Name: Badania biodegradacji tlenowej materiałów z użyciem naturalnego inokulum morskiego i zamkniętego respirometru (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-24T13:40:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Poznaj metodę oceny biodegradacji tlenowej materiałów w środowisku morskim z użyciem naturalnego inokulum i zamkniętego respirometru. Protokół umożliwia standaryzację badań i porównywalność wyników.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują Columbus Instruments oraz Laboratorium Biodegradowalności w Szkole Nauk i Technologii Morskiej na Uniwersytecie Massachusetts Dartmouth za wsparcie techniczne i dostęp do obiektów. Środki na system Micro-Oxymax Respirometry w Columbus Instruments oraz uruchomienie laboratorium zapewniły PrimaLoft oraz Massachusetts Technology Collaborative.

<ol><li>Avio, C. G., Gorbi, S., Regoli, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plastics+and+microplastics+in+the+oceans%3A+From+emerging+pollutants+to+emerged+threat%5BTitle%5D)+AND+%22Marine+Environ+Res%22%5BJournal%5D)">Plastics and microplastics in the oceans: From emerging pollutants to emerged threat.</a> Marine Environ Res. 128, 2-11 (2017).</li>
<li>Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microplastics+as+contaminants+in+the+marine+environment%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Marine+Poll+Bullet%22%5BJournal%5D)">Microplastics as contaminants in the marine environment: a review.</a> Marine Poll Bullet. 62 (12), 2588-2597 (2011).</li>
<li>Andrady, A. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAndrady%2C+AL+%22Plastics+and+Environmental+Sustainability%22">Plastics and Environmental Sustainability</a>. , John Wiley and Sons. (2015).</li>
<li>Rosato, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+colonization+dynamics+of+different+microplastic+types+in+an+anoxic+salt+marsh+sediment+and+impact+of+adsorbed+polychlorinated+biphenyls+on+the+plastisphere%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Poll%22%5BJournal%5D)">Bacterial colonization dynamics of different microplastic types in an anoxic salt marsh sediment and impact of adsorbed polychlorinated biphenyls on the plastisphere.</a> Environ Poll. 315, 120411(2022).</li>
<li>Flury, M., Narayan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradable+plastic+as+an+integral+part+of+the+solution+to+plastic+waste+pollution+of+the+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Green+Sustain+Chem%22%5BJournal%5D)">Biodegradable plastic as an integral part of the solution to plastic waste pollution of the environment.</a> Curr Opin Green Sustain Chem. 30, 100490(2021).</li>
<li>Chamas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Degradation+rates+of+plastics+in+the+environment%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Sustain+Chem+Eng%22%5BJournal%5D)">Degradation rates of plastics in the environment.</a> ACS Sustain Chem Eng. 8 (9), 3494-3511 (2020).</li>
<li>Allen, A. L., Mayer, J., Stote, R., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulated+marine+respirometry+of+biodegradable+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Environ+Poly+Degradat%22%5BJournal%5D)">Simulated marine respirometry of biodegradable polymers.</a> J Environ Poly Degradat. 2, 237-244 (1994).</li>
<li>Briassoulis, D., Pikasi, A., Papardaki, N. G., Mistriotis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradation+of+plastics+in+the+pelagic+environment+of+the+coastal+zone+-+Proposed+test+method+under+controlled+laboratory+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Tot+Environ%22%5BJournal%5D)">Biodegradation of plastics in the pelagic environment of the coastal zone - Proposed test method under controlled laboratory conditions.</a> Sci Tot Environ. 912, 168889(2024).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Test+Method+for+Determining+Aerobic+Biodegradation+of+Plastic+Materials+in+the+Marine+Environment+by+a+Defined+Microbial+Consortium+or+Natural+Sea+Water+Inoculum+ASTM+D6691-24a%2C+ASTM+International%22">Standard Test Method for Determining Aerobic Biodegradation of Plastic Materials in the Marine Environment by a Defined Microbial Consortium or Natural Sea Water Inoculum ASTM D6691-24a, ASTM International</a>. , ASTM International. (2024).</li>
<li>Ratto, J. A., Russo, J., Allen, A., Hebert, J., Wirsen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradable+polymers+in+the+marine+environment%3A+A+tiered+approach+to+assessing+microbial+degradability%5BTitle%5D)+AND+%22Biopol+Polysacch+Agroprot+ACS+Symp+Series%22%5BJournal%5D)">Biodegradable polymers in the marine environment: A tiered approach to assessing microbial degradability.</a> Biopol Polysacch Agroprot ACS Symp Series. 786, 316-336 (2001).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Test+Method+for+Weight+Attrition+of+Plastic+Materials+in+the+Marine+Environment+by+Open+System+Aquarium+Incubations%2C+ASTM-D7473-12%22">Standard Test Method for Weight Attrition of Plastic Materials in the Marine Environment by Open System Aquarium Incubations, ASTM-D7473-12</a>. , ASTM International. (2012).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Specification+for+Non-Floating+Biodegradable+Plastics+in+the+Marine+Environment+ASTM+D7081-05+%28withdrawn+2014%29%22">Standard Specification for Non-Floating Biodegradable Plastics in the Marine Environment ASTM D7081-05 (withdrawn 2014)</a>. , ASTM International. (2005).</li>
<li>American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Methods+for+the+Examination+of+Water+and+Wastewater%22">Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater</a>. , 24th, Washington, DC. (2023).</li>
<li>Scheiner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+ammonia+and+Kjeldahl+nitrogen+by+indophenol+method%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Determination of ammonia and Kjeldahl nitrogen by indophenol method.</a> Water Res. 10 (1), 31-36 (1976).</li>
<li>Murphy, J., Riley, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+single-solution+method+for+the+determination+of+soluble+phosphate+in+seawater%5BTitle%5D)+AND+%22J+Marine+Biol+Assoc+U+K%22%5BJournal%5D)">A single-solution method for the determination of soluble phosphate in seawater.</a> J Marine Biol Assoc U K. 37, 9-14 (1958).</li>
<li>Kirsten, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKirsten%2C+W+%22Organic+Elemental+Analysis%3A+Ultramicro%2C+Micro%2C+and+Trace+Methods%22">Organic Elemental Analysis: Ultramicro, Micro, and Trace Methods</a>. , Academic Press/Harcourt Brace Jovanovich. (1983).</li>
<li>Parsons, T. R., Maita, Y., Lalli, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aParsons%2C+TR+%22Manual+of+Chemical+and+Biological+Methods+for+Seawater+Analysis%22">Manual of Chemical and Biological Methods for Seawater Analysis</a>. , Pergamon Press. (1989).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Test+Methods+for+Particle+Size+%28Sieve+Analysis%29+of+Plastic+Materials%2C+ASTM+D1921-96%22">Standard Test Methods for Particle Size (Sieve Analysis) of Plastic Materials, ASTM D1921-96</a>. , ASTM International. (1996).</li>
<li>Gilbert, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+taxonomic+and+functional+diversity+of+microbes+at+a+temperate+coastal+site%3A+a+%27multi-omic%27+study+of+seasonal+and+diel+temporal+variation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">The taxonomic and functional diversity of microbes at a temperate coastal site: a 'multi-omic' study of seasonal and diel temporal variation.</a> PLoS ONE. 5 (11), e15545(2010).</li>
<li>Chafee, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recurrent+patterns+of+microdiversity+in+a+temperate+coastal+marine+environment%5BTitle%5D)+AND+%22ISME+J%22%5BJournal%5D)">Recurrent patterns of microdiversity in a temperate coastal marine environment.</a> ISME J. 12 (1), 237-252 (2018).</li>
<li>Jannasch, H. W., Eimhjellen, K., Wirsen, C. O., Farmanfarmaian, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+degradation+of+organic+matter+in+the+deep+sea%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Microbial degradation of organic matter in the deep sea.</a> Science. 171 (3972), 672-675 (1971).</li>
<li>Zumstein, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradation+of+synthetic+polymers+in+soils%3A+Tracking+carbon+into+CO2+and+microbial+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Adv%22%5BJournal%5D)">Biodegradation of synthetic polymers in soils: Tracking carbon into CO2 and microbial biomass.</a> Sci Adv. 4, eaas9024(2018).</li>
<li>Zumstein, M. T., Narayan, R., Kohler, H. P. E., McNeill, K., Sander, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dos+and+do+nots+when+assessing+the+biodegradation+of+plastics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Dos and do nots when assessing the biodegradation of plastics.</a> Science. 366 (6470), 9967-9969 (2019).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych.

