VacuSIP, ulepszona metoda InEx do pomiaru in situ cząstek stałych i rozpuszczonych związków przetwarzanych przez aktywne podajniki zawiesiny
3 sierpnia 2016
Wprowadzamy VacuSIP, prostą, nieinwazyjną i niezawodną metodę czystego i dokładnego punktowego pobierania próbek wody. System został opracowany i oceniony pod kątem jednoczesnego zbierania wody wdychanej i wydychanej przez dozowniki zawiesiny bentosowej in situ, w celu czystego pomiaru usuwania i wydalania cząstek stałych i rozpuszczonych związków.
Ogólnym celem tej metody jest oczyszczenie kolektora z wody wdychanej i wydychanej przez bentosowe filtratory w warunkach naturalnych, aby możliwe było ilościowe oznaczenie usuniętych i wydalonych przez nie związków cząsteczkowych oraz rozpuszczalnych. Podczas przygotowywania naczyń do zbierania próbek do analizy rozpuszczonych związków organicznych i amoniaku należy użyć nowych, wstępnie oczyszczonych fiolek EPA. Do pobierania próbek innych składników odżywczych należy używać szklanych fiolek EPA.
Do analizy krzemianów należy używać fiolek z HDPE. Opłucz fiolki i nakrętki wysokiej jakości wodą dwukrotnie destylowaną. Następnie wymień przebite septa silikonowe na nowe, a fiolki i nakrętki mocz w 10% kwasie solnym przez co najmniej trzy dni, po czym trzykrotnie opłucz je wysokiej jakości wodą dwukrotnie destylowaną.
Aby dodatkowo przygotować fiolki szklane do pożywki, wypalaj je w temperaturze 450 °C przez cztery godziny i pozostaw do ostygnięcia w piecu. Następnie załóż zakrętki i owiń fiolki folią aluminiową. Kolejno zmieszaj DDW z przefiltrowanym przez filtr 0,2 µm surfaktantem, aby przygotować 5% roztwór.
Następnie umieść wypalony filtr z włókna szklanego bez lepiszcza w oczyszczonym stalowym uchwycie filtra inline Swinnex. Używając oczyszczonej kwasem strzykawki, przepuść 100 mililitrów przefiltrowanego roztworu surfaktanta przez cały zestaw. Przepłucz zestaw, używając 100 mililitrów wysokiej jakości podwójnie destylowanej wody.
Jeśli zespół filtrujący służy do pobierania próbek krzemionki, należy przygotować go z filtrem z poliwęglanu i przepuścić przez niego 30 milliliters pięcioprocentowego kwasu solnego, a następnie 30 milliliters wysokiej jakości podwójnie destylowanej wody. Zmontować system do pracy podwodnej, używając rurek PEEK. Do przygotowania wymaganych długości należy użyć ostrego noża lub przecinaka do PEEK.
Do każdej probówki dopasuj męski konektor Luer z przymocowaną igłą strzykawki. Upewnij się, że płaska strona niebieskiej tulejki bez kołnierza jest wyrównana z końcem probówki, a następnie mocno dokręć zielną nakrętkę ręką. Następnie, używając taśmy izolacyjnej, przymocuj rurkę PEEK do ramion statywu, tworząc manipulator zbudowany według własnego projektu.
Następnie do męskich złączy Luer należy przymocować zatyczkowe jednorazowe igły do strzykawek. Wyraźnie oznakuj sprzęt do pobierania próbek i zastosuj kodowanie kolorystyczne dla komponentów do pobierania próbek podczas wdechu i wydechu, na przykład za pomocą niebieskiej taśmy dla wdechu i żółtej dla wydechu. Podobnie zakoduj kolorystycznie naczynia do pobierania próbek, aby łatwiej zidentyfikować pary naczyń ponumerowanych sekwencyjnie.
Następnie opróżnij naczynia do pobierania próbek przed nurkowaniem, najlepiej za pomocą wydajnej pompy próżniowej. Standardowa liofilizator zapewnia wysoką próżnię i sprawdzi się równie dobrze. Na koniec ustaw wszystkie naczynia do pobierania próbek zgodnie z wymaganiami dla planowanego nurkowania.
Zaplanuj wszystkie etapy pobierania próbek z wyprzedzeniem i odpowiednio spakuj sprzęt. Najpierw potwierdź, czy okaz pompuje, uwalniając przefiltrowany barwnik fluorescencyjny obok otworu wlotowego i sprawdzając, czy barwnik wydostaje się przez otwór wylotowy. Następnie zainstaluj urządzenie VacuSIP i upewnij się, że jest ono stabilne.
