Pokazujemy testy toksyczności glonów dla trudnych substancji (np. substancji kolorowych lub nanomateriałów) za pomocą zestawu oświetlonego pionowo diodą LED.
Artykuł metodologiczny
Pokazujemy testy toksyczności glonów dla trudnych substancji (np. substancji kolorowych lub nanomateriałów) za pomocą zestawu oświetlonego pionowo diodą LED.
Dane dotyczące ekotoksyczności są wymagane do rejestracji chemikaliów przed i po wprowadzeniu na rynek zgodnie z europejskimi i międzynarodowymi przepisami (np. REACH). Test toksyczności glonów jest często stosowany w regulacyjnej ocenie ryzyka chemikaliów. W celu osiągnięcia wysokiej niezawodności i powtarzalności niezbędne jest opracowanie znormalizowanych wytycznych. W przypadku badań toksyczności glonów wytyczne wymagają stabilnych i jednolitych warunków parametrów takich jak pH, temperatura, poziom dwutlenku węgla i natężenie światła. Nanomateriały i inne tak zwane trudne substancje mogą zakłócać działanie światła, powodując duże różnice w uzyskiwanych wynikach, co utrudnia ich akceptację regulacyjną. Aby sprostać tym wyzwaniom, opracowaliśmy LEVITATT (Stół do pionowego oświetlenia LED do testów toksyczności glonów). Konfiguracja wykorzystuje oświetlenie LED od dołu, co pozwala na jednorodny rozkład światła i kontrolę temperatury, jednocześnie minimalizując zacienienie wewnątrz próbki. Konfiguracja optymalizuje objętość próbki w celu ilościowego określenia biomasy, a jednocześnie zapewnia wystarczający napływ CO2 , aby wspierać wykładniczy wzrost glonów. Dodatkowo materiał, z którego wykonane są pojemniki testowe, może być dostosowany w celu zminimalizowania adsorpcji i ulatniania się. Podczas badania barwionych substancji lub zawiesin cząstek, zastosowanie lamp LED pozwala również na zwiększenie natężenia światła bez dodatkowego wytwarzania ciepła. Kompaktowa konstrukcja i minimalne wymagania sprzętowe zwiększają możliwości wdrożenia LEVITATT w szerokim zakresie laboratoriów. Chociaż projekt LEVITATT jest zgodny ze znormalizowanymi wytycznymi ISO i OECD dotyczącymi badania toksyczności glonów, wykazał również mniejszą zmienność między próbkami dla dwóch substancji odniesienia (3,5-dicholofenolu iK2Cr2O7) i trzech nanomateriałów (ZnO, CeO2 iBaSO4) w porównaniu z kolbami Erlenmeyera i płytkami do mikromiareczkowania.
Test toksyczności glonów jest jednym z trzech obowiązkowych testów używanych do generowania danych ekotoksyczności wymaganych do rejestracji chemikaliów przed i po wprowadzeniu na rynek przez europejskie i międzynarodowe przepisy (np. REACH1 i TSCA (USA)). W tym celu organizacje międzynarodowe (np. ISO i OECD) opracowały znormalizowane wytyczne dotyczące badań glonów. Te normy i wytyczne testowe określają idealne warunki testowe pod względem pH, temperatury, poziomu dwutlenku węgla i natężenia światła. Jednak utrzymanie stabilnych warunków testowych podczas badania glonów jest w praktyce trudne, a wyniki mają problemy z odtwarzalnością i wiarygodnością dla szeregu substancji chemicznych i nanomateriałów (często określanych jako "trudne substancje")2. Większość istniejących zestawów do badania toksyczności glonów działa ze stosunkowo dużymi objętościami (100–250 ml) umieszczonymi na wytrząsarce orbitalnej wewnątrz inkubatora. Taki układ ogranicza liczbę badanych stężeń i replikuje osiągalne i duże ilości hodowli glonów i badanego materiału. Ponadto konfiguracje te rzadko mają jednolite pole świetlne, a niezawodne warunki oświetleniowe są ponadto trudne do uzyskania w dużych kolbach, częściowo dlatego, że natężenie światła zmniejsza się wykładniczo wraz z odległością światła, a częściowo z powodu geometrii kolby. Alternatywne konfiguracje obejmują plastikowe płytki microtiter3 zawierające małe objętości próbek, które nie pozwalają na uzyskanie odpowiedniej objętości próbki do pomiaru pH, dodatkowe pomiary biomasy, ekstrakcję pigmentu lub inne analizy wymagające destrukcyjnego pobierania próbek. Jednym ze szczególnych wyzwań związanych z wykorzystaniem istniejących konfiguracji do badania toksyczności glonów nanomateriałów i substancji tworzących kolorowe zawiesiny jest interferencja lub blokowanie światła dostępnego dla komórek glonów, często określane jako "cieniowanie"4,5. Zacienienie może wystąpić w obrębie fiolek przez badany materiał i/lub interakcje między badanym materiałem a komórkami glonów, lub zacienienie może wystąpić między fiolkami, ze względu na ich położenie względem siebie i źródła światła.
