medium folgt dem gleichen Verfahren, ausgenommen 100 Mikromolar D-Penicillamin in Kontroll- und Testlösungen, bevor die Lösungen ihren jeweiligen Platten zugegeben werden. Als abschließender Schritt erfolgt die Datenanalyse mithilfe wissenschaftlicher Grafiksoftware; die Behandlung mit Kupferoxid-Nanopartikeln entfernte Arsen, Selen, Uran und Vanadium aus der PBW-Speziation.

Die Modellierungsergebnisse stützen die analytischen Ergebnisse dahingehend, dass in PBW 99 % des Arsens, 94 % des Selen und 99 % des Vanadiums als negativ geladene Spezies vorliegen, die an kupferoxidische Nanopartikel adsorbieren können. Allerdings sind nur 35,5 % der gelösten Uranspezies negativ geladen, was die Adsorption von Uran an Kupferoxid einschränken würde. Die Lebensfähigkeit der Nanopartikel war in einer konzentrationsabhängigen Weise beeinträchtigt, wenn die Zellen in unbehandeltem PBW plus Medium gezüchtet wurden, wohingegen die Behandlung mit kupferoxidischen Nanopartikeln die zelluläre Lebensfähigkeit in beiden Zelllinien verbesserte.

Heck- und Hep-Zellwachstum am fünften Tag in Kontrollmedium zeigt konfluente, gut angeheftete, gesund aussehende Zellen. Umgekehrt sind Heck- und Zellen, die in unbehandeltem PBW-plus-Medium kultiviert wurden, weniger konfluent, zeigen Ablösung und erscheinen rundlich oder ungesund.

Außerdem wuchsen HEK- und HeLa-Zellen in Kapillaroxid. Nanopartikelbehandelte PBW-Plus-Medien zeigten im Vergleich zu unbehandelten PBW-Plus-Medien eine verbesserte Konfluenz, Anheftung und Zellgesundheit nach diesem Verfahren. Andere Toxizitätstestmethoden wie die Durchflusszytometrie könnten verwendet werden, um zusätzliche Fragen bezüglich mechanistischer Veränderungen und der Zytotoxizität von Mischungen vor und nach der Behandlung zu beantworten.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die Wirksamkeit von Kupferionen und Nanopartikeln bei der Entfernung von Wasser und Verunreinigungen sowie deren Auswirkungen auf Zellkulturen testet. Es ist jedoch wichtig, die Kupferkonzentrationen in behandelten Wässern zu überwachen.