Wydajność w kontroli dodatniej determinuje trafność testu. Wymagana jest minimalna biodegradacja 70% łatwo morskiego biodegradowalnego podłoża pozytywnej kontroli (np. celuloza analitycznej, papier Kraft itp.), na podstawie teoretycznej maksymalnej wydajności gazu. Ten benchmark weryfikuje korzystne warunki i wystarczającą aktywność mikroorganizmów w naturalnej wodzie morskiej podczas inkubacji. Nieosiągnięcie tego progu wskazuje na potencjalny problem z przygotowaniem replikacji, obsługą inokulum w wodzie morskiej (czyl...

Odpady plastikowe stanowią zagrożenie dla ekosystemów morskich i zdrowia ludzi1. Rosnące obawy dotyczące zanieczyszczenia plastikiem, wraz z morskimi odpadami pochodzącymi z jakichkolwiek materiałów z oceanu, podkreślają potrzebę zrównoważonych rozwiązań, takich jak ulepszona gospodarka odpadami na końcu życia oraz materiały biodegradowalne, które łatwo ulegają biodegradacji w środowisku morskim. W przeciwieństwie do tradycyjnych syntetycznych tworzyw sztucznych, które utrzymują się przez dziesięciolecia do wieków i generują mikroplastiki gromadzące się w sieciach pokarmowych 2,3,4, materiały biodegradowalne, czyli organiczne składniki węgla, mogą być metabolizowane doCO2 i metanu (CH4) lub asymilowane do biomasy mikrobiologicznej5. Zrozumienie biodegradacji materiałów w wodzie morskiej jest zatem kluczowe dla ilościowego określenia i łagodzenia wpływu odpadów morskich na środowisko.
Biodegradacja w środowisku morskim jest kontrolowana przez interakcję zmiennych przestrzenno-czasowych, w tym dostępności światła i składników odżywczych, ciśnienia, temperatury, składu gatunków mikroorganizmów oraz fizykochemicznej natury i struktury polimeru, które wszystkie decydują o tempie, stopniu i mechanizmie rozkładu6. Te zmienne stanowią poważne wyzwanie dla laboratoryjnych badań biodegradacji symulujących środowiska morskie. Ta standardowa procedura operacyjna (SOP) wykorzystuje naturalną wodę morską jako inokulum, rejestrując obecną społeczność mikroorganizmów in situ oraz rejestruje istotne zmienne, takie jak rozpuszczone w wodzie morskiej substancje odżywcze, cząstki węgla i azotu, chlorofil, zasolenie, pH oraz temperaturę. To kontrolowane, laboratoryjne podejście optymalizuje warunki sprzyjające mineralizacji i umożliwia bezpośrednie pomiary biodegradacji, które nie są możliwe in situ. ASTM International D6691-24a, Standardowa metoda testowania do określania tlenowej biodegradacji materiałów tworzyw sztucznych w środowisku morskim przez zdefiniowane konsorcjum mikrobiologiczne lub naturalne inokulum wody morskiej (dalej ASTM D6691), oraz ten SOP zostały opracowane jako szybkie i niezawodne narzędzie przesiewowe do oceny biodegradowalności materiałów 7,8,9,10.
Zgodnie z normą ASTM D6691, testem przesiewowym dotyczącym biodegradowalności polimerów, protokół ten ocenia biodegradację materiałów w optymalnych warunkach, 30 °C, maksymalną powierzchnię z mielonej próbki oraz nadmiar składników odżywczych nieorganicznych (azot, 130 mg/L; fosfor, 23 mg/L)9, aby wspierać mineralizację i zapobiegać ograniczeniom składników odżywczych. Chociaż testy przesiewowe dostarczają cennych wstępnych informacji, dalsze badania, takie jak cumowania przybrzeżne i głębinowe, które mierzą utratę masy ciała w funkcji czasu, mogą być konieczne do kompleksowej oceny w naturalnych warunkach morskich. Ponieważ te testy cumowania przybrzeżnego i głębinowego szacują biodegradację na podstawie utraty masy ciała w funkcjiczasu 10,11, naukowcy powinni najpierw przeprowadzić ten test przesiewowy, który bezpośrednio mierzy metabolizm mikroorganizmów, zanim przystąpią do eksperymentu in situ z cumowaniem przybrzeżnym i głębinowym morzem, który jest również droższy.
Standardowa metoda testowa ASTM D6691 określa procedury oceny biodegradacji tlenowej nieunoszących się tworzyw sztucznych w środowiskach morskich. Ta norma, wraz ze standardami specyfikacji, takimi jak ASTM D7081 (Standard Specification for Non-Floating Biodegradable Plastics in the Marine Environment; koncentrująca się na biodegradowalności w ośrodku wodnym, obecnie wycofana z ASTM i ponownie zakwalifikowana), stanowi ramy do certyfikacji polimerów eksperymentalnych jako morskich biodegradowalnych 9,12. Ogólnie rzecz biorąc, specyfikacja to konsensusowy standard ASTM International, który określa wymagania, które materiał, produkt lub system musi spełniać. Zapewnia, że materiały zaprojektowane do biodegradacji w środowiskach morskich robią to w akceptowalnych terminach i nie uwalniają potencjalnie toksycznych dodatków, takich jak barwniki czy plastyfikatory.
Opierając się na ASTM D6691, protokół ten określa szybkość i stopień biodegradacji tlenowej materiałów (eksperymentalne podłoże) w naturalnej wodzie morskiej i rozszerza pozytywne kontrole materiałów (np. celuloza, papier Kraft, chityna/chitosan), które historycznie wykazują biodegradowalność w środowisku morskim 7,9,10. Celem tej metody jest przesiewanie materiałów w optymalnych warunkach, aby sprawdzić, czy materiały ulegają biodegradacji w środowisku morskim. Inokulum wykorzystuje naturalną społeczność mikroorganizmów obecną w wodzie morskiej, zbieraną zgodnie ze szczególnymi wytycznymi zawartymi w ASTM. Wytyczne te podkreślają wykorzystanie wody morskiej o zasoleniu około 32, zbieranej z miejsca wolnego od zanieczyszczeń, takich jak ścieki, zrzuty chemiczne czy wycieki ropy. Test wykorzystuje zautomatyzowany respirometr zamkniętej pętli z naczyniami reaktorowymi o pojemności 250 mL utrzymywanymi w temperaturze 30 °C, z których każdy zawiera 75 mL wody morskiej i ~20 mg eksperymentalnego lub kontrolnego substratu8. Mineralizacja (biodegradacja) wyraża się jako procent netto wyprodukowanego biogazu węglowego (CO2-C) w stosunku do początkowej masy dodanego węgla. Ta metoda nie uwzględnia asymilacji węgla do biomasy mikroorganizmów.