Metoda opiera się na konfiguracji testów toksyczności glonów na małą skalę, wprowadzonej przez Arensberg et al.6, która pozwala na testowanie zgodnie z normami takimi jak OECD 2017, oraz ISO 86928. Metoda jest dodatkowo optymalizowana w celu rozwiązania powyższych ograniczeń poprzez: 1) wykorzystanie technologii światła LED w celu zapewnienia jednolitych warunków oświetleniowych przy minimalnym wytwarzaniu ciepła, 2) zapewnienie odpowiedniej objętości próbki do analizy chemicznej/biologicznej przy zachowaniu stałego pH, poziomów CO2 oraz 3) umożliwienie zastosowania wszechstronnego materiału pojemnika testowego do badania substancji lotnych lub substancji o wysokim potencjale sorpcyjnym.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Opis konfiguracji LEVITATT

Rysunek 1: Zdjęcie pionowego stołu podświetlanego LED do badań toksyczności glonów (LEVITATT). 1) szklane fiolki scyntylacyjne o pojemności 20 ml do inkubacji, 2) próbka o pojemności 4 ml do analizy, 3) pokrywka z wywierconym otworem do wymianyCO2, 4) obudowa do określonych warunków oświetleniowych, 5) źródło światła LED umieszczone w środku obudowy, 6) wytrząsarka orbitalna do mieszania podczas eksperymentu, oraz 7) szafę termostatyczną. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
2. Przygotowanie podłoża do hodowli glonów
| Roztwory podstawowe | pożywny | Stężenie w roztworze podstawowym | Stężenie w roztworze badanym |
| 1: Makroskładniki | NH4Cl | 1,5 g/l | 15 mg/L (N: 3,9 mg/L) |
| MgCl2∙6H2O | 1,2 g/l | 12 mg/L (Mg: 2,9 mg/L) | |
| CaCl2∙2H2O | 1,8 g/l | 18 mg/L (Ca: 4,9 mg/L) | |
| MgSO4∙7H2O | 1,5 g/l | 15 mg/L (S: 1,95 mg/L) | |
| KH2PO4 | 0,16 g/l | 1,6 mg/L (P: 0,36 mg/L) | |
| 2: Fe-EDTA | FeCl3∙6H2O | 64 mg/L | 64 μg/L (Fe: 13 μg/L) |
| Na2EDTA∙2H2O | 100 mg/l | 100 μg/L | |
| 3: Pierwiastki śladowe | H3BO3a | 185 mg/L | 185 μg/L (B: 32 μg/L) |
| MnCl2∙4H2O | 415 mg/L | 415 μg/L (Mn: 115 μg/L) | |
| ZnCl2 | 3 mg/l | 3 μg/L (Zn: 1,4 μg/L) | |
| CoCl2∙6H2O | 1,5 mg/l | 1,5 μg/L (Co: 0,37 μg/L) | |
| CuCl2∙2H2O | 0,01 mg/l | 0,01 μg/L (Cu: 3,7 ng/L) | |
| Na2MoO4∙2H2O | 7 mg/l | 7 μg/L (Mo: 2,8 μg/L) | |
| 4: NaHCO3 | NaHCO3 | 50 g/l | 50 mg/L (C: 7,14 mg/L) |
Tabela 1: Stężenia składników odżywczych w roztworach podstawowych dla podłoża do wzrostu glonów
UWAGA: H3BO3 można rozpuścić przez dodanie 0,1 M NaOH. EDTA należy usunąć podczas badania metali, aby uniknąć kompleksowania z jonami metali. Roztwory podstawowe sterylizować przez filtrację membranową (średnia średnica porów 0,2 μm) lub przez autoklawowanie (120 °C, 15 min). Nie należy autoklawować roztworów podstawowych 2 i 4, ale sterylizować je przez filtrację membranową. Roztwory należy przechowywać w ciemności w temperaturze 4 °C.