Następnie należy umieścić rurkę do pobierania wody wlotowej w otworze wlotowym lub w jego bezpośrednim sąsiedztwie, upewniając się, że nie znajduje się ona w pobliżu żadnych innych otworów wylotowych. Następnie ostrożnie skieruj rurkę do pobierania wody wylotowej w stronę syfonu wylotowego i bardzo delikatnie wprowadź ją na odległość od jednego do pięciu milimetrów do wnętrza syfonu. Należy zachować szczególną ostrożność, aby nie dotknąć i w żaden inny sposób nie zakłócić organizmu poddanego badaniu.
Następnie przymocuj zestaw do pobierania próbek w bliskiej odległości roboczej. W przypadku użycia dostosowanego manipulatora, zachowaj taką samą staranność przy pozycjonowaniu rurki wlotowej i wylotowej. Pobieranie prób ultra-planktonu nie wymaga zastosowania filtra.
Aby pobrać próbkę ultraplanktonu, należy użyć igły do przebicia septów rur próżniowych do wlotu i wylotu. Należy sprawdzić, czy woda ścieka, a następnie zebrać od dwóch do sześciu mililitrów wody z każdej rury. W przypadku krzemianów należy zainstalować liniowe poliwęglanowe uchwyty filtrów ze stali nierdzewnej z membranami poliwęglanowymi pomiędzy igłą a męskim złączem Luer na końcówce destylacyjnej rury.
Następnie przebij kapsel z przegrodą przygotowanych fiolek HDPE, aby rozpocząć pobieranie próbek. Do pobierania próbek rozpuszczonych substancji organicznych i nieorganicznych przygotuj trzy pary fiolek. Jedną parę dla azotanów i fosforanów, jedną dla amoniaku oraz trzecią parę dla rozpuszczonych substancji organicznych.
Aby pobrać próbki rozpuszczonych substancji organicznych lub składników odżywczych, należy zastąpić zespół filtrów poliwęglanowych uprzednio oczyszczonym liniowym uchwytem filtra ze stali nierdzewnej zawierającym uprzednio wypalony filtr szklany. Następnie należy przebić septem nakrętki szklanej fiolki EPA, aby rozpocząć pobieranie próbek. Rozpuszczone substancje nieorganiczne gromadzono w nowych szklanych fiolkach EPA oczyszczonych przez producenta lub w używanych fiolkach EPA oczyszczonych zgodnie z opisanym protokołem.
W przypadku fiolek z odzysku odnotowano wyższe stężenia amoniaku, natomiast pozostałe wartości były zbliżone. Porównano stalowe uchwyty do filtrów oraz poliwęglanowe uchwyty do filtrów przepływowych Swinnex poprzez filtrowanie czystej wody i badanie zawartości rozpuszczonych organicznych i nieorganicznych składników odżywczych. Z każdym uchwytem przetestowano membranę poliwęglanową oraz wypalony wcześniej filtr z włókna szklanego.
Najlepsze wyniki uzyskano przy zastosowaniu kombinacji uchwytu filtra ze stali nierdzewnej i wypalonego filtra z włókna szklanego. W celu sprawdzenia jakości próbek wykonano zliczenia komórek za pomocą cytometru przepływowego. Przy prawidłowym pobraniu par próbek wdechowych i wydechowych, większość komórek została usunięta z wody wydechowej.
W przeciwieństwie do tego, nieprawidłowy pobór nie przyniósł takiego samego rezultatu. Przy prawidłowym zastosowaniu urządzenia VacuSIP, wzorce usuwania lub wydalania były wyraźne dla większości analizowanych związków. Pomiary przedstawione tutaj zostały wykonane na gąbce śródziemnomorskiej.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
VacuSIP to nowatorska metoda opracowana do czystego i precyzyjnego pobierania próbek punktowych wody, specjalnie dla bentosowych filtratorów. Technika ta umożliwia jednoczesne zbieranie wody wdychanej i wydychanej w celu pomiaru usuwania i wydalania różnych związków.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauki o środowisku
- Biologia morska
- Ekologia
Wprowadzenie
- Bentos filtrujący odgrywa kluczową rolę w ekosystemach wodnych.
- Dokładny pomiar dynamiki składników odżywczych jest niezbędny do zrozumienia stanu zdrowia ekosystemu.
- Tradycyjne metody pobierania próbek mogą powodować zanieczyszczenia.
- Urządzenie VacuSIP ma na celu rozwiązanie tych problemów za pomocą nieinwazyjnego podejścia.
Cel badania
- Opracowanie wiarygodnej metody pobierania próbek wody od bentosowych filtratorów.
- Ilościowe określenie związków cząsteczkowych i rozpuszczonych usuwanych i wydalanych przez te organizmy.
- Zwiększenie dokładności ocen ekologicznych w warunkach naturalnych.
Zastosowane metody
- Gromadzenie wody wdychanej i wydychanej przy użyciu systemu VacuSIP.