<table><tbody><tr><td>0,2 & mikro; m, 47 mm filtr z octanem celulozy</td><td>Geotech Geofilter</td><td>83100056</td><td>Filtruj wodę morską</td></tr><tr><td>100 mL pipeta wolumetryczna</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>13-650-2U</td><td>Klasa A; wypłukany kwasem i spłukany wodą dejonizowaną</td></tr><tr><td>Szklane zlewki 100-600 mL</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>50-194-5690</td><td>Klasa A; wypłukany kwasem i spłukany wodą dejonizowaną</td></tr><tr><td>Kule frezujące 20 mm</td><td>Retsch</td><td>53680062</td><td>Stal nierdzewna. Stosowany z mieleniem do mielenia polimerów kriogenicznie</td></tr><tr><td>50 mL słoje do mielenia</td><td>Retsch</td><td>14620216</td><td>Stal nierdzewna. Stosowany z kulami mielącymi Mixer Mill 400 oraz 20 mm do kriogenicznego mielenia polimeru</td></tr><tr><td>75 mL pipeta wolumetryczna</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>13-650-2T</td><td>Klasa A; wypłukany kwasem i spłukany wodą dejonizowaną</td></tr><tr><td>Pompa powietrza i system bąbelkowania</td><td>Tetra</td><td>77846</td><td>Napowietrzaj wodę morską podczas równowagi przed inkubacją</td></tr><tr><td>Folia aluminiowa</td><td>Fisherbrand</td><td>01-213-100</td><td>Osłona do autoclavu i czystego przechowywania</td></tr><tr><td>Chlorek amonu (NH4Cl)</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisher Chemical</td><td>A661-500</td><td>Skok składników odżywczych w wodzie morskiej</td></tr><tr><td>Bilans analityczny</td><td>Mettler</td><td>AT201</td><td>Do ważenia podłoży eksperymentalnych i kontrolnych</td></tr><tr><td>Autoklaw</td><td>Tuttnauer</td><td>MFI-TTN-3870EA</td><td>Sterylizacja naczyń i zespołów pokrywek</td></tr><tr><td>Bazowy Micro-Oxymax 120VAC jednokanałowy</td><td>Columbus Instruments</td><td>0135-8000</td><td>Używany do przechowywania dodatniej kontroli i polimerów</td></tr><tr><td>Gaz kalibracyjny</td><td>Airgas</td><td>X03NI92P3000001</td><td>Podstawowe standardowe mieszanki gazów; 2,7% dwutlenku węgla, 4,5% metanu – równoważą azot</td></tr><tr><td>Monitor komputerowy</td><td>Dell</td><td>210-BMKK</td><td>Monitor hub Dell Pro 24 Plus USB-C. Używany z komputerem do uruchamiania oprogramowania Micro-Oxymax</td></tr><tr><td>Rękawice kriogeniczne</td><td>Thermo Fisher Naukowy, Tempshield, Rękawice Kriogeniczne</td><td>11-394-306</td><td>Używane do pracy z ciekłym azotem</td></tr><tr><td>Termometr tarczowy</td><td>Thermo Fisher Scientific, H-B Instrument Durac</td><td>13-201-433</td><td>Skalibrowany termometr do temperatury wody morskiej w momencie pobierania</td></tr><tr><td>Jednorazowe pipety</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>13-711-7M</td><td>Przepłukaj boki naczynia, aby uwolnić materiał</td></tr><tr><td>ENC52 Obudowa kontrolowana temperaturą i światłem</td><td>Columbus Instruments</td><td>4740-4054</td><td>Utrzymuj temperaturę i warunki oświetleniowe</td></tr><tr><td>Szczypce do kolb</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>S07387</td><td>Używane do obsługi słoików do mielenia w ciekłym azocie</td></tr><tr><td>Kolby, 250 mL</td><td>DWK Nauki o Życiu</td><td>14395-250</td><td>Naczynia reaktora próbkowego</td></tr><tr><td>Fiolki z szklanymi powłokami z zamknięciami typu korek</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>03-339-26D</td><td>Przechowywanie próbek</td></tr><tr><td>Przenośny głębiomierz H22PX</td><td>West Marine, Norcross Marine</td><td>6849368</td><td>Określ głębokość miejsca zbierania wody morskiej</td></tr><tr><td>Przenośny GPS 73</td><td>Garmin</td><td>10-01504-00</td><td>Wykorzystywane do określenia lokalizacji miejsca zbierania wody morskiej</td></tr><tr><td>HDPE Pan</td><td>Thermo Scientific, Nalgene</td><td>13-359-26</td><td>Używany do łukowania kwasowo szkła i wyrobów chemicznych; w roztworze 10% HCl</td></tr><tr><td>Kwas solny (roztwór wody kwaśnej)</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisher Chemical</td><td>A144-212</td><td>Certyfikowany ACS Plus, 36,5 do 38,0%. Kontrola czujników CO2 oraz szkło z wymywaniem kwasem</td></tr><tr><td>Laminarny okap</td><td>Nauka o lotnictwie</td><td>FLOW-48-A</td><td>Minimalizacja zanieczyszczeń unoszących się w powietrzu podczas przygotowania próbki</td></tr><tr><td>Large Niskin; Tylko butelka Beta Plus - 8,2L pozioma, PVC</td><td>Nauka przede wszystkim</td><td>3-1980-H65</td><td>Do zbierania wody morskiej z nabrzeża lub łodzi</td></tr><tr><td>Paska na ciekły azot</td><td>Thermo Fisher Naukowy, Bel Art Magic Touch 2</td><td>11-999-063</td><td>Trzymaj