اختبار التحلل البيولوجي الهوائي للمواد باستخدام لقاح مياه البحر البحرية الطبيعية ومقياس التنفس المغلق

تقوم أبحاثنا بقياس معدل التحلل الهوائي ودرجة المواد الطبيعية في البيئة البحرية باستخدام لقاح مياه البحر الطبيعية لمقارنة البيانات. تشمل تحدياتنا التجريبية الحالية محدودية القدرة على الاختبار ونقص البنية التحتية لتلبية الطلب المتزايد على اختبارات التحلل البيولوجي، مع ضمان طرق موحدة وشفافة عبر المختبرات. للبدء، اجمع من 10 إلى 20 لترا من ماء البحر في علبة بسعة 20 لتر متسللة بحمض باستخدام زجاجة نيسكين كبيرة.

انقل العلبة المملوءة إلى المختبر. انقل لطارا واحدا من ماء البحر الكامل من الكربون إلى زجاجة HDPE كهرمانية سعة لتر واحد متسللة بحمض لتحليل جزيئات الكربون والنيتروجين. قم بتصفيته عبر غشاء أسيتات السليلوز منخفض النيتروجين بحجم 0.2 ميكرومتر.

الآن، املأ قارورة حجمية سعة لتر واحد أو اثنين أو أربعة لترات نصف بمياه البحر. إذا كان ماء البحر يحتوي على مادة عضوية عالية الجسيمات، قم بغربالها عبر شبكة بحجم 20 ميكرومتر لإزالة الجسيمات الكبيرة غير المتجانسة. ثم اجمع 60 مليلتر من الترشيح في زجاجة بولي إيثيلين متسللة بحمض لتحليل النيتروجين والفوسفور غير العضوية والعضوية المذابة.

غط فتحة الكاربوي بشكل فضفاض للسماح بظروف هوائية. خزنها في الظلام عند 30 درجة مئوية لمدة تصل إلى سبعة أيام. بعد ذلك، ضع 10 إلى 15 جراما من الركيزة التجريبية في جرة طحن من الفولاذ المقاوم للصدأ بسعة 50 ملليتر.

بكرة فولاذية عيار 20 ملم. اغمر جرة الطحن في النيتروجين السائل لمدة 15 دقيقة لتصبح هشة. ثبت جرة الطحن في ملحق مطحنة الكرة.

ثم ضبط الجهاز على 30 هرتز ودقيقتين و30 ثانية، ثم اضغط ابدأ. قم بالطحن أربع مرات مع 30 ثانية من التبريد في النيتروجين السائل بين كل دورة. قم بطحن الركيزة إلى حجم جسيمات موحد بين 0.10 و0.25 مليمتر قبل بدء الاختبار.

باستخدام توازن دقيق بحساسية 0.001 جرام، قم بوزن 0.5 جرام لكل لتر من كلوريد الأمونيوم و0.1 جرام لكل لتر من فوسفات البوتاسيوم أحادي القاعدة. أضف العناصر الغذائية غير العضوية إلى القارورة. ارفع الصوت ليتم تحديد العلامة باستخدام ماء البحر.

ثم ضعها في بار التحريك وحركه على طبق التحريك حتى تذوب جميع الأملاح. على أساس تحليلي، قم بوزن 20 ملغ من الركيزة التجريبية أو الضابطة. سجل الوزن الكامل للقراءة وضع القارورة جانبا.

لإعداد أوعية المفاعل، استخدم ماصة حجمية بحجم 75 ملليتر متسللة بحمض مع وحدة تحكم ماصة آلية واستنشق مياه البحر لتوزيع 75 ملليتر من مياه البحر المغذية في كل وعاء مفاعل. قم بإزالة حوالي ثلاثة ملليلتر من مياه البحر من كل سفينة. ثم يضعها على سطح نظيف بجانب الوعاء لشطف الركيزة المطحونة من القارورة الممزقة.

الآن انقل الركيزة المطحونة إلى وعاء المفاعل المقابل من القارورة الممزقة. ضع حلقة O على حافة وعاء المفاعل. ثم ضع غطاء ذو منفذين فوق حلقة O وتثبيته بغطاء برغي.

اربط كل وعاء مفاعل بخطوط الغاز أو التكثيف المطابقة له. أدخل أنابيب الغاز بإحكام في منافذ المدخل والمخرج المناسبة على الغطاء. قم بتشغيل منصة الهزاز إلى 0.05G في الوضع المستمر.

