Methodenartikel

Verwijdering van Trace Elements van Cupric Oxide Nanodeeltjes van Uranium In Situ Herstel Bleed Water en het effect op levensvatbaarheid van de cellen

DOI:

10.3791/52715

⸱

21 juni 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Physical Therapy, Department of Orthopedics & Rehabilitation, University of New Mexico, 2Department of Ecosystem Science and Management, University of Wyoming, 3School of Pharmacy, University of Wyoming, 4Department of Environmental and Radiological Health Sciences, Colorado State University, 5Center for Environmental Medicine, Colorado State University, 6College of Pharmacy, California Northstate University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Productie afvalwater (PBW) werd behandeld met cuprisch oxide nanodeeltjes (CuO-NP's) en cellulaire toxiciteit werd beoordeeld in gekweekte menselijke cellen. Het doel van dit protocol was om het native milieumonster te integreren in een celkweekformaat waarbij de veranderingen in toxiciteit als gevolg van CuO-NP behandeling werden beoordeeld.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In situ recovery (ISR) is de meest gangbare uraniumwinning in de Verenigde Staten. Tijdens het ISR, wordt uranium uitgeloogd uit een erts en gewonnen door middel van ionenwisseling. De resulterende productie bleed water (PBW) bevat verontreinigingen, zoals arsenicum en andere zware metalen. Monsters van PBW uit een actieve ISR uranium faciliteit werden behandeld met nanodeeltjes koperoxide (CuO-NP). CuO-NP behandeling van PBW verminderde prioritaire contaminanten, zoals arsenicum, selenium, uranium en vanadium. Onbehandelde en CuO-NP behandelde PBW werd als de vloeistofcomponent van de celgroei medium en veranderingen in de levensvatbaarheid werden bepaald met de MTT (3- (4,5-dimethyl-2-yl) -2,5-difenyltetrazoliumbromide) assay in humane embryonale nier (HEK 293) en menselijke hepatocellulaire carcinoom (Hep G2) cellen. CuO-NP behandeling werd geassocieerd met verbeterde HEK en HEP ​​levensvatbaarheid van de cellen. Beperkingen van deze werkwijze omvatten verdunning PBW door kweekmedium componenten en tijdens osmolteit aanpassing alsook de nodige aanpassing van de pH. Deze werkwijze is beperkt in zijn bredere context gevolg van verdunning en wijzigingen in de pH van de PBW die traditioneel echter enigszins zuur; Deze werkwijze kan een ruimer gebruik beoordelen CuO-NP behandeling neutraler wateren.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ongeveer 20% van de Amerikaanse elektrische voeding wordt geleverd door kernenergie en, mede op basis van nationale prikkels om energie-onafhankelijkheid te vergroten, de Amerikaanse nucleaire capaciteit zal naar verwachting toenemen 1. Wereldwijde groei van kernenergie zal naar verwachting ook verder, met veel van de groei die zich buiten de US 2. Met ingang van 2013 werd 83% van de Amerikaanse uranium geïmporteerd, maar 952.544 ton reserves bestaan ​​in de VS 3,4. In 2013 waren er 7 nieuwe faciliteit applicaties en toepassingen 14 herstart / uitzetting tussen Wyoming, New Mexico, en Nebraska 5. In de VS, wordt uranium voornamelijk gehaald door middel van in situ recovery (ISR) processen 6. ISR veroorzaakt minder land verstoring en vermijdt het creëren tailing stapels dat milieuverontreinigende stoffen 7 kan vrijgeven. ISR gebruikt waterbasis oxiderende oplossingen uranium logen uit de ondergrondse erts, waarna het uranium through uit het percolaateen ionenuitwisseling proces 8. Om een ​​negatieve waterbalans in het erts lichaam te handhaven, een deel van het percolaat, genaamd de productie tot aan de randen water (PBW), wordt afgetapt. Een gedeelte van de PBW ontsmet middels omgekeerde osmose (RO) en opnieuw ingebracht in het winningsproces, maar PBW ook gunstige industriële of agrarische doeleinden als toxische contaminanten kunnen worden gereduceerd tot bepaald state regelgevende instanties voor oppervlakte acceptabele niveaus 9 grondwater. Momenteel hebben de meeste ISR uranium faciliteiten RO om verontreinigingen uit PBW te verwijderen. Echter, RO verwerking is energie-intensief en produceert giftige afval pekel, die gereguleerde verwijdering vereist.

Veel water ontsmetting methoden bestaan, met inbegrip van adsorbentia, membranen, en ionenwisseling. Hiervan adsorptie is de meest gebruikte en recente ontwikkelingen in nanodeeltjes synthese de mogelijkheden van adsorbentia watertarifiëringsbeleid ontsmettingsprocédés 10 verbeterd. Cupric oxide nanodeeltjes (CuO-NP) eerder had niet uitgebreid bestudeerd uranium ISR PBW, maar in recente studies van verontreinigende verwijdering uit grondwater, CuO-NP bleken unieke eigenschappen, waaronder niet pre- of post-waterbehandeling stappen vereisen (hebben bv, het aanpassen van de pH of redoxpotentiaal) en goed presteren in verschillende water composities (bijvoorbeeld in verschillende pH, zoutconcentraties, of concurrerende ionen) 11. Daarnaast worden CuO-NPs gemakkelijk geregenereerd door uitlogen met natriumhydroxide (NaOH), waarna de geregenereerde CuO-NP worden hergebruikt. Details van CuO-NP trace metalen filtering mogelijkheden van natuurlijke wateren zijn eerder gepubliceerd 11-14.

Hoewel bruikbaar voor waterbehandeling, kan metaaloxide nanodeeltjes toxisch zijn voor levende organismen, maar de omvang van de toxiciteit hangt gedeeltelijk af van nanodeeltjes eigenschappen en bestanddelen 10,15,16. Daarom is het belangrijk om simult bestuderenaneous verontreiniging verwijdering en nanodeeltjes toxiciteit voor veld applicaties. De huidige studie bepaald het vermogen van CuO-NP naar PBW prioriteit contaminanten (met inbegrip van arseen, seleen, vanadium en uranium) te verwijderen, en beoordeelde het effect van CuO-NP behandeling op PBW cytotoxiciteit.

PBW werd vanuit een actieve ISR uranium faciliteit en gebruikt om de werkzaamheid van CuO-NP behandeling bepalen prioritaire verwijderen van vuil. PBW cytotoxiciteit voor en na CuO-NP behandeling werd beoordeeld. PBW is een complexe geologische (industrieel / milieu) mengsel en zowel de National Institute of Environmental Health and Science (NIEHS) en het Agentschap voor de Toxic Substances en Disease Registry (ASTDR) worden de nadruk te leggen op het bestuderen van de toxiciteit van milieurelevante mengsels, met inbegrip van mengsels zoals zij bestaan ​​in de natuur of industriële omgevingen, alsmede het bevorderen van in vitro testen om chemicaliën voor verdere in vivo tests prioriteit17-19. Studies van chronische, lage dosis mengsel blootstellingen zijn uitdagend vanwege chronische blootstelling aan een lage dosis mengsel niet voor de hand liggende effecten, althans niet in het korte tijdsbestek van de meeste laboratoriumonderzoek. Evenzo meeste in vitro studies van chemische mengsels blootstellen cellen om een vaststaande lab gemaakt mengsel van 2 of meer metalen 20,21. Deze studies geven basisinformatie, maar vereenvoudigde mengsel niet repliceren het complex antagonistische en synergetische interacties die kunnen optreden in een native, milieu-monster, waarbij het volledige gamma van mengsel onderdelen aanwezig zijn.

De doelen van deze studie waren aan alternatieve werkwijzen voor het verwijderen van vuil PBW onderzoeken en het effect van (CuO-NP) behandeling op PBW cytotoxiciteit met gekweekte menselijke cellen te evalueren. De resultaten kunnen de uraniumindustrie baat hebben bij de ontwikkeling van efficiëntere en milieuvriendelijkere werkwijzen voor het verwijderen van vuil. Deze studie geefthet eerste bewijs dat vermindering van prioritaire contaminanten in PBW door CuO-NP verlaagt cytotoxiciteit in zoogdiercellen 22.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle monsters werden verzameld op het uranium vloeistof verwerken bouw van een uranium ISR faciliteit in Wyoming.

1. Productie Bleed Water (PBW)

  1. Verzamel twee soorten watermonsters uit een ISR uranium faciliteit: PBW en omgekeerde osmose (RO) water. Verzamel PBW uit een controle kraan na de ionenwisseling proces, maar voordat omgekeerde osmose ontsmetting. Verzamel RO monsters na de PBW wordt ontsmet door omgekeerde osmose behandeling.
    OPMERKING: Lixiviant wordt getransporteerd door pijpleidingen van meerdere pompputten om het uranium vloeistofverwerking gebouw, waar het in een kolom wordt opgevangen en voorbereid voor ionenuitwisseling. Ongeveer 1-3% van de lixiviant na ionenuitwisseling wordt verwijderd uit het circuit en genoemd productie bleed water (PBW). PBW wordt hergebruikt in de mijnbouw processen of gedecontamineerd / gedemineraliseerd met RO filtratie.
  2. Verzamel watermonsters in hoge dichtheid polyethyleen (HDPE) flessen met nul hoofd ruimte volgensstandaard operationele procedures voor monstername en analyse van de Wyoming Department of Environmental Quality (WYDEQ) 23.
  3. Meet de temperatuur en de pH op het terrein en het vervoer monsters op ijs om ze koel te houden.
  4. WINKEL PBW bij 4 ° C. Houd de PBW oplossing afkoelen tot na de geconcentreerde Eagle's minimaal essentieel medium (EMEM-10x) wordt toegevoegd tijdens de bereiding media zoals beschreven in het volgende protocol.
    OPMERKING: PBW is een geoxideerde oplossing die neerslaan als daaraan bevriezen of opgewarmd tot kamertemperatuur. Na verdunning PBW oplossing voldoende verdund dat het niet zal neerslaan bij verhitting tot 37 ° C voor de toevoeging aan de cellen en tijdens de incubatie.

