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フレキシブル金チタン反応細胞を用いて、地下バイオマイニングのコンテキストにおける圧力依存微生物活性をシミュレート
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Summary October 5th, 2019
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このプロトコルは、そのサイトバイオマイニングプロセスで研究する高圧下での微生物実験について説明する。実験的アプローチは、酸性の鉄分が豊富な培地に微生物培養を含む金チタン反応細胞を搭載した揺れる高圧反応器を採用しています。
Transcript
バイオマイニングは、酸性菌の助けを借りて金属硫化物を溶解することによって、岩石から銅および他の圧力金属を抽出するために適用されたバイオリーチングを記述する。例えば、銅は、硫化物を溶解することによってこの細菌と一緒に抽出することができるクーパシェファオレである。硫酸銅は、次いで銅を容易に抽出できる溶液から生成される。
その場でバイオマイニングは、地下やオープンピットでの発掘や採掘活動を必要とせずに細菌の助けを借りて金属の抽出です。代わりに、鉄分が豊富な酸性溶液が岩石形成中にポンピングされ、金属硫化物が溶解し、金属が豊富な溶液が金属を抽出できる表面に戻されます。この特定の実験では、深い形成の条件をシミュレートする高圧原子炉細胞があります。
細菌は、硫黄化合物の酸化と相まって鉄還元に関連する細菌とその活性を研究しており、特に細胞が高圧下でどのように活性であるか、そしてその速度が圧力下でどのように変化しているかを調べることに興味があります。実験では、ここに描かれているもののように高圧反応器を使用することができ、最大350バールの圧力条件をシミュレートすることができます。高圧反応器の底部は、微生物培養液を含む液体試料を含むことができる原子炉容器で構成されています。
原子炉の頭部は安全処置および監視センサーのための接続の多様な配列を提供する。例えば、反応器内の温度または圧力。ほとんどの高圧反応器はステンレス鋼で作られる。
この材料は高いレジリエンスおよびよい機械化の特性を提供する。しかし、酸性または高減水性溶液の実験のような特定の用途では、ステンレス鋼表面の耐食性が十分でない場合があります。これを回避する1つの方法は、原子炉容器にライナーを挿入することです。
ここでは、テフロンから作られたライナー。テフロンは耐食性が高いが、オートクレーブによって殺菌することができず、鉄の表面に沈殿する可能性があるため、汚染のリスクが高い。使用できるもう一つのライナー材料は、石英ガラスです。
それは、洗浄が容易であり、オートクレーブ処理によって殺菌することができ、そして、ライナー材料がステンレス製の原子炉壁とのサンプルの望ましくない反応を防ぐのに役立つにもかかわらず、酸性または還元水溶液の影響を受けにくい、いくつかの問題が残る。腐食性ガス(例えば硫化水素)が形成された場合、このガスはライナーの上に座っている原子炉ヘッドの表面と反応する可能性があります。もう一つの欠点は、圧力を変えずに反応器からサンプルを引き出すことのできない点である。
これらの制限を克服するために、特殊な反応セル、チタンヘッド付きのフレキシブルゴールドバッグを使用しました。金表面は酸性または還元溶液およびガスに対して耐食性がある。チタン表面も非常に不活性です。
連続した二酸化チタン層を形成する場合、ここでは濃い青色で見える。サンプリング中、金袋はボリュームが縮小しています。金袋の量は、鋭いキンクやエッジの形成を防ぐために50%以上減少させるべきではありません。
ここに示す部分は、金袋実験の内部設定の個々の部分です。一つは、下から上に、柔軟な金袋反応セル、チタンシールシステム、チタンヘッド、ワッシャー、および圧縮太字リングからなる、サンプリングチューブとバルブが動作モード中に反応セルにアクセスするために見ることができます。次に、サンプルを金チタン反応セルに移します。
まず、空のチャンバーを開いてロックを解除し、すべてのインバウンド材料を可動トレイにロードします。フロントカバーを閉じてロックします。抗チャンバーの避難後、手袋のペアを着用し、内側のカバーに最も近い取得します。
インナーカバーのロックを解除して開き、可動トレイからインバウンド素材を取り外します。きれいな金の袋を包み込み、スタンドを固定します。細菌培養液と元素硫黄の100mLを含む血清瓶を開きます。
