Sediment Core Sectioning en extractie van Pore Waters onder anoxische omstandigheden
7 maart 2016
Een protocol voor het doorsnijden van sedimentkernen en het extraheren van poriënwater onder anaërobe omstandigheden om analyse van redoxgevoelige soorten in zowel vaste stoffen als vloeistoffen mogelijk te maken, wordt gepresenteerd.
Het algemene doel van deze procedure is om sedimentkernen te doorsnijden en poriënwater uit deze sedimentkernen te extraheren terwijl de oorspronkelijke oxidatietoestand behouden blijft. Deze methode kan onderzoekers op geochemisch gebied in staat stellen de metaalspeciëring in poriënwater en sedimenten uit redox-gevoelige gebieden, zoals meren en wetlands, te onderzoeken. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat deze flexibel en aanpasbaar is, velddraagbaar, goedkoop en geen verstoring van sedimentlagen veroorzaakt.
De procedure zal worden gedemonstreerd door Rahul Sinha, een student uit mijn laboratorium. Begin met de voorbereiding van het veldlaboratorium door de handschoenenzak op te zetten. Plaats eerst de kerngeleidingsplaat op een werkoppervlak.
Plaats het gat voor de kernvoering zodat het voor de toonbank uitkomt om ervoor te zorgen dat het open is. Bevestig vervolgens de stikstoftank met een werkbankklem. Plaats dan de handschoenenzak over de plaat en leid slangen tussen de zak en de gasregelaar.
Steekg ongeveer acht centimeter slang in de zak. Verzegeld nu de slangverbinding bij de zak met plakband en schuif binnen in de zak een klem op de buis maar laat de klem open. Snijd vervolgens een X in de bodem van de zak boven het gat in de plaat en laad vervolgens de zak met de vermelde items.
Controleer de lijsten dubbel, omdat het vergeten van een item erg onhandig is. De volgende taak is om de kern in te stellen. Plaats eerst een labjack op de vloer onder het werkoppervlak.
De labjack moet een stuk multiplex op zich hebben met een gat in het midden om de kern te stabiliseren. Breng vervolgens, met de kern in een rechtopstaande positie, deze door de kerngeleidingsplaat en door de X in de handschoenenzak. Ongeveer vier tot zes centimeter van de kern moet boven de plaat uitsteken.
Nu, terwijl één persoon de kern ondersteunt, plakt u de kern met plakband rond de X aan de zak. Stel vervolgens de kernextruder in. Plaats eerst de hendel in een zes centimeter lange, twee centimeter diameter PVC-afstandsstuk, gevolgd door een drie centimeter lange koppeling en vervolgens nog een afstand en nog een koppeling en zo verder tot de hendel volledig bedekt is.
Plaats nu de kernextruder onder de kern en ondersteun hem met de jack. De jack moet zo laag mogelijk worden gekropen. Snijd vervolgens met een stanleymes voorzichtig rond de onderkant van de kernkap. Laat een ring van kernkap rond de kernvoering en laat een rond stukje kap tegen de kernmaterialen. Nu moet één persoon in de handschoenenzak reiken om de kern vast te zetten terwijl de ander de jack optilt. Verplaats geleidelijk de kernextruder in de kernvoering waarbij het sediment omhoog wordt gebracht.
Het kan nodig zijn om de extruder een beetje te wiebelen. Blijf de kern verhogen totdat het sediment en het overliggende water de bovenkant van de kernvoering bereikt. De laatste taak is om de zak af te sluiten.
Controleer eerst nogmaals of alles erin zit. Open vervolgens alle objecten in de zak die gevangen lucht bevatten. Nu, idealiter met de hulp van een andere persoon, zuiver de handschoen drie keer.
Eerst, met de zak zo ontlucht mogelijk, verzegeld de hoofdopening met een paar bungee-koorden. Vervolgens, met een assistent die de stikstofstroom op 50 psi regelt, leidt u het gas rond de zak, vooral in spleten waar lucht zou kunnen worden gevangen. Wanneer de zak sterk is opgeblazen, zet u de regelaar uit of sluit u de klem om het gas af te sluiten.
Open vervolgens de hoofdopening en pers zoveel mogelijk gas uit de zak. Herhaal het proces van het vullen van de zak met stikstof, inclusief alle spleten, en het legen van de zak nog twee keer. Zodra dit is voltooid, zou de handschoenenzak zeer lage zuurstofniveaus moeten bevatten.