2. Voorbereiding van de CuO Nanodeeltjes (CuO-NP)

  1. Combineer een zuivere ethanolische oplossing die 250 ml 0,2 M CuCl 2 • 2H 2 O, 250 ml 0,4 M natriumhydroxide (NaOH) en 5 g polyethyleenglycol (PEG) in een rondbodemkolf met zes mm borosilicaat glazen bollen.
  2. Plaats de oplossing in een gewijzigde magnetron oven blijven onder terugvloeikoeling reageren bij omgevings- luchtdruk gedurende 10 min bij 20% vermogen (intervallen van 6 seconden op, 24 seconden uit).
  3. Koel de oplossing tot kamertemperatuur (20 ° C) en vervolgens gedecanteerd in 50 ml conische buizen, waardoor de glazen bollen.
  4. Centrifugeer de oplossing in de 50 ml conische buizen bij 1000 xg gedurende 30 min, gedecanteerd, en vervolgens was de CuO-NPs met een sequentie van 300 ml warm water (60-65 ° C), 100 ml ethanol en 100 ml aceton.
  5. Droog het CuO-NPs op kamertemperatuur (20 ° C) in 50 ml conische buizen.
  6. Schraap de CuO-NP uit hun buizen in een vijzel. Bedek het CuO-NPs met aluminiumfolie en verwarm het CuO-NPs tot 110 ° C in een oven om de resterende vloeistof te verwijderen. Combineer CuO-NP's in een batch en wegen van de CuO-NP.
    LET OP: De voorbereiding van de CuO-NP en CuO-NP behandeling van PBW werden uitgevoerd in Water Qualteit Laboratorium Ecosystem Science en Management, Universiteit van Wyoming. CuO-NP synthese volgde de procedure van Martinson en Reddy (2009) 11.

3. Behandeling van PBW met CuO-NP

  1. Voeg 50 mg (1 mg / ml) van CuO-NP naar een 50 ml conische buis, gevolgd door 50 ml PBW. Sluit de buis en reageerde gedurende 30 minuten op een bankje top orbitale schudder bij 250 rpm.
  2. Centrifugeer monsterbuizen bij 250 xg gedurende 30 minuten en filtreer de supernatant onder toepassing van een 0,45 urn spuitfilter. Verander de centrifuge snelheid en tijd kan afhangen van de nanodeeltjes te zorgen CuO-NPs worden compact in de centrifugebuis.

4. Elementenanalyse

  1. Bereid Onbehandelde (controle) en CuO-NP behandelde PBW monsters voor elementaire analyse als volgt.
  2. Zuur aliquots (40 ml) CuO-NP-behandelde en onbehandelde PBW met sporenmetalen rang salpeterzuur tot een pH van 2,0. Analyseer aangezuurd PBW porties voor kationen door inductief coupled plasma-massaspectroscopie (ICP-MS) zoals beschreven in Reddy en Roth (2012) 13.
  3. Bereid unacidified aliquots (20 ml) CuO-NP-behandelde en onbehandelde PBW en analyseren unacidified aliquots van anionen door ionenchromatografie (IC) volgens Reddy en Roth (2012) 13.
    OPMERKING: Monsters werden geanalyseerd door de Wyoming Department of Agriculture Analytical Services, Laramie WY 82070. Een beschrijving van de IC en ICPMS procedure kan worden gevonden in Reddy en Roth, (2012) 13.

