Zestaw na małą skalę do badania toksyczności glonów nanomateriałów i innych trudnych substancji
10 października 2020
Pokazujemy testy toksyczności glonów dla trudnych substancji (np. substancji kolorowych lub nanomateriałów) za pomocą zestawu oświetlonego pionowo diodą LED.
Kiedy firma chemiczna chce wprowadzić na rynek nową substancję chemiczną lub inny materiał, musi dostarczyć dane z serii testów ekotoksyczności. Test glonów jest jednym z trzech obowiązkowych testów, które należy wykonać. Test glonów cierpi z powodu tego, że jest dość trudny do wykonania.
Z tego powodu opracowaliśmy platformę testową LEVITATT. LEVITATT wykorzystuje światło LED, aby uniknąć problemów z nadmiernym wytwarzaniem ciepła. Ponadto zapewnia równomierne pole świetlne.
Ma kompaktowy rozmiar, co oznacza, że nie potrzebujesz dużo miejsca do przeprowadzenia testu glonów, ale jednocześnie pozwala na wykorzystanie wystarczającej objętości próbki do przeprowadzenia analizy chemicznej i charakterystyki przed, w trakcie i po badaniu. Jest to szczególnie ważne w przypadku testowania nanomateriałów. Ten film zademonstruje zastosowanie LEVITATT do badania toksyczności glonów nanomateriałów i innych trudnych substancji.
Demonstracja składa się z następujących czterech kroków. Najpierw opisz elementy składowe LEVITATT. Drugim krokiem jest przygotowanie roztworu do podłoża do wzrostu glonów.
Trzecim krokiem jest przedstawienie przeglądu procedury przeprowadzania testu toksyczności glonów. Ostatnim krokiem jest zmierzenie wzrostu biomasy glonów za pomocą fluorometru. LEVITATT można umieścić w szafce z kontrolowaną temperaturą w pomieszczeniu.
Pozwala to na utrzymanie stabilnej temperatury przez cały czas ekspozycji. Zestaw jest umieszczony na wytrząsarce orbitalnej, aby umożliwić obracanie próbek podczas testu. Test przeprowadza się w 20-mililitrowych fiolkach scyntylacyjnych zawierających cztery mililitry pożywki ekspozycyjnej.
Zakrętka z wywierconym otworem pozwala na wymianę CO2 z powietrzem podczas ekspozycji. Źródło LED jest umieszczone między dwoma plastikowymi arkuszami i znajduje się pośrodku każdej obudowy. Rozmieszczenie tworzy jednorodne pole świetlne i minimalizuje zacienienie między próbkami.
Każda obudowa jest zamontowana za pomocą zacisków i może pomieścić do pięciu próbek. Kompaktowy rozmiar minimalizuje przestrzeń potrzebną do przeprowadzenia eksperymentu. Aby przygotować roztwory podstawowe, odważyć odpowiednią ilość każdego związku.
Roztwór podstawowy składa się z różnych soli niezbędnych do wzrostu glonów. Po odważeniu odpowiedniej ilości soli rozcieńcza się je ultraczystą wodą. Roztwory podstawowe są sterylizowane przez filtrację lub autoklawowanie.
Po sterylizacji roztwory podstawowe można przechowywać w ciemności w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Przygotować serię stężeń ekspozycji. Współczynnik między stężeniami narażenia nie powinien przekraczać 3,2.
Do każdego badanego stężenia dodaje się odpowiednią objętość wykładniczo rosnących glonów. Ostateczna gęstość komórek powinna wynosić około 10 000 komórek glonów na mililitr. Kluczowe jest, aby prekultura rosła wykładniczo, aby spełnić kryteria ważności testu.
Fiolki miarowe miesza się, aby umożliwić jednorodne rozprowadzenie glonów i związku przed pobraniem próbki. Próbki wlewa się do zlewek, a cztery mililitry pipetuje się do 20-mililitrowych fiolek scyntylacyjnych. Fiolki scyntylacyjne są teraz zakorkowane.