血清瓶を軽く振り、細菌培養物を金袋に移します。組み立てチューブ付きのチタンヘッドを、金袋のチタンカバーに挿入します。次に、チタンサンプリングチューブ上にワッシャーと圧縮太字リングをスライドさせます。
6つのエルムネジを同じ程度に締め、チタンカバーの金袋の最上縁にチタンハットの均等な圧力分布を確保します。金チタン反応セルのシール面です。チタンチューブ上部にサンプリングバルブを再取り付けします。
接続ハンドをしっかりと締めます。その後、必ずバルブを閉じてください。現在、高圧原子炉のコアピースは完全に組み立てられ、原子炉帽子に取り付けることができます。
今、高圧原子炉の設置が行うことができます。これは、サンプリングバルブが原子炉ヘッドのスクリューシールを通してチューブを得るために取り外されなければならないので、サンプリング管のオープンエンドが周囲の大気に非常に短い露出と来る。サンプリングバルブとネジをサンプリングチューブから取り外すのをやめます。
チューブをリアクターヘッドに通し、大きなネジをチューブの上にスライドさせて、小さなカバーを固定します。反応セルアセンブリはリアクターヘッドを通ってスライドすることができず、両手はサンプリングバルブを自由に取り付け直します。ベンチの悪徳から原子炉の頭部を取り外して、原子炉容器に取り付けます。
熱カップルを含む原子炉ヘッドは、金袋や熱カップルを損傷しないように、原子炉容器に慎重に配置する必要があります。最後に、分割リングと圧縮ボルトを取り付けた堅牢なカバーを、原子炉の頭部と容器の周りに固定して、システムを適切に密封します。高圧原子炉は、潜在的な傷害、特に指の打撲傷を避けるために、ロッキング装置に慎重に取り付けられています。
高圧の原子炉はねじの対の上に滑る2つのクランプによって固定される。ワッシャーとスクリューナットはクランプを所定の位置に保持します。熱結合と圧力センサの制御ユニットを接続します。
その内容が表面を加熱するのを防ぐ一方で、揺れる動きのためにワイヤの十分な長さを確保することが重要です。最後に、反応器容器の上に発熱体をスライドさせ、スクリューロックを締めます。システムを加圧する水は、高圧ポンプによって貯留槽から取られる。
それは高圧の原子炉にステンレス鋼の毛細血管を通して移される。高圧反応器の揺動は、反応セルの完全な混合を保証する。たとえば、その中のガス、流体、および/または固体相の。
低速の揺れ速度は、速く動く固体によって、または高温での柔軟な金に重力の影響による形成によって金袋の損傷を防ぐために重要である。私たちのシステムは、180度に近いインジケータ上の緑と黄色のマークの角度で回転することができます。実験パラメータはソフトウェアによって同時に記録されます。
サンプルを採取するために、5ミリリットルのシリンジを高圧反応器の上部にあるサンプリングバルブの小さなロックインターフェースに取り付けます。バルブを慎重に開けます。液体サンプルは、反応セル内の過圧によって自動的にシリンジに押し込まれます。
サンプルの体積が1ミリリットルに達した後、バルブを閉じます。注射器を取り外します。注射器中のサンプルは、すぐに2ミリリットルのチューブに移され、さらなる処理が行われます。
反応細胞における鉄鉄の鉄への微生物還元の定量は、フォトメトリック解析により達成される。紫色の濃度依存性鉄錯体を含む一連の鉄標準溶液と標識鉄フェロセンは、校正剤として機能する。特殊な金チタン反応セルを用いた高圧反応器実験の結果、細菌が硫黄や鉄鉄を鉄に酸化し、圧力に大きな影響を与えることを示しています。
図では、22日間にわたる鉄濃度の増加が、1つの棒と100棒の圧力で行われた実験に対して示されている。1つの棒と100棒で、およそ31ミリモルと13ミリモルの鉄鉄がアッセイでそれぞれ検出された。これは、微生物細胞が100バールでも活性であったが、鉄鉄の還元活性が高圧で有意に低いことを明らかに示している。
走査型電子顕微鏡画像は、低圧・高圧で実験中に成長する棒状の細胞を示しています。セイフリードと1979年に同僚が開発した柔軟な金チタン反応セルは、腐食性ガスや流体との反応を含め、多様な科学的調査に使用される可能性を秘めています。1つのアプリケーションは、高圧および温度での鉄とガスの溶解度の決定である可能性があります。
もう一つは、石油とガスの形成中に起こっている反応の決定かもしれません。そして3つ目は、ここでの研究と同様に、圧力と温度の上昇での微生物反応を調査する可能性があります。
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