5. Bereiding van Cell Culture Media gebruiken PBW

  1. Gebruik twee control (EMEM-1x en RO + media) en acht PBW-test media-oplossingen (vier concentraties van elk van onbehandelde PBW en CuO-NP-behandelde media) in de haalbaarheidsstudies. Overzicht van de oplossing zijn als volgt:
    1. Voor EMEM-1x control, kopen Eagle's minimaal essentieel medium (EMEM-1x) met L-glutamine en natriumbicarbonaat al toegevoegd. Voeg foetaal runderserum (FBS) En antibiotica instructies van de fabrikant.
      OPMERKING: EMEM-1x verdund aangekocht om de juiste concentratie voor celgroei en bevattende L-glutamine en natriumbicarbonaat. EMEM-1x vereist de toevoeging van foetaal runderserum (FBS) en een antibioticum mix van penicilline en streptomycine (50 IU / ml penicilline en 50 gg / ml streptomycine). EMEM-1x wordt gebruikt als controle media, omdat het door de fabrikant aanbevolen groeimedia beide celtypen die in deze studie. Geconcentreerde EMEM-10x wordt met RO water verdund uit de voorziening of onbehandeld of CuO-NP-behandelde PBW aan de testoplossingen te produceren. Geconcentreerde EMEM-10x bij aankoop niet L-glutamine en natriumbicarbonaat dus deze worden toegevoegd in aanvulling op de foetaal runderserum (FBS) en een antibioticum combinatie van penicilline en streptomycine bevat.
    2. Voor de RO controle-oplossing gebruiken RO water verzameld uit de ISR-faciliteit. Gebruik hetzelfde protocol als de PBW-test media slechts vervangen 100% RO water uit de ISR-faciliteit in de plaats van PBW. Om de onbehandelde en CuO-NP-behandelde oplossing gebruiken RO of ultrazuiver water verdund uit het laboratorium.
    3. Verdunnen onbehandeld PBW in vier testconcentraties voor het mengen met de celkweek media componenten. Bereid de vier verschillende concentraties van onbehandelde PBW oplossingen door menging onbehandelde PBW RO (uit het laboratorium) in de volgende combinaties: 100% (zuiver PBW + zonder RO water), 75% (187,5 ml PBW + 62,5 ml RO water), 50% (125 ml PBW + 125 ml RO water) of 25% (62,5 ml van PBW + 187,5 ml RO water).
    4. Verdun CuO-NP-behandelde PBW in vier testconcentraties voor het mengen met de celkweek media componenten. Bereid de vier verschillende concentraties van CuO-NP behandelde PBW oplossingen door mengen PBW (voorbehandeld met 1 mg / ml NP-CuO gedurende 30 min) met RO (uit het laboratorium) in de volgende combinaties: 100% (zuiver CuO- NP-behandelde PBW + geen RO water), 75% (187,5 ml CuO-NP-behandelde PBW + 62,5 ml RO water), 50% (125ml CuO-NP-behandelde PBW + 125 ml RO water) of 25% (62,5 ml CuO-NP-behandelde PBW + 187,5 ml RO water).
  2. Bereid 250 ml RO + media, onbehandelde PBW + media en CuO-NP-behandelde PBW + mediaconcentratie door toevoeging 25 ml geconcentreerd EMEM-10x tot 190 ml van de 100% RO en 100%, 75%, 50% of 25% van de premade onbehandeld of CuO-NP-behandelde PBW concentraties aangemaakt in stap 6.1.3 en 6.1.4.
  3. Stel de pH van elke oplossing op 7,4 met NaOH of HCl.
  4. Supplement elke concentratie van onbehandelde en CuO-NP behandelde PBW en RO + medium met de volgende standaard componenten: 25 ml (10%) foetaal runderserum (FBS), 2,5 ml L-glutamine, 0,55 g NaHCO 3 en 1,25 ml Pen / Strep (50 IU / ml penicilline en 50 gg / ml streptomycine).
  5. Pas de osmolaliteit van elke concentratie van onbehandelde PBW + media, CuO-NP-behandelde PBW + media en RO + media om 290-310 mOsm / kg door het toevoegen van RO water en meten met behulp van een osmometer.
  6. Filter elke oplossing met behulpeen 0,22 urn vacuüm filtereenheid en bewaar bij 4 ° C.
    LET OP: Door de lichte variaties in de hoeveelheid RO water gebruikt om de osmolaliteit aan te passen, verschillen laatste media concentraties binnen een bereik van 5%, met onbehandelde PBW + media concentraties op 56%, 44%, 29% en 16,5% en CuO-NP- behandelde PBW + media concentraties op 53%, 45%, 30% en 17%.

6. Cel levensvatbaarheid

NB: Gezien het feit dat de nieren en de lever zijn doelwit organen van zware metalen toxiciteit, in dienst gekweekte humane embryonale nier (HEK293) cellen (HEK) en menselijke hepatocellulaire carcinoom (HepG2) cellen (HEP) testmethoden 24-26.