Odpipetować 0,4 mililitra z każdego stężenia. Dodaj 1,6 mililitra acetonu, aby rozbić ścianę komórkową i uwolnić chlorofil do fazy ciekłej. Każda szklana fiolka jest teraz szczelnie zamknięta, aby uniknąć odparowania acetonu podczas przechowywania.
Zakryte fiolki scyntylacyjne są teraz losowo rozmieszczone w LEVITATT i inkubowane przez 72 godziny. Zmierz natężenie światła i temperaturę na początku i na końcu inkubacji, aby zapewnić zgodność z pożądanymi wytycznymi. Podpróbkowanie odbywa się w odstępie 24 godzin poprzez pipetowanie 0,4 mililitra z każdej fiolki scyntylacyjnej do szklanych fiolek.
Dodaj 1,6 miliona acetonu, aby rozbić ścianę komórkową i uwolnić chlorofil do fazy ciekłej. Po dodaniu acetonu należy szczelnie zakręcić pokrywki i pozostawić próbki w ciemności do czasu analizy. Użyj fluorometru, aby określić ilościowo biomasę w próbce pobranej w całym okresie badania.
Ustawienia na fluorometrze powinny wynosić 420 nanometrów jako długość fali wzbudzenia i długość fali emisji 671 nanometrów. Każda pojedyncza próbka jest mierzona trzykrotnie i odnotowywane są wartości względne. Względne wartości z fluorometru są wykorzystywane do obliczenia szybkości wzrostu, która zostanie wykorzystana do dalszej obróbki danych.
Użyj oprogramowania statystycznego, aby dopasować krzywą regresji nieliniowej do obliczonych danych dotyczących szybkości wzrostu. Przykładem krzywej regresji nieliniowej może być logarytmiczna logistyka realnej funkcji. Powiązany 95-procentowy przedział ufności jest wyświetlany wraz z dopasowaniem modelu.
Regularnie obowiązujące wartości stężeń, takie jak 10, 20 i 50% nieefektywności, są wykorzystywane do zgłaszania wyników testu ekotoksyczności. Podsumowując, LEVITATT zapewnia kompaktową platformę do testowania toksyczności glonów zwykłych chemikaliów zgodnych z międzynarodowymi znormalizowanymi wytycznymi. Co więcej, zestaw zapewnia solidną platformę do testowania trudnych substancji, które zakłócają przepływ światła w kierunku glonów, takich jak nanomateriały lub substancje kolorowe.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia platformę testową LEVITATT do badań toksyczności alg, zaprojektowaną specjalnie dla substancji problematycznych, takich jak materiały barwione i nanomateriały. Platforma wykorzystuje oświetlenie LED w celu ograniczenia generowania ciepła i zapewnienia jednorodnego pola świetlnego podczas przeprowadzania testów.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Badanie ekotoksyczności
- Toksyczność dla glonów
- Nauki o środowisku
Wstęp
- Firmy chemiczne muszą przeprowadzać testy ekotoksyczności dla nowych materiałów.
- Test z użyciem alg jest jednym z trzech obowiązkowych testów.
- Tradycyjne testy algowe napotykają problemy związane z wydzielaniem ciepła i jednorodnością oświetlenia.
- Konieczne jest opracowanie innowacyjnych platform testowych w celu zwiększenia dokładności badań.
Cel badania
- Opracowanie niezawodnej platformy do testowania toksyczności dla glonów.
- Rozwiązanie ograniczeń istniejących metod testowych.
- Ułatwienie testowania substancji trudnych do analizy.
Zastosowane Metody
- Opracowanie platformy testowej LEVITATT.
- Wykorzystanie oświetlenia LED w celu zminimalizowania problemów z przegrzewaniem.
- Wdrożenie układu z oświetleniem pionowym.
- Badanie różnych substancji w celu oceny toksyczności.
Główne wyniki
- Pomyślna demonstracja platformy LEVITATT.
- Poprawione warunki testowania substancji barwnych i nanomateriałów.
- Uzyskano jednorodne pole świetlne podczas testów.
- Zwiększona wiarygodność wyników toksyczności dla alg.
Wnioski
- Platforma LEVITATT stanowi znaczący postęp w badaniach toksyczności dla glonów.
- Skutecznie rozwiązuje ona problemy związane z trudnymi substancjami.