ciekły azot i nbsp;</td></tr><tr><td>Zbiornik do transferu ciekłego azotu, 10 L</td><td>Thermo Scientific</td><td>TY509X2</td><td>Przechowuj i wydawaj ciekły azot do kriomłynowania</td></tr><tr><td>Ciekły azot, przemysłowy, 22 PSI</td><td>Airgas</td><td>NI 180LT22</td><td>Wykorzystywane do kruchości i mielenia polimerów</td></tr><tr><td>Mechaniczny potrząsacz sita</td><td>Humbolt, Grainger</td><td>5DPL6</td><td>Analiza sitowa dla rozkładu rozmiarów cząstek</td></tr><tr><td>Micro-Oxymax &nbsp;</td><td>Columbus Instrumentts</td><td>7395-113-D64</td><td>Silikonowa szczelka o-ring, metalowy port z 3 złączkami oraz nakrętką GL45 &nbsp;</td></tr><tr><td>Interfejs rozszerzający Micro-Oxymax 10 kanałów</td><td>Columbus Instruments</td><td>0135-8101</td><td>Komponent systemu respirometrycznego</td></tr><tr><td>Mikro-Oxymax Respirometr (czujnik CO2)</td><td>Columbus Instruments</td><td>0135-8403</td><td>Niedyspersyjna podczerwień</td></tr><tr><td>Młyn mieszający 400</td><td>Retsch</td><td>207450001</td><td>Młyn mieszający 400. Wykorzystywane do kriogenicznego mielenia polimerów</td></tr><tr><td>Zmotoryzowany kontroler pipety</td><td>Eppendorf</td><td>4430000018</td><td>Transfer wody morskiej do zbiorników reaktora próbkującego</td></tr><tr><td>Bursztynowa butelka laboratoryjna o grubym pysku HDPE o charakterze wąskim usta, 1 L</td><td>Thermo Scientific, Nalgene</td><td>02-923-5</td><td>Dyskretna próbka wody morskiej z całej wody</td></tr><tr><td>Siatka nylonowa 20 mikronów</td><td>ELKO Filtering Co.</td><td>41718</td><td>Używany do przesiewania surowej wody morskiej w celu usunięcia większych, niejednorodnych cząstek</td></tr><tr><td>Otwarta orbitalna potrząsaczka</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>SK4000</td><td>Utrzymanie ruchu orbitalnego zbiorników reaktora podczas inkubacji</td></tr><tr><td>Komputer OptiPlex 5090 o małej formie</td><td>Dell</td><td>C0SL03</td><td>Komputer Desktom używany do uruchamiania oprogramowania Micro-Oxymax&nbsp;</td></tr><tr><td>Miernik pH/Cond</td><td>Mettler Toledo, SevenExcellence S470-Basic</td><td>30046252</td><td>Miernik pH i przewodności stołowej do pomiaru początkowego i ostatecznego inokulum wody morskiej</td></tr><tr><td>Butelka polietylenowa, 60 mL</td><td>Qorpak</td><td>PLC-03564</td><td>Dyskretna próbka wody morskiej z filtrem</td></tr><tr><td>Fosforan potasu monozasadowy (KH2(PO4))</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisher BioReagents</td><td>BP362-500</td><td>Skok składników odżywczych w wodzie morskiej</td></tr><tr><td>Precyzyjna równowaga</td><td>Sartorius</td><td>Practum2102-1S</td><td>Do ważenia tary i całej masy naczyń</td></tr><tr><td>Okrągły baloner, 20 l</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>02961A</td><td>Ługowanie kwasem do magazynowania wody morskiej</td></tr><tr><td>Gogle ochronne</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>19-181-513</td><td></td></tr><tr><td>Scoopula</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand, Scoopula</td><td>01-257-567</td><td>Stalowa łopatka laboratoryjna</td></tr><tr><td>Sita</td><td>Advantech, Grainger</td><td>40PR18-40PR55</td><td>Stalowe sita. Liczba i rozmiary sit zależą od testowanego materiału.</td></tr><tr><td>Celuloza Sigmacell, typ 101</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>435236-250G</td><td>Proszek, podłoże z dodatnim kontrolowaniem</td></tr><tr><td>Wodorowęglan sodu</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisher Chemical</td><td>S233-500</td><td>Sprawdzenie czujnika CO2</td></tr><tr><td>Siarczyn sodu, bezwodni, 98%</td><td>Thermo Fisher Naukowe, Termonaukowe Chemikalia</td><td>AAA1793336</td><td>Sprawdzenie czujnika CO2</td></tr><tr><td>Termometr/sonda termistorowa</td><td>Fisherbrand</td><td>15-079-700</td><td>Sprawdź temperaturę inkubatora</td></tr><tr><td>Barometr precyzyjny z tarczą śledzenia</td><td>Fisherbrand</td><td>14-648-51</td><td>Rekordowe ciśnienie atmosferyczne na początku eksperymentu</td></tr><tr><td>Victor Medium Duty Hydrogen, Metan Dwustopniowy Regulator, CGA - 350</td><td>AirGas</td><td>VIC0781-3559</td><td>Regulator gazu kalibracyjnego &nbsp;</td></tr><tr><td>Kolby objętościowe, 2 L</td><td>Thermo Fisher Scientific, Fisherbrand</td><td>FB4002000</td><td>Klasa A; kwas wypłukiwał i spłukiwał wodą dejonizowaną. Używana do przygotowywania wody morskiej z dodatkiem odżywczym.</td></tr><tr><td>Wagi</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>02-202-101</td><td>Polietylen</td></tr></tbody></table>