  1. Bereid een kweek van HEK en HEP ​​cellen 2-3 dagen voor het uitplaten van de 96-well platen in het experiment gebruikte instructies van de fabrikant.
  2. Meet cellevensvatbaarheid met de 3- [4, 5-dimethylthiazol-2-yl] -2, 5-difenyltetrazoliumbromide (MTT) bepaling.
    OPMERKING: De MTT-test protocol werd gewijzigd van Meerloo et al. (2011) 27.
    1. Verkrijgen van MTT in poedervorm. Voeg fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) om een ​​voorraad concentratie van 50 mg / ml. Schud de oplossing voor 2 uur en vervolgens filteren met een 0,45 pm spuitfilter en aliquot in 1,5 ml vriezer veilig buizen. Bescherm buizen van licht en bewaar bij 4 ° C.
  3. Verwijder HEK en HEP ​​cellen uit hun cultuur gerechten met trypsine, centrifuge bij 1000 xg gedurende 5 minuten en giet de trypsine. Voeg 5 ml PBS en meng cellen om een ​​enkele cel oplossing te verkrijgen. Breng daarna 20 ul van de cel oplossing voor een hemocytometer een celgetal per milliliter oplossing te verkrijgen. Centrifugeer de cellen opnieuw bij 1000 g gedurende 5 minuten en decanteer de PBS wordt gebruikt om de cellen te spoelen. Voeg de juiste hoeveelheid EMEM-1x tot de concentratie van cellen aanpassen aan 500 cellen / 100 ul (100 gl / putje).
  4. Vul de omtrek putjes van de plaat met 200 pl PBS te controleren voor verdamping.
  5. Zaad cels bij een dichtheid van 500 cellen / putje toevoegen van 100 pi aan elk putje, behalve de omtrek wells (die niet zijn bedekt met cellen).
    OPMERKING: Seeding dichtheid voor HEK en HEP ​​cellen is gebaseerd op experimentele groeicurves die het mogelijk maken de piek van de groei voor te komen rond 4-5 dagen. Bereid groeicurven voor alle cellijnen te schatten zaaidichtheid.
  6. Incubeer cellen gedurende 24 uur bij 37 ° C zodat ze (formulier strak verklevingen aan de plaat) herstellen voordat basislijn MTT metingen van celdichtheid.
  7. Voer basislijn MTT metingen van celdichtheid door verwijdering van de uitplaatmedium uit de eerste kolom (exclusief de perimeter) en het toevoegen van 100 pl MTT (5 mg / ml in medium) aan de wells gedurende 1 uur.
  8. Na één uur, verwijder de MTT en voeg 100 pl dimethylsulfoxide (DMSO) aan de MTT-formazan geproduceerd door levende cellen (20 min) los.
  9. Lees de optische dichtheid (OD) van de eerste kolom bij een absorptie- golflengte van 570 nm aan een basis te verkrijgenlijn lezen.
    1. Gebruik basislijn lezingen te zorgen dat alle platen werden juist gezaaid en dat cellen worden constant groeit tussen de platen. Verwijder de DMSO uit de kolom wordt getest voordat incubatie de volgende 24 uur.
      OPMERKING: Indien DMSO achterblijft in de plaat overnacht trekt vocht uit de aangrenzende kolom, waardoor een vermindering van het volume media.
  10. Warm de testoplossingen (dwz de EMEM-1x, RO, onbehandelde PBW en CuO-NP-behandelde PBW media-oplossingen) tot 37 ° C in een waterbad.
  11. Verwijder het uitplaatmedium van de rest van de plaat (exclusief de omtrek of de eerste kolom die werd gebruikt voor de nulmeting) en vervangen door 100 gl EMEM-1x, RO + media, onbehandelde PBW + media concentraties of CuO-NP behandelde PBW + mediaconcentraties (één oplossing per plaat). Incubeer cellen in hun testconcentraties of controleoplossingen in totaal zeven dagen (dagen 2-8).
    OPMERKING: er 10 borden totaal: 1 EMEM-1x, 1 RO + media, 1 van elke onbehandelde PBW + concentratie in de media (56%, 44%, 29% en 16,5%) en een plaat van elke CuO-NP-behandelde PBW + concentratie in de media (53%, 45% , 30% en 17%) per experiment per cellijn.
  12. Elke dag na de baseline MTT lezen, verwijder de controle en testoplossingen (in de nota vermeld onder 6.11) van de volgende kolom van de respectieve plaat (bijvoorbeeld Dag 2-test en controle media worden verwijderd uit rij 3, putten BG; Dag 3: rij 4, putten BG etc.) en herhaal de MTT-protocol, zoals beschreven in de stappen 6,7-6,9 boven.
  13. Herhaal het protocol dagelijks gedurende zeven dagen. Het gemiddelde van de OD resultaten voor elke rij (6 putten) en gerapporteerd tegen de klok om een ​​zevendaagse groeicurve te genereren.
  14. Om het effect van koper chelatie op cellevensvatbaarheid te bepalen CuO-NP-behandelde PBW + media volgens dezelfde procedure als hierboven, behalve voeg 100 pM D-penicillamine controle en testoplossingen vóór toevoegen van de oplossingen voor hun respectieve matrijzen. Voer data analelyse met behulp van wetenschappelijke grafische software.

7. Geochemische Modeling

  1. Download Visual Minteq versie 3.0 / 3.1 een freeware van de volgende website http://www2.lwr.kth.se/English/Oursoftware/vminteq/ .
    OPMERKING: Visual Minteq is een freeware chemisch evenwicht model voor de berekening van de metalen soortvorming, oplosbaarheid evenwichten, adsorptie etc. voor natuurlijke wateren. Bovendien wordt het gebruikt om ion speciatie, ion activiteiten ioncomplexen en verzadiging indexen die wordt vergeleken met de concentratie van de elementen voor en na behandeling (massa spectroscopie) na te gaan welke van element 28 verwijdering onderzoeken voorspellen.
  2. Open het programma en voer het massaspectroscopie gegevens uit stap 4, waaronder pH, alkaliteit en de concentraties van de verschillende elementen, in het programma.
    NB: Gezien het feit dat grondwater wordt geoxideerd tijdens de in situ Uranium extractieproces gebruikt geoxideerde species van arseen, vanadium en uranium voor invoer.