Werk af met een comfortabele hoeveelheid gas in de handschoenenzak. Deze procedure wordt het beste uitgevoerd terwijl in paren wordt gewerkt. Voor deze procedure, zet een paar wegwerphandschoenen over de ingebouwde handschoenen in de zak.
Verander deze handschoenen wanneer ze vies of gescheurd zijn. Verwijder eerst al het staande water van de bovenkant van de kern met een spuit. Filter vervolgens dit water door een 0,45-micron spuitfilter.
Plaats vervolgens een kernsectieringsring over de bovenkant van de kernvoering. Breng vervolgens de kern omhoog totdat het sediment de bovenkant van de ring raakt. Binnen in de zak, bevestig de kernvoering zodat wanneer de kern beweegt, de voering dat niet doet.
Het kan nodig zijn voor de operator die in de handschoenenzak werkt om lichtjes op de kernvoering te drukken, zodat het kernmateriaal zich bovenop de ring bevindt. Druk vervolgens een kernsnijder tussen de bovenkant van de voering en de ring, zodat het sedimentgedeelte zich boven de snijder bevindt. Dit is het eerste gedeelte van de kern.
Met plastic lepels, verplaatst u het gedeelte naar een 50 milliliter conische buis en sluit het stevig. Was de gereedschappen en herhaal het proces tot de hele kern is gesneden en in buizen is geplaatst. Tijdens het kernsectieringsproces kan de labjack volledig worden uitgebreid.
Als dit gebeurt, houd de kern op zijn plaats, verlaag de jack en plaats de PVC-stukken om de kernextruder uit te breiden. Bevestig vervolgens de jack terug op zijn plaats. Tijdens dit proces kan de zak te veel worden ontlucht of opgeblazen.
Maak aanpassingen door de stikstofgasklep kort te openen of door de hoofdopening van de zak kort te openen om gas vrij te geven. Zodra de kern is gesneden en al het sediment in centrifugebuizen zit, kunnen deze buizen uit de handschoenenzak worden verwijderd en kan de handschoenenzak worden gesloten. Bereid vervolgens de verzamelde buizen voor voor centrifugatie zoals uitgelegd in het tekstprotocol.
Spin ze vervolgens naar beneden bij 1.100 g of sneller gedurende 20 minuten. Na de centrifugatie, breng de buizen terug naar de zuurstofvrije omgeving en introduceer enkele lege buizen voor de monsterverzameling. De zak moet vervolgens opnieuw twee tot drie ke
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het in secties verdelen van sedimentkernen en het extraheren van poriewater onder anoxische omstandigheden. De methode maakt de analyse van redoxgevoelige componenten in zowel vaste stoffen als vloeistoffen mogelijk, in het bijzonder binnen geochemisch onderzoek.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Geochemie
- Milieuwetenschappen
- Redoxchemie
Achtergrond
- Het begrijpen van metaalspecificatie in sedimenten is cruciaal voor milieubeoordelingen.
- Redox-gevoelige gebieden, zoals meren en wetlands, vereisen zorgvuldige bemonsteringstechnieken.
- Het handhaven van de oorspronkelijke oxidatietoestand tijdens de bemonstering is essentieel voor een nauwkeurige analyse.
- Deze methode is ontworpen om in het veld toepasbaar en kosteneffectief te zijn.
Doel van de studie
- Om een betrouwbaar protocol te bieden voor het sectioneren van sedimentkernen.
- Om de extractie van poriewater te vergemakkelijken zonder de sedimentlagen te verstoren.
- Om de studie van redoxgevoelige componenten in diverse omgevingen mogelijk te maken.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van een veldlaboratorium met behulp van een glove bag.
- Het vastklemmen van de geleidingsplaat voor de boorkernen op een stabiel werkoppervlak.
- Het sectioneren van sedimentkernen terwijl hun oxidatietoestand behouden blijft.
- Het extraheren van poriewater voor nadere analyse.
Belangrijkste resultaten
- Het protocol handhaaft met succes de oxidatietoestand van sedimentkernen.
- Onderzoekers kunnen de metaalspecificatie in poriewateren effectief analyseren.
- De methode is aanpasbaar aan diverse veldomstandigheden.
- Het demonstreert flexibiliteit en kosteneffectiviteit voor geochemische studies.
Conclusies
- Dit protocol is een waardevol hulpmiddel voor onderzoekers die redoxgevoelige omgevingen bestuderen.
- Het maakt een gedetailleerde analyse van de chemie van sediment en poriewater mogelijk.