badania biodegradacji tlenowej materiałów z użyciem naturalnego inokulum morskiego i zamkniętego respirometru

Aerobic Biodegradation Testing of Materials Using a Natural Marine Seawater Inoculum and Closed Loop Respirometer

Właściwa ocena materiałów biodegradowalnych zależy od szerokiego zastosowania standardowych metod testowania. Chociaż takie metody istnieją, zdolności testowe pozostają ograniczone, ograniczone kosztami oraz czasem uruchomienia nowych laboratoriów. Ten zmodyfikowany protokół przesiewowy opiera się na normie ASTM International D6691-24a, Standardowej Metodzie Testowania Tlenowej Biodegradacji Materiałów Plastikowych w środowisku morskim przez zdefiniowane konsorcjum mikroorganizmów lub naturalne inokulum wody morskiej. Ocenia biodegradację materiałów w środowisku morskim, porównując wyniki z pozytywnymi i negatywnymi kontrolami, oraz wykorzystuje naturalne inokulum wody morskiej wzbogacone amonem i fosforanem, aby zapobiec ograniczeniom składników odżywczych. Materiały są wystawione na działanie tej bogatej w składniki odżywcze wody morskiej i inkubowane w temperaturze 30 °C. Respirometr Micro-Oxymax mierzy produkcję biogazu (dwutlenku węgla,CO2) w czasie. Stopień mineralizacji (biodegradacji) określa się poprzez obliczenie proporcji węgla pochodzącego z materiału przekształconego w biogaz-węgiel. Procent produkcjiCO2 , wyrażony jako ułamek zmierzonej lub teoretycznej zawartości węgla, jest podawany jako funkcja czasu. System respirometrii zamkniętej pętli obsługuje różne zbiorniki reaktorowe, przygotowane w trzech kopiach dla każdego materiału: kontrolę ujemną (tylko inokulum wody morskiej) oraz kontrolę dodatnią (chromatografia cienkowarstwowa celuloza). Ta metoda jest ważna do oceny materiałów w środowisku morskim i pomaga zapobiegać globalnemu zanieczyszczeniu.

Przedstawiono wyniki testów biodegradacji morskiej. Biodegradację oceniono dla każdej próbki, mierząc proporcję węgla przekształconego w dwutlenek węgla. Wykresy rozkładu skumulatywnego, szybkościowego i procentowego zazwyczaj wykazują fazę opóźnienia, następnie fazę wzrostu, a ostatecznie plateau. Czas i wielkość tych faz zależą od materiału próbki, warunków eksperymentalnych oraz składu inokulum wody morskiej.
Woda morska zbierana przez cały rok z zatoki umiarkowanej wykazuje zmienność w skł...

Protokół opisuje standardową procedurę operacyjną testowania potencjalnie biodegradowalnych materiałów zarówno syntetycznych, jak i naturalnych, w warunkach aerobowych, z użyciem naturalnego inokulum wody morskiej oraz zautomatyzowanego systemu zamkniętej respirometrii.

Badania biodegradacji tlenowej materiałów z użyciem naturalnego inokulum morskiego i zamkniętego respirometru

Proper assessment of biodegradable materials depends on the wide adoption of standard test methods. Although such methods exist, testing capacity remains ...