3. Konfiguracja testu na obecność glonów
UWAGA: Schemat przepływu procedury testowania glonów jest pokazany w Rysunek 2.

Rysunek 2: Schemat przepływu konfiguracji testu glonów. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
4. Analiza próbek do badań glonów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przeprowadzany jest wstępny test z substancją referencyjną w celu określenia wrażliwości szczepu glonów. Substancjami odniesienia regularnie stosowanymi w odniesieniu do R. subcapitata są dwuchromian potasu i 3,5-dichlorfenol 7,8. Rysunek 3 i Tabela 2 pokazują reprezentatywny wynik testu glonów, w tym dopasowanie krzywej i wyniki statystyczne, gdy pakiet DRC w R jest stosowany do wskaźników wzrostu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Fitoplankton przekształca energię słoneczną i dwutlenek węgla w materię organiczną, a tym samym odgrywa kluczową rolę w ekosystemie wodnym. Z tego powodu badania zahamowania tempa wzrostu glonów są zaliczane do trzech obowiązkowych badań toksyczności dla środowiska wodnego wymaganych do regulacyjnej oceny ryzyka chemikaliów. Możliwość przeprowadzenia wiarygodnego i powtarzalnego badania toksyczności glonów ma w tym względzie kluczowe znaczenie. Konfiguracje testowe z użyciem kolb Erlenmeyera wprowadzają szereg zmienności...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie zostało sfinansowane przez PATROLS - Advanced Tools for NanoSafety Testing, Grant agreement 760813 w ramach programu badań i innowacji Horyzont 2020.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Aceton | Sigma-Aldrich | V179124 | |
| Chlorek amonu | Sigma-Aldrich | 254134 | |
| BlueCap butelki (1L) | & Holm A/S | ||
| Kwas borowy | Sigma-Aldrich | B0394 | |
| Chlorek wapnia dwuwodny | Sigma-Aldrich | 208290 | |
| Przezroczysty arkusz akrylowy (40x40 cm) | |||
| Sigma-Aldrich | 255599 | ||
| Chlorek miedzi(II) dwuwodny | Sigma-Aldrich | 307483 | |
| Kwas etylenodiaminotetraoctowy sól disodowa dwuwodna | Sigma-Aldrich | E5134 | |
| Spektrofotometr fluorescencyjny F-7000 | Hitachi | ||
| Kwas solny | Sigma-Aldrich | 258148 | |
| Sześciowodny chlorek żelaza(III) | LED Sigma-Aldrich | 236489 | |
| Helmholt Elektronik A/S | H35161 | Neutral White, 6500K | |
| Chlorek magnezu sześciowodny | Sigma-Aldrich | M9272 | |
| Siarczan magnezu siedmiowodny | Sigma-Aldrich | 230391 | |
| Czterowodny chlorek manganu(II) | Sigma-Aldrich | 221279 | |
| Wytrząsarka orbitalna | IKA | 2980200 | |
| Fosforan potasu jednozasadowy | Sigma-Aldrich | P0662 | |
| Raphidocelis subcapitata | NORCCA | NIVA-CHL1 szczep | |
| Fiolki scyntylacyjne (20 ml) | Fisherscientific | 11526325 | |
| Wodorowęglan sodu | Sigma-Aldrich | S6014 | |
| Wodorotlenek sodu | Sigma-Aldrich | 415413 | |
| Molibdenian sodu | dwuwodny Sigma-Aldrich | 331058 | |
| Zacisk sprężynowy | Frederiksen Scientific A/S | 472002 | |
| Szafa termostatyczna | VWR | WTWA208450 | Alternatywa: pomieszczenie z kontrolowaną temperaturą |
| Rura wentylacyjna (Ø 125 mm) | Kolby miarowe Silvan | 22605630165 | |
| (25 ml) | DWK Nauki Przyrodnicze | 246781455 | |
| Chlorek | Sigma-Aldrich | 208086 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie