Sedimentos Core y Secciones Extracción de Pore aguas bajo condiciones anóxicas
7 de marzo de 2016
Se presenta un protocolo para seccionar núcleos de sedimentos y extraer aguas de poros en condiciones anóxicas con el fin de permitir el análisis de especies sensibles redox tanto en sólidos como en fluidos.
El objetivo general de este procedimiento es seccionar los núcleos de sedimentos y extraer las aguas de los poros de estos núcleos de sedimentos manteniendo el estado de oxidación original. Este método puede permitir a los investigadores en campos geoquímicos examinar la especiación de metales en aguas porosas y sedimentos de áreas sensibles a redox, como lagos y humedales. Las principales ventajas de esta técnica son que es flexible y adaptable, portátil en el campo, económica y no altera las capas de sedimentos.
El encargado de demostrar el procedimiento será Rahul Sinha, un estudiante de mi laboratorio. Comience a preparar el laboratorio de campo colocando la bolsa de guantes. Primero, sujete la placa de guía del núcleo a una superficie de trabajo.
Coloque el orificio para el revestimiento del núcleo que se extiende frente al mostrador para asegurarse de que esté abierto. A continuación, asegure el tanque de nitrógeno con una abrazadera de banco. Luego, coloque la bolsa de guantes sobre la placa y coloque el tubo entre la bolsa y el regulador de gas.
Extienda aproximadamente ocho pulgadas de tubo dentro de la bolsa. Ahora, selle la conexión del tubo en la bolsa con cinta aislante y dentro de la bolsa deslice una abrazadera en el tubo pero deje la abrazadera abierta. A continuación, corte una X en el fondo de la bolsa sobre el agujero de la placa y luego cargue la bolsa con los artículos enumerados.
Revisa las listas, porque olvidar un artículo es muy inconveniente. La siguiente tarea es configurar el núcleo. Primero, coloque un gato de laboratorio en el piso debajo de la superficie de trabajo.
El gato de laboratorio debe tener un trozo de madera contrachapada con un agujero en el centro para estabilizar el núcleo. Luego, con el núcleo en posición vertical, empújelo a través de la placa de guía del núcleo y a través de la X en la bolsa del guante. Alrededor de cuatro a seis pulgadas de núcleo deben extenderse por encima de la placa.
Ahora, mientras una persona sostiene el núcleo, pega el núcleo a la bolsa alrededor de la X con cinta aislante. A continuación, configure el extrusor de núcleos. Primero inserte el mango en un espaciador de PVC de seis pulgadas de largo y dos pulgadas de diámetro, seguido de un acoplamiento de tres pulgadas de largo y luego otro espacio y otro acoplamiento y así sucesivamente hasta que el mango esté completamente cubierto.
Ahora, coloque el extrusor de núcleo debajo del núcleo y apóyelo con el gato. El gato debe estar lo más bajo posible. A continuación, con un cúter, corte con cuidado alrededor de la parte inferior de la tapa del núcleo.
Deje un anillo de tapa de núcleo alrededor del revestimiento de núcleo y deje una pieza circular de tapa contra los materiales de núcleo. Ahora, una persona debe meter la mano en la bolsa de guantes para asegurar el núcleo mientras la otra levanta el gato. Mueva gradualmente la extrusora de núcleos hacia el revestimiento de núcleos, elevando el sedimento hacia arriba.
Puede ser necesario mover un poco el extrusor. Continúe elevando el núcleo hasta que el sedimento y el agua suprayacente lleguen a la parte superior del revestimiento del núcleo. La última tarea es sellar la bolsa.
Primero, verifique que todo esté allí. A continuación, abra todos los objetos de la bolsa que contengan aire atrapado. Ahora, idealmente con la ayuda de otra persona, purgue el guante tres veces.
Primero, con la bolsa lo más desinflada posible, selle la abertura principal con algunas cuerdas elásticas. Luego, con un asistente que regula el flujo de nitrógeno a 50 psi, dirija el gas alrededor de la bolsa, especialmente en las grietas donde el aire podría quedar atrapado. Cuando la bolsa esté muy inflada, apague el regulador o cierre la abrazadera para cerrar el gas.
Luego, abra la abertura principal y expulse la mayor cantidad de gas posible de la bolsa. Repita el proceso de llenar la bolsa con nitrógeno, incluidas todas las grietas, y vaciar la bolsa dos veces más. Una vez completado esto, la guantera debe contener niveles muy bajos de oxígeno.
Termine con una cantidad cómoda de gasolina en la bolsa de guantes. Este procedimiento se realiza mejor cuando se trabaja en parejas. Para este procedimiento, coloque un par de guantes desechables sobre los guantes incorporados en la bolsa.
Cambie estos guantes siempre que estén sucios o rotos. Primero, retire toda el agua estancada de la parte superior del núcleo con una jeringa. Luego, filtre esta agua a través de un filtro de jeringa de 0,45 micras.
A continuación, coloque un anillo de sección del núcleo sobre la parte superior del revestimiento del núcleo. Luego, levante el núcleo hasta que el sedimento se encuentre con la parte superior del anillo. Dentro de la bolsa, asegure el revestimiento del núcleo para que cuando el núcleo se mueva, el revestimiento no lo haga.
Puede ser necesario que el operador que trabaja dentro de la bolsa de guantes empuje ligeramente hacia abajo el revestimiento del núcleo para que el material del núcleo quede en la parte superior del anillo. A continuación, empuje un cortador de corazón entre la parte superior del revestimiento y el anillo para que la sección de sedimento quede por encima del cortador. Esta es la primera sección del núcleo.
Con cucharas de plástico, mueva la sección a un tubo cónico de 50 mililitros y cúbralo herméticamente. Lave las herramientas y repita el proceso hasta que todo el núcleo esté seccionado y colocado en tubos. Durante el proceso de seccionamiento del núcleo, el gato de laboratorio puede extenderse por completo.
Si esto ocurre, sostenga el núcleo en su lugar, baje el gato y coloque las piezas de PVC para extender la extrusora de núcleo. A continuación, vuelva a colocar el gato en su lugar. Durante este proceso, la bolsa puede desinflarse o inflarse demasiado.
Realice los ajustes abriendo brevemente la válvula de gas nitrógeno o abriendo brevemente la abertura de la bolsa principal para liberar el gas. Una vez que el núcleo está seccionado y todo el sedimento está en tubos de centrífuga, estos tubos se pueden quitar de la bolsa de guantes y cerrar la bolsa de guantes. Luego, prepare los tubos recolectados para la centrifugación como se explica en el protocolo de texto.
Luego, gírelos a 1,100 g o más rápido durante 20 minutos. Después de la centrifugación, devuelva los tubos al ambiente libre de oxígeno e introduzca algunos tubos vacíos para la recolección de muestras. A continuación, se debe purgar la bolsa dos o tres veces como antes.
Ahora, abra un tubo centrífugo y retire el agua de los poros con una jeringa con un tubo en el extremo. Luego, usando un filtro de jeringa de 0.45 micrones, filtre el agua en un tubo de recolección. El protocolo de texto explica cómo procesar aún más las muestras.
Usando el protocolo descrito, se tomó un núcleo de un humedal cerca de Nueva Orleans nueve meses después de la Ley de Horizontes de Aguas Profundas. Este humedal estaba muy petroleado. Utilizando un espectrofotómetro portátil DR 2700 de Hach, los datos mostraron concentraciones de sulfuro extremadamente altas.
Las concentraciones de hierro fueron bajas y no se detectó hierro en el estado de oxidación tres plus. Entonces, después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo purgar la bolsa de guantes de oxígeno, extruir el núcleo dentro de la bolsa de guantes para permitir la sección y separar las aguas de los poros de los sedimentos. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en una a tres horas por núcleo, dependiendo de la longitud del núcleo.
Al intentar este procedimiento, es importante recordar purgar la guantera a fondo y ajustar la altura del núcleo lentamente. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar métodos como la especiación de hierro por ferroso, la especiación de arsénico por voltamperometría o separación de columnas, y la separación de mitilmercurio para responder preguntas sobre el estado redox del sistema. No olvide que trabajar con gases comprimidos puede ser extremadamente peligroso y asegurar el tanque es esencial mientras realiza este procedimiento.
Algunas muestras de sedimentos pueden estar contaminadas con materiales peligrosos y se deben tomar las precauciones adecuadas.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para seccionar núcleos de sedimento y extraer aguas intersticiales bajo condiciones anóxicas. El método permite el análisis de especies sensibles al redox en sólidos y fluidos, particularmente en investigaciones geoquímicas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Geoquímica
- Ciencia ambiental
- Química redox
Antecedentes
- Comprender la especiación de metales en sedimentos es fundamental para las evaluaciones ambientales.
- Las zonas sensibles a los cambios redox, como lagos y humedales, requieren técnicas de muestreo cuidadosas.
- Mantener el estado de oxidación original durante el muestreo es esencial para un análisis preciso.
- Este método está diseñado para ser portátil en campo y rentable.
Objetivo del estudio
- Proporcionar un protocolo confiable para la sección de testigos de sedimento.
- Facilitar la extracción de aguas intersticiales sin alterar las capas de sedimento.
- Permitir el estudio de especies sensibles a redox en diversos ambientes.
Métodos Utilizados
- Preparación de un laboratorio de campo utilizando una bolsa con guantes.
- Fijación de la placa guía del testigo a una superficie de trabajo estable.
- Seccionado de testigos de sedimento preservando su estado de oxidación.
- Extracción de aguas intersticiales para análisis posteriores.
Resultados principales
- El protocolo mantiene con éxito el estado de oxidación de los testigos de sedimento.