Nasze badania ilościowo określają tempo biodegradacji tlenowej oraz poziom naturalnych materiałów w środowisku morskim, wykorzystując naturalne inokulum wody morskiej do porównania danych. Obecne wyzwania eksperymentalne obejmują ograniczone możliwości testowania oraz brak infrastruktury odpowiadającej rosnącemu zapotrzebowaniu na badania biodegradacji, przy jednoczesnym zapewnieniu jednolitych i przejrzystych metod we wszystkich laboratoriach. Na początek zbierz od 10 do 20 litrów wody morskiej do 20-litrowego balonu wyłukowanego kwasem, używając dużej butelki Niskin.Przetransportuj wypełniony balon z powrotem do laboratorium. Przelej jeden litr całej wody morskiej z balony do butelki bursztynowej HDPE o pojemności jednego litra z wyłukowaniem kwasem do analizy cząstek węglowych i azotu. Przefiltruj go przez 0,2-mikrometrową, niskoazotową, celulozową membranę octanową.Teraz napełnij kolbę o pojemności jednego, dwóch lub czterech litrów do połowy wodą morską. Jeśli woda morska zawiera materię organiczną o wysokiej zawartości cząstek, przesij ją przez siatkę o średnicy 20 mikrometrów, aby usunąć duże, niejednorodne cząstki. Następnie pobierz 60 mililitrów filtratu do butelki z polietylenu ługowanej kwasem do analizy rozpuszczonego azotu i fosforu.Luźno zakryj otwór balona, aby umożliwić warunki aerobowe. Przechowuj w ciemności w temperaturze 30 stopni Celsjusza do siedmiu dni. Następnie umieść 10 do 15 gramów eksperymentalnego podłoża w słoiku do frezowania ze stali nierdzewnej o pojemności 50 mililitrów.Z kulą ze stali 20 mm. Zanurz słoik do mielenia w ciekłym azocie na 15 minut, aby go złamał. Przymocuj słoik do frezowania w załączniku do młyna kulowego.Następnie ustaw instrument na 30 herców i dwie minuty i 30 sekund, i naciśnij start. Przeprowadz mielenie cztery razy, z 30 sekundami chłodzenia w ciekłym azocie między cyklami. Przed rozpoczęciem testu zmielić podłoże do jednolitego rozmiaru cząstek od 0,10 do 0,25 milimetra.Używając precyzyjnej wagi o czułości 0,001 grama, odważ 0,5 grama chlorku amonu na litr i 0,1 grama na litr monozasadowego fosforanu potasu. Dodaj nieorganiczne składniki odżywcze do kolbyki. Zdobądź objętość do znakowania wodą morską.Następnie wrzuć do środka i mieszać na tacyce, aż wszystkie sole się rozpuszczą. Na wadze analitycznej odważ 20 miligramów podłoża eksperymentalnego lub kontrolnego. Zapisz pełną wagę odczytu i odłóż fiolkę na bok.Aby ustawić zbiorniki reaktorowe, użyj kwas wyługowanej pipety wolumetrycznej o pojemności 75 mililitrów z mechanicznym kontrolerem pipety i wciągaj wodę morską, aby wydać 75 mililitrów wody morskiej uzupełnionej składnikami odżywczymi do każdego zbiornika reaktora. Usuń około trzech mililitrów wody morskiej z każdego statku. Następnie umieść ją na czystej powierzchni obok naczynia, aby spłukać zmielone podłoże z rozdartej fiolki.Następnie przenieś zmielone podłoże do odpowiedniego zbiornika reaktora z rozerwanej fiolki. Załóż uszczelkę O na krawędzi naczynia reaktora. Następnie załóż dwukanałową pokrywkę na uszczelkę O-ring i zabezpiecz ją śrubką.Podłącz każdy zbiornik reaktora do odpowiadających mu linii gazowych lub kondensacyjnej. Mocno włóż przewody gazowe do odpowiednich portów wlotowych i wylotowych pokrywy. Włącz platformę wstrząsającą na 0,05G w trybie ciągłym.Sprawdź wzrokowo, czy wszystkie naczynia są zabezpieczone, a następnie zamknij drzwi inkubatora. W oprogramowaniu instrumentów przejdź do Eksperyment i kliknij Konfiguracja. Wprowadź numery kanałów startowych i końcowych z rozwijanych menu odpowiadających zajętym kanałom.Ustaw próg odświeżania na 0,50. Odśwież