- De voordelen van deze methode maken deze geschikt voor diverse geochemische toepassingen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Deze methode ondersteunt biofarmaceutisch R&D door het mogelijk maken van het behoud van redoxgevoelige analyten in milieumatrixen, wat essentieel is voor mechanistiek risicobeheersing in toxicologische studies en studies naar veiligheidsfarmacologie. Door de oorspronkelijke oxidatietoestand tijdens de monsterverwerking te handhaven, garandeert de techniek de integriteit van de gegevens voor downstream biomarker-validatie en voorspellende modellering van het gedrag van verbindingen in complexe biologische systemen. De draagbaarheid in het veld en de lage kosten faciliteren vroege hypothesetests in ziekterelevante systemen, waardoor de onzekerheid bij de identificatie van lead-verbindingen en in preklinische workflows wordt verminderd.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek naar redox-afhankelijke pathways in ziektemodellen mogelijk door labiele species zoals sulfide en ijzersoorten te behouden voor mechanistische target-validatie.
- Operationele waarde: Biedt een reproduceerbare workflow voor het isoleren van poriewater uit sedimentkernen, wat zorgt voor een consistente monstervoorbereiding in milieutoxicologische assays.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert kwantitatief betrouwbare poriewaterextracten die geschikt zijn voor assay-standaardisatie, waardoor screening van verbindingen die redoxgevoelige paden moduleren mogelijk wordt.
- Operationele waarde: Faciliteert hoogwaardige monsterextractie onder anoxische omstandigheden, wat de reproduceerbaarheid van assays verbetert en het aantal fout-negatieven in fenotypische screeningscampagnes vermindert.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt de uitlijning van translationele biomarkers door redoxgevoelige soorten te behouden die correleren met de ziekteprogressie in preklinische modellen.
- Operationele waarde: Garandeert continuïteit van ontdekking naar preklinische validatie door de integriteit van monsters in alle workflowstadia te behouden, waardoor de variabiliteit in risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling wordt verminderd.
Integratie van pipeline en workflow
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm door betrouwbare monstervoorbereiding voor redoxbiologische assays mogelijk te maken, wat hypothesetesten in de vroege ontdekkingsfase ondersteunt en bijdraagt aan de identificatie van lead-verbindingen via mechanistisch gedevalideerde gegevens.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en pathway-verduidelijking door het behoud van analyten die gevoelig zijn voor de oxidatietoestand, wat cruciaal is voor target-validatie in redox-actieve ziektegebieden.
- Screening: Verbetert de assay-gereedheid en reproduceerbaarheid door poriewatermonsters met minimale oxidatie-artefacten te leveren, waardoor een betrouwbare evaluatie van verbindingen mogelijk wordt.
- Analytics: Levert kwantitatieve output, zoals metingen van sulfide- en ijzerspecificatie, waarmee teams redoxcondities tussen experimentele groepen kunnen vergelijken.
- Translational Research: Zorgt voor preklinische continuïteit door biomarkers van redoxstress te behouden, wat risicogebaseerde beslissingen bij de validatie van ziektemodellen ondersteunt.
- Enterprise Reuse: Fungeert als een herbruikbare capaciteit voor milieu- en toxicologieteams, waarbij de monsterbehandeling over projecten en locaties heen wordt gestandaardiseerd.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid door behoud van redoxgevoelige soorten en vermindering van mechanistische ambiguïteit in de veiligheidsfarmacologie.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van anoxische monsterverwerking in zowel veld- als laboratoriumomgevingen.
- Strategische waarde: Betere go/no-go beslissingen door minder fout-positieven in redoxafhankelijke assays en kapitaalefficiëntie bij vroege screening.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van verbindingen op basis van betrouwbare redox-biomarkers, waardoor biologische risico's in een laat stadium worden verminderd.
Overwegingen voor implementatie
- Vereiste wetenschappelijke expertise in anaerobe technieken en redoxchemie.
- Benodigde instrumentatie omvat glove bag-systemen, stikstofgasregelaars, centrifuges en spuitfilters.
- Standaardisatie tussen teams vereist training in protocollen voor het uitstoten van zuurstof en kernbehandelingsprocedures.
- Overwegingen bij aanpassing omvatten het aanpassen van de dikte van de kernsecties op basis van de diameter en sedimentcompactie.
- Praktische beperkingen omvatten de noodzaak van tijdige analyse na extractie om geleidelijke oxidatie te voorkomen, zelfs onder geoptimaliseerde omstandigheden.