8. remmende concentratie 50 (IC 50)

  1. Bereken de IC 50 voor de onbehandelde en CuO-NP-behandelde PBW + mediaconcentraties door eerst de levensvatbaarheid (gemiddelde OD) op dag 5 van drie afzonderlijke runs gemiddeld.
  2. Aftrekken dag vijf levensvatbaarheid gemiddelden van de onbehandelde en CuO-NP-behandelde PBW + media concentraties van dag vijf levensvatbaarheid gemiddelden van EMEM-1x om de levensvatbaarheid van de verschillen te berekenen. Verdeel dan de levensvatbaarheid verschillen met de gemiddelde levensvatbaarheid op dag 5 in EMEM, en vermenigvuldig met 100 procent remming te krijgen.
  3. Trek de remming procent ten opzichte van 100 (EMEM-1x levensvatbaarheid) om de levensvatbaarheid procent voor elke onbehandelde en CuO-NP-behandelde PBW + mediaconcentratie te krijgen.
  4. Inbreng in wetenschappelijke grafische software door EMEM-1x in een concentratie van een en een levensvatbaarheid van 100 procent; transformeren alle concentraties in logschaal (X = log (x)) en voer lineaire regressie met de minste kwadraten analyse.

9. Data Analyse

  1. Vergelijken concentraties van elementen in onbehandelde en CuO-NP-behandelde PBW met een tweezijdige, gepaarde, Student t-toets.
  2. Bereken de oppervlakken onder de curve (AUC) met de groeicurve data zeven dagen verzameld en de variantie met herhaalde metingen variantieanalyse (ANOVA) analyse, gevolgd door Tukey post hoc vergelijking van alle groepen (n = 3).
  3. Bereken de IC 50 met behulp van gegevens van dag vijf van de groeicurve voor zowel onbehandelde en CuO-NP-behandelde PBW + media oplossingen (hierboven beschreven). P waarden <0,05 worden beschouwd als significant.
    OPMERKING: Ten behoeve van statistische analyse, massaspectroscopie waarden van de halve detectielimiet toegevoegd aan ionen-concentraties beneden die grens 29.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

PBW concentraties component en pH in onbehandelde en CuO-NP-behandelde PBW zijn weergegeven in tabel 1. Martinson en Reddy (2009) rapporteerde dat de ladingsnulpunt het CuO-NP wordt geschat op 9,4 ± 0,4. Aangezien de pH van PBW was 7,2-7,4, in deze omstandigheden, water schenkt protonen CuO-NPs, waardoor de nanodeeltjes oppervlak positief worden opgeladen waardoor de adsorptie van negatief geladen species. CuO-NP behandeling verwijderd prioriteit verontreinigingen uit PBW, zoals arsenicum, selenium, ura...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Eerdere studies gemeld dat CuO-NP verwijderd arseen uit grondwater 11,13,30,31. Dit onderzoek ondersteunt deze eerdere bevindingen en ook berichten dat CuO-NP verwijderen extra verontreinigingen uit PBW. Deze studie bevestigt ook eerdere rapporten dat CuO-NPs zijn effectief in de verwijdering van arseen, ondanks de aanwezigheid van andere verontreinigingen en mogelijke concurrerende ionen 11. Soortvorming modellering voorspelde dat 97% van vanadium soorten in PBW negatief geladen zijn, waardoor ads...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We danken Dr. Roger Hopper en het Wyoming Department of Agriculture, Analytical Services Lab voor de massaspectroscopieanalyse van onze monsters. We willen onze dank betuigen aan de University of Wyoming, School of Pharmacy voor het toestaan om dit protocol in hun laboratoria te videograferen. We willen ook de Theodore O. en Dorothy S. King Endowed Professorship Agreement bedanken voor hun afstudeerassistentschap (SC), de University of Wyoming voor de Graduate Assistantship ondersteuning (JRS) en de Science Posse (NSF GK-12 Project # 084129) voor de onderwijsbeurs (JRS). We willen ook Uranium One bedanken voor het toestaan om monsters te verkrijgen en ons te helpen met vragen. Dit werk werd ondersteund door de School of Energy Resources, University of Wyoming.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
CuCl2Sigma203149
Borosilicate glazen bollenVWR26396-6396 mm
SalpeterzuurFisherA509-P500Trace metal grade
0.45 μm spuitfilterFisherSLHA 033S S
10x EMEMFisherBW12-684F
Foetaal runder serumATCC30-2020
L-glutamineFisherBP379-100
NaHCO3SigmaS5761
Penicilline/StreptomycineATCC30-2300
0.22 μm vacuümfilter unitFisher09-740-28C
HEK293ATCCCRL-1573
HEPG2ATCCHB-8065
TrypsineSigmaSV3003101
MTTSigmaM2128
D-penicillamineFisherICN15180680
96-wells platenFisher07-200-92
DMSOFisherD12814
Spectra Max 190Molecular Devices
Visual MINTEQ versie 3.0KTH Royal Institute of Technology
ICP-MSAgilentDetails van instrumenten, modellen en detectielimieten werden gepubliceerd in Reddy et al., 2013.
IC DIONEX DX 500DionexDetails van instrumenten, modellen en detectielimieten werden gepubliceerd in Reddy et al., 2013.
VWR IncubatorVWR