interwał do NA i odśwież okno na Auto. Następnie zaznacz opcję czujników czyszczenia w Różne konfiguracje.Upewnij się, że nie wybrano automatycznego pomiaru objętości, dodatniego poboru tlenu oraz trybu otwartego przepływu. Ustaw interwał próbek na 8.00. Następnie ustaw jednostki gazu i czasu według potrzeb.Jeśli używasz pierwotnej sondy temperatury do korekcji temperatury inkubacji, upewnij się, że nie jest wybrana opcja "Ręcznie wprowadź temperatury komory". Zaznacz opcję Wentylacja i upewnij się, że nie jest wybrany tryb odpływu. Teraz wybierz Chamber Setup i wpisz opisowe etykiety kanałów.Jeśli wskaże się wyciek, upewnij się, że uszczelka O-ring jest czysta, osadzona i wolna od cząstek czy włókien. Dokręć nakrętkę. Sprawdź połączenia rur na wlocie i wylocie.Przycinaj zużyte lub zdeformowane końce rur ostrym ostrzem, aby uzyskać czyste cięcia. W menu wybierz Narzędzia, następnie kliknij Menu Serwis i popewnij, że główna sonda temperatury mierzy 30 stopni Celsjusza z dwoma wahaniami stopni i jest stabilna. Kliknij Run, aby rozpocząć eksperyment.Zapisz plik eksperymentu pod opisową nazwą, wraz z datą, i zapisz nazwę pliku w arkuszu danych. Skumulowana produkcja dwutlenku węgla w ciągu 84 dni potwierdziła oczekiwane wyniki. W ciągu 84 dni celuloza wykazała szybką produkcję dwutlenku węgla po krótkim opóźnieniu i osiągnęła około 700 mikromolów.PHA wykazało wolniejsze początkowe tempo w ciągu trzech dni. Kontrola wody morskiej pozostała niska, wynosiła 150 mikromolów. Pojedyncze replikacje z negatywną kontrolą wykazały niską zmienność, przy czym wszystkie krzywe pozostawały blisko siebie.Replikacje z kontrolą celulozową wykazywały konsekwentnie niską zmienność, potwierdzając stabilną wydajność we wszystkich czterech replikacjach. W zbiorze danych z negatywnym wynikiem, replika piąta wykazała anomalny wzrost tempa produkcji dwutlenku węgla, prawdopodobnie spowodowany przez zmienną materię organiczną, ale jego skumulowana produkcja zaczęła się stabilizować przy 100 mikromolach. Repliki jedna na sześć miała niższą skumulowaną produkcję dwutlenku węgla w porównaniu z innymi, co sugeruje potencjalne problemy techniczne.Standardowy błąd średniej skumulowanej produkcji dwutlenku węgla w kontroli ujemnej wyniósł 2,5%, co wskazuje na niską zmienność między replikacjami. Błąd standardowy dla pozytywnej kontroli celulozy wyniósł 0,83%, co dodatkowo potwierdza wysoką powtarzalność testu biodegradacji. PHA charakteryzuje się wysoką mineralizacją bliską dodatniej kontroli z błędem standardowym porównywalnym do kontroli.Protokół ten rozwiązuje lukę w ustandaryzowanych, dostępnych metodach monitorowania biodegradowalności materiałów w środowisku morskim dla przemysłu, środowiska akademickiego i organów regulacyjnych. Protokół zapewnia szybszy, ustandaryzowany sposób bezpośredniego pomiaru tej biodegradacji, z krótszym czasem testu podczas jednoczesnej oceny próbki. Protokół umożliwia wysokoprzepustowe standaryzowane testy porównywalności materiałów i laboratoriów dla uczenia maszynowego oraz modelowania predykcyjnego wydajności materiałów.

aerobic-biodegradation-testing-materials-using-natural-marine

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Laboratoryjne bioreaktory do fermentacji beztlenowej umożliwiają naukowcom badanie nowych metod optymalizacji istniejących zastosowań biotechnologii beztlenowej oraz ocenę potencjału produkcji metanu z różnych odpadów organicznych. Niniejszy artykuł przedstawia uogólniony model konstrukcji, zaszczepiania, eksploatacji i monitorowania laboratoryjnego bioreaktora beztlenowego z ciągłym mieszaniem.