تحقق بصريا من أن جميع الأوعية مؤمنة، ثم أغلق باب الحاضنة. في برنامج الآلة، انتقل إلى التجربة واضغط على الإعداد. أدخل أرقام القنوات التي تبدأ وتختفي من القوائم المنسدلة التي تتوافق مع القنوات المشغولة.

اضبط عتبة التحديث على 0.50. قم بتحديث الفترة إلى NA وتحديث نافذة التحديث إلى Auto. ثم ضع علامة على مربع حساسات التطهير تحت الإعدادات المتنوعة.

تأكد من عدم اختيار القياس التلقائي للحجم، وموجب استهلاك الأكسجين، وتفعيل وضع التدفق المفتوح. اضبط فترة العينة على 8.00. ثم اضبط وحدات الغاز والوقت حسب الحاجة.

إذا كنت تستخدم مسبار درجة حرارة أولي لتصحيح درجة حرارة الحضانة، تأكد من عدم اختيار درجة حرارة الدخول اليدوي إلى الحجرة. حدد مربع وضع التهوية وتأكد من عدم اختيار وضع التصريف. الآن، اختر إعداد الحجرة وأدخل تسميات القنوات الوصفية.

إذا كان هناك تسرب، تأكد من أن حلقة O نظيفة وثابتة وخالية من الجزيئات أو الألياف. شد غطاء البرغي. افحص وصلات الأنابيب عند المدخل والمخرج.

تنتهي الأنابيب البالية أو المشوهة بشفرة حادة لإنتاج قطع نظيفة. من القائمة، اختر الأدوات، ثم انقر على قائمة الخدمة، وتأكد من أن مسبار درجة الحرارة الأساسي يقيس 30 درجة مئوية مع اختلافين درجتين وأنه مستقر. انقر على الركض لبدء التجربة.

احفظ ملف التجربة تحت اسم وصفي، بما في ذلك التاريخ، وسجل اسم الملف في ورقة البيانات. أكد الإنتاج التراكمي لثاني أكسيد الكربون خلال 84 يوما الأداء المتوقع. على مدى 84 يوما، أظهر السليلوز إنتاجا سريعا لثاني أكسيد الكربون بعد فترة قصيرة، ووصل إلى حوالي 700 ميكرومول.

أظهرت PHA معدل ابتدائي أبطأ خلال ثلاثة أيام. وظل التحكم في مياه البحر منخفضا عند 150 ميكرومول. أظهرت النسخ السلبية الفردية تقلبا منخفضا، مع بقاء جميع المنحنيات متقاربة.

أظهرت النسخ المثبتة للتحكم في السليلوز تغيرا منخفضا باستمرار، مما أكد أداء مستقرا عبر جميع النسخ الأربعة. في مجموعة بيانات النتائج السلبية، أظهر النسخة الخامسة ارتفاعا غير طبيعي في معدل إنتاج ثاني أكسيد الكربون، ويرجح أن ذلك بسبب المادة العضوية غير المتقلبة، لكن إنتاجه التراكمي بدأ يستقر عند 100 ميكرومول. كان إنتاج ثاني أكسيد الكربون التراكمي من بين كل ستة أقل من غيرها، مما يشير إلى مشاكل تقنية محتملة.

كان الخطأ المعياري في متوسط إنتاج ثاني أكسيد الكربون التراكمي في الضابطة السلبية 2.5٪، مما يشير إلى انخفاض التغير بين النسخ المكررة. كان الخطأ القياسي في اختبار السليلوز الإيجابي 0.83٪، مما أكد أيضا قابلية التكرار العالية لاختبار التحلل الحيوي. يتميز PHA بتعدين عالي بالقرب من المعدل الإيجابي مع خطأ معياري مماثل للضابط.

يعالج هذا البروتوكول الفجوة في الطرق الموحدة المتاحة لفحص قابلية التحلل الحيوي للمواد في البيئة البحرية لصالح الصناعة والأوساط الأكاديمية والهيئات التنظيمية. يوفر البروتوكول طريقة أسرع وموحدة لقياس هذا التحلل الحيوي مباشرة، مع مدة اختبار أقصر في تقييم العينة المتزامن. يتيح البروتوكول اختبارا موحدا عالي الإنتاجية للمقارنة بين المواد والمختبر في التعلم الآلي والنمذجة التنبؤية لأداء المواد.