- Los investigadores pueden analizar eficazmente la especiación de metales en aguas intersticiales.
- El método es adaptable a diversas condiciones de campo.
- Demuestra flexibilidad y rentabilidad para estudios geoquímicos.
Conclusiones
- Este protocolo es una herramienta valiosa para investigadores que estudian ambientes sensibles a procesos redox.
- Permite un análisis detallado de la química de los sedimentos y del agua intersticial.
- Las ventajas del método lo hacen adecuado para diversas aplicaciones geoquímicas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este método apoya la I+D de biofármacos al permitir la preservación de analitos sensibles al estado redox en matrices ambientales, lo cual es fundamental para la eliminación de riesgos mecanicistas en estudios de toxicología y farmacología de seguridad. Al mantener el estado de oxidación original durante el procesamiento de muestras, la técnica garantiza la integridad de los datos para la validación de biomarcadores posteriores y la modelización predictiva del comportamiento de compuestos en sistemas biológicos complejos. Su portabilidad en campo y bajo costo facilitan la prueba temprana de hipótesis en sistemas relevantes para enfermedades, reduciendo la incertidumbre en la identificación de compuestos prometedores y en los flujos de trabajo preclínicos.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la investigación de vías dependientes del estado redox en modelos de enfermedad mediante la preservación de especies lábiles, como el sulfuro y la especiación del hierro, para la validación mecanicista de dianas.
- Valor operativo: Proporciona un flujo de trabajo reproducible para el aislamiento de aguas intersticiales de testigos de sedimento, facilitando una preparación de muestras consistente en ensayos de toxicología ambiental.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Proporciona extractos de agua de poro cuantitativamente confiables adecuados para la estandarización de ensayos, permitiendo la selección de compuestos que modulan vías sensibles al estado redox.
- Valor operativo: Facilita la extracción de muestras con alta fidelidad bajo condiciones anóxicas, mejorando la reproducibilidad de los ensayos y reduciendo los falsos negativos en campañas de cribado fenotípico.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Apoya la alineación de biomarcadores traslacionales al preservar especies sensibles al estado redox que se correlacionan con la progresión de la enfermedad en modelos preclínicos.
- Valor operativo: Asegura la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica al mantener la integridad de las muestras a través de las distintas etapas del flujo de trabajo, reduciendo la variabilidad en las decisiones de avance ajustadas al riesgo.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
El método se integra en el continuo de descubrimiento al permitir una preparación confiable de muestras para ensayos de biología redox, apoyando la comprobación de hipótesis en las primeras etapas del descubrimiento e informando la identificación de compuestos prometedores mediante datos desprovistos de riesgos mecanicistas.
- Biología de Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías al preservar analitos sensibles al estado de oxidación, fundamentales para la validación de dianas en áreas de enfermedades con actividad redox.
- Selección: Mejora la preparación y reproducibilidad de ensayos al proporcionar muestras de agua intersticial con mínimos artefactos de oxidación, permitiendo una evaluación fiable de compuestos.
- Análisis: Proporciona resultados cuantitativos, como mediciones de especiación de sulfuro y hierro, que permiten a los equipos comparar condiciones redox entre grupos experimentales.
- Investigación Traductiva: Se conecta con la continuidad preclínica al preservar biomarcadores del estrés redox, apoyando decisiones ajustadas al riesgo en la validación de modelos de enfermedades.
- Reutilización Empresarial: Funciona como una capacidad reutilizable para equipos de medio ambiente y toxicología, estandarizando el manejo de muestras en distintos proyectos y regiones geográficas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva mediante la preservación de especies sensibles al estado redox y reducción de la ambigüedad mecanicista en la farmacología de seguridad.
- Valor operativo: Normalización, reproducibilidad y escalabilidad del procesamiento de muestras anóxicas en entornos de campo y laboratorio.
- Valor estratégico: Mejores decisiones de avance o interrupción del desarrollo mediante la reducción de falsos positivos en ensayos dependientes del estado redox y mayor eficiencia en el uso del capital durante la selección inicial.
- Impacto en la cartera: Priorización ajustada al riesgo de compuestos basada en datos fiables de biomarcadores redox, reduciendo el riesgo biológico en fases avanzadas.
Consideraciones de Implementación
- Conocimientos científicos especializados en técnicas anaeróbicas y química redox.
- Los equipos necesarios incluyen sistemas de bolsa de guantes, reguladores de gas nitrógeno, centrífugas y filtros de jeringa.
- La estandarización entre equipos requiere capacitación en protocolos de purga de oxígeno y procedimientos de manejo de testigos.
- Las consideraciones para la adaptación incluyen el ajuste del grosor del corte de los testigos según el diámetro y la compactación del sedimento.
- Las limitaciones prácticas incluyen la necesidad de realizar análisis oportunos tras la extracción para prevenir la oxidación gradual, incluso en condiciones optimizadas.