Reaktor beztlenowego trawienia z ciągłym mieszaniem do konwersji odpadów organicznych w biogaz: konfiguracja systemu i podstawowa eksploatacja

Źródło: Villela, H. D. M. i in. Poszukiwanie szczepów mikroorganizmów do bioremediacji oraz rozwój probiotyków do badań i ochrony metaorganizmów. J. Vis. Exp. (2019).Ten film pokazuje izolację bakterii morskich degradujących zanieczyszczenia poprzez seryjne rozcieńczanie, selekcję kolonii oraz wzrost w medium zawierającym EE2. Wykorzystując EE2 jako jedyne źródło węgla, protokół identyfikuje szczepy bakterii zdolne do metabolizowania tego zanieczyszczenia środowiska.

Przesiewowe bakterie morskie pod kątem izolacji szczepów degradujących zanieczyszczenia

Źródło: Villela, H. D. M. i in. Poszukiwanie szczepów mikroorganizmów do bioremediacji oraz rozwój probiotyków do badań i ochrony metaorganizmów. J. Vis. Exp. (2019)Ten film demonstruje selektywną izolację bakterii morskich degradujących ropę poprzez wzbogacanie próbek wody morskiej na nośnikach olejowych, co umożliwia odzyskiwanie czystych szczepów z potencjalnymi zastosowaniami w bioremediacji ropy naftowej i oczyszczaniu środowiska.

Selektywne wzbogacanie i izolacja bakterii morskich degradujących ropę z próbek wody morskiej

Mikrobiologiczna redukcja siarczanów jest procesem o wielkim znaczeniu w biotechnologii środowiskowej. Powodzenie reaktorów sulfidogennych zależy m.in. od składu mikrobiologicznego osadu. W tym miejscu przedstawiamy protokół zagospodarowania osadu sulfidogennego z osadów kominów hydrotermalnych w reaktorze UASB do celów odchlorowania redukcyjnego.

Opracowanie osadu sulfidogennego z osadów morskich i redukcja trichloroetylenu w reaktorze z przepływem atmosferycznym z przepływem atmosferycznym

Zanieczyszczenie wpływa na wszystkie biomy. Szczególnie ucierpiały środowiska morskie, zwłaszcza rafy koralowe, jeden z najbardziej wrażliwych ekosystemów na Ziemi. Bioremediacja to zdolność organizmów do rozkładu zanieczyszczeń. W tym miejscu opisujemy metodologie izolowania i testowania drobnoustrojów prezentujących zdolność bioremediacji i potencjalne cechy probiotyczne dla koralowców.

Poszukiwanie szczepów drobnoustrojów do bioremediacji i rozwoju probiotyków do badań i ochrony metaorganizmów

Ten protokół przedstawia metodę oceny szybkości żerowania skorupiaka drążącego drewno, Limnoria, poprzez pomiar produkcji granulek kałowych. Metoda ta jest przeznaczona do stosowania w laboratoriach niespecjalistycznych i może zostać włączona do standardowych protokołów testowych w celu oceny zwiększonej trwałości drewna w warunkach morskich.

Szybkie badania odporności drewna na biodegradację przez skorupiaki morskie

Tutaj prezentujemy protokół badania różnorodności biologicznej gleby w poszukiwaniu szczepów grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów. Najpierw izoluje się szczepy grzybów, które mogą rosnąć na kwasach humusowych lub lignocelulozie. Ich aktywność jest następnie testowana zarówno w testach enzymatycznych, jak i na zanieczyszczeniach, takich jak węglowodory i tworzywa sztuczne.

Izolacja i badania przesiewowe pod kątem różnorodności biologicznej gleby pod kątem grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów

Ten protokół opisuje budowę i działanie systemu mikro-respirometrii, który może być wykorzystany do zbadania fizjologicznych cech holobiontu koralowca.

Fizjologiczna charakterystyka holobionta koralowca przy użyciu nowego narzędzia do mikrorespirometrii

Zanieczyszczenie powietrza wpływa na jakość życia wszystkich organizmów. W tym miejscu opisujemy zastosowanie biotechnologii mikroalg do oczyszczania biogazu (jednoczesne usuwanie dwutlenku węgla i siarkowodoru) oraz produkcji biometanu poprzez półprzemysłowe otwarte stawy glonów o wysokiej szybkości, a następnie analizę skuteczności oczyszczania, pH, rozpuszczonego tlenu i wzrostu mikroalg.

Oczyszczanie biogazu poprzez zastosowanie systemu mikroalgo-bakteryjnego w półprzemysłowych stawach z glonami o wysokiej zawartości

Tematem tego artykułu jest szczegółowe opisanie najlepszych praktyk tworzenia pożywek dla wymagających mikroorganizmów beztlenowych pozyskanych ze środowiska. Metody te pomagają w zarządzaniu kulturami beztlenowymi i mogą być stosowane do wspomagania wzrostu nieuchwytnych mikroorganizmów niehodowlanych, "mikrobiologicznej ciemnej materii".

Zestaw symulowanych formatów pożywek opartych na informacjach in situ do hodowli mikroorganizmów beztlenowych nabytych w środowisku

Ten protokół opisuje najlepszą praktykę określania produkcji metanu i parametrów kinetycznych mikroorganizmów za pomocą respirometrii dla mikrobioty beztlenowej, współtrawienia odpadów spożywczych i osadu aktywowanego odpadami.

Pomiar potencjału biometanowego odpadów spożywczych beztlenowo współtrawionych z osadem aktywowanym odpadami za pomocą respirometrii

Poznaj metodę oceny biodegradacji tlenowej materiałów w środowisku morskim z użyciem naturalnego inokulum i zamkniętego respirometru. Protokół umożliwia standaryzację badań i porównywalność wyników.

Badania biodegradacji tlenowej materiałów z użyciem naturalnego inokulum morskiego i zamkniętego respirometru

Przeglądaj więcej filmów