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. What is the status of the U.S. nuclear industry? Washington (DC): U.S. Energy Information Administration (US). , Available from: http://www.eia.gov/energy_in_brief/article/nuclear_industry.cfm (2014).
  2. International Energy Outlook. Washington (DC): U.S. Energy Information Administration (US). , Available from: http://www.eia.gov/forecasts/archive/ieo11/pdf/0484%282011%29.pdf (2011).
  3. Uranium Marketing Annual Report. Washington (DC): U.S. Energy Information Administration (US). , Available from: http://www.eia.gov/uranium/marketing/ (2014).
  4. Domestic Uranium Production Report. Washington (DC): U.S. Energy Information Administration (US). , Available from: http://www.eia.gov/uranium/production/annual/ (2014).
  5. Uranium Recovery. Washington (DC): U.S. United States Nuclear Regulatory Commission (US). , Available from: http://www.nrc.gov/materials/uranium-recovery/license-apps/ur-projects-list-public.pdf (2014).
  6. U.S. Uranium Reserves Estimates. Washington (DC): U.S. Energy Information Administration (US). , Available from: http://www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/reserves/ures.html (2010).
  7. The Future of Uranium Production in Wyoming: A Public Forum on In-Situ Recovery. Washington (DC): Meridian Institute. , Available from: http://www.uwyo.edu/ser/_files/docs/conferences/2010/uraniumforum/ser_uranium_forum_final_report.pdf (2010).
  8. Generic Environmental Impact Statement for In-Situ Leach Uranium Milling Facilities Washington (DC): U.S. Nuclear Regulatory commission (US). , Available from: http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/nuregs/staff/sr1910/v1/ (2012).
  9. Wyoming surface water quality standards. Cheyenne (WY): State of Wyoming Department of Environmental Quality (US). , Available from: http://soswy.state.wy.us/Rules/RULES/6547.pdf (2011).
  10. Qu, X., Alvarez, P., Li, Q. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water Research. 47 (12), 3931-3946 (2013).
  11. Martinson, C., Reddy, K. Adsorption of arsenic(III) and arsenic(V) by cupric oxide nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 336 (2), 401-411 (2009).
  12. Reddy, K., McDonald, K., King, H. A novel arsenic removal process for water using cupric oxide nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 397, 96-102 (2013).
  13. Reddy, K., Roth, T. Arsenic Removal from Natural Groundwater Using Cupric Oxide. Ground Water. 51 (1), 83-91 (2012).
  14. Zhang, G., Ren, Z., Zhang, X., Chen, J. Nanostructured iron(III)-copper(II) binary oxide: a novel adsorbent for enhanced arsenic removal from aqueous solutions. Water Research. 47 (12), 4022-4031 (2013).
  15. Ali, I. New generation adsorbents for water treatment. Chemical Reviews. 112 (10), 5073-5091 (2012).
  16. Zhang, Q. CuO nanostructures: Synthesis, characterization, growth mechanisms, fundamental properties, and applications. Progress in Materials Science. 60, 208-337 (2014).
  17. Schmidt, C. TOX 21: new dimensions of toxicity testing. Environmental health perspectives. 117 (8), 348-353 (2009).
  18. Firestone, M., Kavlock, R., Zenick, H., Kramer, M. The U.S. Environmental Protection Agency Strategic Plan for Evaluating the Toxicity of Chemicals. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B. 13 (2-4), 139-162 (2010).
  19. Guidance Manual for the Assessment of Joint Toxic Action of Chemical Mixtures [Internet]. Atlanta (GA); Agency for Toxic Substance and Disease Registry (US). , Available from: http://www.atsdr.cdc.gov/interactionprofiles/IP-ga/ipga.pdf (2014).
  20. Bae, D., Gennings, C., Carter, W., Yang, R., Campain, J. Toxicological interactions among arsenic, cadmium, chromium, and lead in human keratinocytes. Toxicological Sciences: An Official Journal of the Society of Toxicology. 63 (1), 132-142 (2001).
  21. Whittaker, M. Exposure to Pb, Cd, and As mixtures potentiates the production of oxidative stress precursors: 30-day, 90-day, and 180-day drinking water studies in rats. Toxicology and Applied Pharmacology. 254 (2), 154-166 (2011).