- Innowacja ta może usprawnić proces testowania ekotoksyczności w firmach chemicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Niezawodne dane dotyczące ekotoksyczności są niezbędne do regulacyjnej oceny ryzyka oraz rozwoju portfolio nowych substancji chemicznych, w tym nanomateriałów. Platforma LEVITATT rozwiązuje problemy związane z powtarzalnością i standaryzacją testów toksyczności dla glonów, wspierając pewne podejmowanie decyzji na etapie przejściowym między odkrywaniem a przedkładaniem dokumentacji regulacyjnej. Jej solidna konstrukcja minimalizuje zmienność, umożliwiając bardziej predykcyjne i zgodne z wymogami oceny bezpieczeństwa środowiskowego dla procesów badawczo-rozwojowych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia rzetelną weryfikację hipotez dotyczących bezpieczeństwa środowiskowego dla nowych modalności chemicznych.
- Wspiera funkcjonalną walidację profili toksyczności nanomateriałów oraz substancji trudnych do analizy.
- Ułatwia uzyskanie wiarygodnych wyników predykcyjnych w ramach wczesnej oceny ryzyka i segregacji substancji.
Przesiewy i opracowanie testów
- Zapewnia standaryzowane, powtarzalne warunki analizy dla testów toksyczności zgodnych z wymogami regulacyjnymi.
- Umożliwia ilościowe pomiary biomasy w celu wiarygodnej oceny związków.
- Minimalizuje efekt zacieniania wewnątrz próbki oraz artefakty cieplne, wspierając skalowalność analizy i ponowne wykorzystanie platformy.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodny z międzynarodowymi wytycznymi (ISO, OECD) w celu zapewnienia ciągłości od etapu odkryć po złożenie dokumentacji regulacyjnej.
- Zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w profilach ryzyka środowiskowego materiałów zaawansowanych.
- Wspiera podejmowanie decyzji o rozwoju portfeli wrażliwych środowiskowo w oparciu o analizę ryzyka.
Integracja potoków i przepływów pracy
Platforma LEVITATT integruje się z kontinuum od etapu odkrywania do regulacji, umożliwiając wczesną, ustandaryzowaną ocenę ekotoksyczności zarówno dla konwencjonalnych substancji chemicznych, jak i nanomateriałów.
- Biologia odkrywcza: Wspiera ocenę wpływu na środowisko opartą na hipotezach oraz minimalizację ryzyka w analizie szlaków.
- Przesiewanie: Zapewnia gotowość i powtarzalność testów w celu uzyskania wiarygodnych danych o toksyczności.
- Analityka: Dostarcza ilościowe dane dotyczące tempa wzrostu i wartości ECx do analiz porównawczych.
- Badania translacyjne: Zapewnia zgodność z wytycznymi regulacyjnymi, wspierając ciągłość od etapu przedklinicznego do rejestracji.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje kompaktową, skalowalną platformę, którą można dostosować do różnych klas związków i laboratoriów.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w ocenach bezpieczeństwa środowiskowego.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność procesów testowania toksyczności.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu projektu (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową poprzez minimalizację ryzyka regulacyjnego na późniejszych etapach.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój aktywów wrażliwych na czynniki środowiskowe.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna z zakresu ekotoksykologii oraz ilościowej analizy fluorescencji.
- Niezbędny jest dostęp do inkubacji w kontrolowanej temperaturze, wytrząsarek orbitalnych oraz aparatury fluorometrycznej.
- Wymagana jest standaryzacja międzyzespołowa w zakresie przygotowania testów i analizy danych.
- Metoda jest dostosowana do różnych materiałów pojemników testowych w celu zminimalizowania adsorpcji i ulatniania się substancji.
- Objętość próbki oraz natężenie światła muszą być zoptymalizowane dla konkretnych klas substancji.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:33
Description of the LEVITATT Setup
2:31
Preparation of Stock Solutions
3:08
Setting up the Algal Test
5:54
Incubation for 72 Hours Sub-sampling at 24 Hour Intervals
6:25
Analyzing Algal Test Samples
7:05
Representative Results
7:42
Conclusion
