Extração por sonicação de biomarcadores lipídicos de sedimentos

O primeiro passo na paleoclimatologia é coletar ou extrair os biomarcadores do sedimento em que são encontrados. As amostras ambientais são compostas de componentes não orgânicos, como minerais, água e metais, e componentes orgânicos que são criados por organismos vivos na área. Antes que esses componentes orgânicos possam ser usados pelos cientistas para elucidar informações sobre o passado, eles devem ser removidos de seu ambiente. A sonicação, que utiliza ondas ultrassônicas, é a mais simples e menos dispendiosa dessas técnicas.

Este vídeo faz parte de uma série sobre extração, purificação e análise de lipídios de sedimentos. Ele ilustrará a extração lipídica por ultrassom e apresentará algumas aplicações do método.

Devido à ampla gama de biomarcadores, não existe um único solvente otimizado para extrair todos eles. Isso é resumido pela chamada regra 'semelhante dissolve semelhante', em que moléculas relativamente apolares se dissolvem em solventes apolares, como diclorometano, e moléculas mais polares se dissolvem em solventes mais polares, como metanol. As misturas de solventes para a extração de lipídios específicos ou grupos de lipídios são geralmente otimizadas empiricamente.

Para acelerar a extração e aumentar o rendimento, um sistema de sonicação é usado para aplicar ondas de ultrassom com frequências superiores a 20 kHz, em conjunto com a mistura de solventes. Quando essas ondas entram em contato com a fase orgânica líquida, elas causam a formação de microbolhas de vapores de solvente de curta duração que crescem e colapsam rapidamente. Ao entrar em colapso, essas bolhas liberam uma enorme quantidade de energia como cisalhamento mecânico, facilitando a solubilização lipídica e aumentando drasticamente a eficiência da extração.

Após o processo de extração por solvente assistido por ultrassom, o resultado é uma preparação de extrato bruto, chamada extrato lipídico total, que é submetida a purificação adicional para permitir o exame qualitativo e quantitativo das assinaturas lipídicas. Agora que você entende alguns dos principais princípios por trás da extração de lipídios por sonicação, vamos dar uma olhada em um protocolo de como o procedimento é realizado.

Colete os materiais de amostra necessários em um local escolhido. Alguns exemplos são sedimentos lacustres e marinhos, solos terrestres, culturas microbianas ou folhas de plantas. O material coletado é congelado durante a noite. Em seguida, é liofilizado em um liofilizador por 2 a 3 dias. Esmague e homogeneize as amostras liofilizadas antes da extração com um almofariz e pilão enxaguados com solvente. Para remover contaminantes orgânicos, queime as pipetas, frascos e latas de pesagem de vidro borossilicato necessários em um forno. Depois de deixar o vidro esfriar no forno, enxágue as ferramentas de metal com uma mistura de diclorometano e metanol. Uma vez que a amostra e o vidro são preparados, o procedimento de sonicação pode começar.

A partir desta etapa, todos os recipientes e copos devem ser queimados antes do uso. Coloque a lata de pesagem em uma balança e tara. Enxágue a espátula de laboratório com a mistura de solventes e, em seguida, use-a para transferir uma massa apropriada de amostra liofilizada e homogeneizada para a lata de pesagem e registre a massa. Transfira cuidadosamente a amostra pesada para um frasco rotulado. Usando o frasco de esguicho de DCM:MeOH, adicione o suficiente para que a amostra seja coberta por 1 a 2 cm de solvente e tampe o frasco. Coloque o frasco em uma prateleira à prova d'água, agora pronto para sonicação. Coloque o rack diretamente no banho de sonicação. Verifique se o nível de água no banho de sonicação é profundo o suficiente para submergir os frascos de amostra até o topo do solvente de extração. Sonicar durante 30 minutos à temperatura ambiente. Após a sonicação, remova o rack do sonicador. Deixe os frascos descansarem para permitir que ocorra a sedimentação dos sedimentos.

Remova a fase superior de diclorometano-metanol do frasco de extração usando uma pipeta e um bulbo e transfira para outro frasco pré-pesado e rotulado. Repetir o processo de sonicação um total de três vezes para cada amostra. Recolher os extratos num frasco para injetáveis. Deixe as amostras extraídas secarem em seus frascos, tampas e no capô, coberto frouxamente com um pedaço de papel alumínio. Rotular como «resíduo extraído» e conservar no solvente de extração. Agora que os biomarcadores foram extraídos, eles devem ser purificados antes que a análise possa ocorrer.

A sonicação acelera vários processos de extração de solventes e é amplamente utilizada em estudos geoquímicos. Muitos arqueólogos trabalham com geoquímicos para reconstruir as circunstâncias ambientais e culturais sob as quais as primeiras civilizações humanas viveram. A cerâmica, uma das invenções humanas mais antigas, quando desenterrada, pode conter fósseis moleculares residuais de vinho, arroz ou outros conteúdos que antes eram armazenados nela.

Para desenterrar evidências químicas de substâncias absorvidas nas superfícies, pequenas amostras de cerâmica são sonicadas na presença de solventes orgânicos e os compostos extraídos podem ser posteriormente identificados a jusante por métodos espectroscópicos. Esse tipo de análise ajuda os arqueólogos a detectar os tipos de recursos disponíveis para as populações antigas e reconstruir as condições de seu habitat.

As microalgas fotossintéticas são encontradas em ecossistemas marinhos e de água doce. Por crescerem em meios à base de água do mar e sua cultura ocupar áreas significativamente menores, eles estão sendo amplamente estudados como uma alternativa promissora às plantas terrestres para a produção de biocombustíveis.

Para extrair lipídios de uma biomassa de microalgas, esses pesquisadores descrevem uma extração de solvente assistida por sonicação. A cavitação acústica durante a sonicação interrompe efetivamente as paredes celulares rígidas das microalgas para liberar lipídios. Tais técnicas auxiliam na caracterização de novas microalgas do ambiente para a produção de fontes de energia não petrolíferas.

Você acabou de assistir à introdução de JoVE à Extração Assistida por Sonicação de Biomarcadores de Sedimentos. Os vídeos a seguir explicarão como o extrato é purificado para análise.

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