  22. Schilz, J. Investigating the ability of cupric oxide nanoparticles to adsorb metal contaminants from uranium in-situ recovery (ISR) production bleed water and assessing the associated changes in cytotoxicity. , University of Wyoming. Laramie, WY. Available from: ProQuest UMI, Ann Arbor, MI (2014).
  23. Manual of Standard Operating Procedures for Sample Collection and Analysis. Cheyenne (WY): Wyoming Department of Environmental Quality (US). , Available from: http://deq.state.wy.us/wqd/watershed/downloads/qa/4-1089.pdf (2011).
  24. Florea, A., Splettstoesser, F., Büsselberg, D. Arsenic trioxide (As2O3) induced calcium signals and cytotoxicity in two human cell lines SY-5Y neuroblastoma and 293 embryonic kidney (HEK). Toxicology and Applied Pharmacology. 220 (3), 292-301 (2007).
  25. Mao, W. Cadmium induces apoptosis in human embryonic kidney (HEK) 293 cells by caspase-dependent and -independent pathways acting on mitochondria. Toxicology in Vitro. 21 (3), 343-354 (2007).
  26. Tchounwou, P., Yedjou, C., Patlolla, A., Sutton, D. Heavy Metal Toxicity and the Environment. Molecular, Clinical and Environmental Toxicology. 101, 133-164 (2012).
  27. Meerloo, J., Kaspers, G., Cloos, J. Cell Sensitivity Assays: The MTT Assay. Cancer Cell Culture. 731, 237-245 (2011).
  28. Gustafsson, J. Visual MINTEQ. , Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden. (2010).
  29. Hallab, N., Caicedo, M., McAllister, K., Skipor, A., Amstutz, H., Jacobs, J. Asymptomatic prospective and retrospective cohorts with metal-on-metal hip arthroplasty indicate acquired lymphocyte reactivity varies with metal ion levels on a group basis. Journal of Orthopaedic Research. 31 (2), 173-182 (2013).
  30. Goswami, A., Raul, P., Purkait, M. Arsenic adsorption using copper (II) oxide nanoparticles. Chemical Engineering Research and Design. 90 (9), 1387-1396 (2011).
  31. Pillewan, P., Mukherjee, S., Roychowdhury, T., Das, S., Bansiwal, A., Rayalu, S. Removal of As(III) and As(V) from water by copper oxide incorporated mesoporous alumina. Journal of Hazardous Materials. 186 (1), 367-375 (2011).
  32. Kroll, A. Cytotoxicity screening of 23 engineered nanomaterials using a test matrix of ten cell lines and three different assays. Particle and fibre toxicology. 8 (9), 1-19 (2011).
  33. Fahmy, B., Cormier, S. Copper oxide nanoparticles induce oxidative stress and cytotoxicity in airway epithelial cells. Toxicology in vitro: an international journal published in association with BIBRA. 23 (7), 1365-1371 (2009).
  34. Radike, M. Distribution and accumulation of a mixture of arsenic, cadmium, chromium, nickel and vanadium in mouse small intestin, kidney, pancreas, and femur following oral administration in water or feed. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. 65 (23), 2029-2052 (2002).
  35. Barbier, O., Jacquillet, G., Tauc, M., Cougnon, M., Poujeol, P. Effect of heavy metals on, and handling by, the kidney. Nephron. Physiology. 99 (4), 105-110 (2005).
  36. Zheng, X., Watts, G., Vaught, S., Gandolfi, A. Low-level arsenite induced gene expression in HEK293 cells. Toxicology. 187 (1), 39-48 (2003).
  37. Li, Z., Piao, F., Liu, S., Wang, Y., Qu, S. Subchronic exposure to arsenic trioxide-induced oxidative DNA damage in kidney tissue of mice. Experimental and Toxicologic Pathology. 62 (5), 543-547 (2010).
  38. Farombi, E., Akintunde, J., Nzute, N., Adedara, I., Arojojoye, O. Municipal landfill leachate induces hepatotoxicity and oxidative stress in rats. Toxicology and Industrial Health. 28 (6), 532-541 (2011).
  39. Das, N. Arsenic exposure through drinking water increases the risk of liver and cardiovascular diseases in the population of West Bengal. India. BMC public health. 12 (1), 639-648 (2012).
  40. Valko, M., Morris, H., Cronin, M. Metals, toxicity and oxidative stress. Current Medicinal Chemistry. 12 (10), 1161-1208 (2005).
  41. Horie, M. Protein Adsorption of Ultrafine Metal Oxide and Its Influence on Cytotoxicity toward Cultured Cells. Chemical Research in Toxicology. 22 (3), 543-553 (2009).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Productie bleedwaterCellevensvatbaarheidsassayArsenicverwijderingUraniumterugwinningHEK 293 cellenHep G2 cellenMTT assayOsmolaliteitsaanpassingpH aanpassing

Gerelateerde artikelen