- Przygotowanie naczyń do pobierania próbek z uprzednio oczyszczonymi fiolkami EPA do różnych analiz.
- Płukanie i moczenie fiolek w kwasie solnym w celu usunięcia zanieczyszczeń.
- Wykorzystanie wysokiej jakości wody dwukrotnie destylowanej do płukania.
Główne wyniki
- Urządzenie VacuSIP skutecznie pobiera próbki wody bez zanieczyszczeń.
- Pomyślnie uzyskano dane ilościowe dotyczące usuwania i wydalania składników odżywczych.
- Metoda wykazała niezawodność w warunkach naturalnych.
- Wyniki przyczyniają się do lepszego zrozumienia funkcji ekosystemów bentosowych.
Wnioski
- VacuSIP stanowi znaczący postęp w technikach pobierania próbek wody.
- Metoda ta może usprawnić badania ekologiczne oraz monitoring.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tej metodologii w celu szerszych zastosowań.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Dokładna kwantyfikacja strumieni składników odżywczych pośredniczonych przez filtratory jest niezbędna dla zrozumienia sprzężenia bentosowo-pelagicznego w ekosystemach morskich. Metoda VacuSIP umożliwia wiarygodny pomiar in situ związków cząsteczkowych i rozpuszczonych przetwarzanych przez aktywnych filtratorów, wspierając mechanistyczne ograniczanie niepewności w modelach oceny ryzyka ekologicznego i środowiskowego. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną przy ocenie funkcjonalnej roli filtratorów w cyklu obiegu składników odżywczych i stanie zdrowia ekosystemu.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie szlaków biologicznych poprzez ilościowe określanie tempa usuwania i wydalania związków u filtratorów.
- Wartość operacyjna: Zapewnia nieinwazyjną technikę pobierania próbek, która zachowuje integralność organizmów podczas pomiarów in situ.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Pozwala na uzyskanie ilościowych pomiarów zmiennej zależnej dotyczącej dynamiki składników odżywczych w celu standaryzacji analizy.
- Wartość operacyjna: Wspiera powtarzalność pobierania próbek dzięki kontrolowanym szybkościom poboru wody oraz protokołom zapobiegającym kontaminacji.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Ułatwia modelowanie systemów istotnych dla chorób poprzez powiązanie aktywności filtratorów z wzorcami przepływu składników odżywczych w warunkach naturalnych.
- Wartość operacyjna: Umożliwia współpracę międzyfunkcyjną dzięki ustandaryzowanym procedurom pobierania próbek i sekwencyjnemu etykietowaniu naczyń.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda VacuSIP integruje się z procesami badawczymi, dostarczając wiarygodnych wyników ilościowych do testowania hipotez w biologii środowiskowej i ocenie ryzyka ekologicznego.
- Biologia odkrywcza: Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez umożliwienie dokładnego pomiaru szybkości przetwarzania związków u filtratorów.
- Przesiewanie: Dostarcza próbek gotowych do analizy dzięki kontrolowanemu pobieraniu próbek z wlotowych i wylotowych strumieni wody.
- Analityka: Generuje ilościowe pomiary zmiennych zależnych dla związków cząsteczkowych i rozpuszczonych do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Łączy dane dotyczące strumienia składników odżywczych z fazy odkrywczej z ciągłością przedkliniczną poprzez oceny sprzężenia bentosowo-pelagicznego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku platformę do pobierania próbek, którą można zastosować u wielu gatunków filtratorów i w różnych ekosystemach.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Wiarygodność prognostyczna pomiarów przepływu składników odżywczych oraz redukcja niejednoznaczności mechanistycznej w fizjologii filtratorów.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja, powtarzalność i skalowalność pobierania próbek wody in situ w warunkach naturalnych.
- Wartość strategiczna: Usprawnienie decyzji typu go/no-go w ocenie ryzyka środowiskowego i ograniczenie niepewności biologicznej na późnych etapach badań.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja badań ekologicznych skorygowana o ryzyko, oparta na zwalidowanych danych dotyczących przetwarzania składników odżywczych.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana wiedza specjalistyczna z zakresu biologii morskiej oraz technik pobierania próbek środowiskowych.
- Niezbędna aparatura obejmuje pompy próżniowe, rurki PEEK, igły do strzykawek oraz specjalistyczne urządzenia manipulacyjne.
- Standaryzacja międzyzespołowa wymaga jednolitych zasad przygotowania fiolek, protokołów etykietowania oraz procedur przebijania septa.
- Kwestie adaptacyjne w różnych systemach modelowych obejmują dostosowanie rozmieszczenia rurek oraz zestawów filtracyjnych w zależności od morfologii organizmu.
- Ograniczenia praktyczne obejmują konieczność ostrożnego obchodzenia się z organizmami, aby uniknąć ich stresu lub zakłóceń podczas wprowadzania rurek.
