JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Production bleed water (PBW) was treated with cupric oxide nanoparticles (CuO-NPs) and cellular toxicity was assessed in cultured human cells. The goal of this protocol was to integrate the native environmental sample into a cell culture format assessing the changes in toxicity due to CuO-NP treatment.

Abstract

באתר ההתאוששות (ISR) הוא השיטה העיקרית להפקת אורניום בארצות הברית. במהלך ISR, אורניום דלף מגוף עפרות וחולץ באמצעות חילוף יונים. המים לדמם ייצור כתוצאה (PBW) מכילים מזהמים כגון ארסן ומתכות כבדות אחרות. דוגמאות של PBW ממתקן אורניום ISR פעיל טופלו בחלקיקי תחמוצת Cupric (CuO-NPS). טיפול CuO-NP של מזהמי עדיפות PBW מופחתים, כוללים ארסן, סלניום, אורניום, ונדיום. assay שלא טופל וCuO-NP טופל PBW שימש כמרכיב הנוזלי של תקשורת צמיחת תאים ושינויים בכדאיות נקבעו על ידי MTT (3 (4,5-dimethylthiazol-2-י.ל.) ברומיד -2,5-diphenyltetrazolium) בכליות עובריות אנושיות (HEK 293) וקרצינומה של אדם hepatocellular (G2 הפ) תאים. טיפול CuO-NP היה קשור עם HEK השתפר וכדאיויות תא HEP. מגבלות של שיטה זו כוללות דילול של PBW ידי רכיבי תקשורת צמיחה ובמהלך osmolהתאמת ality כמו גם התאמת pH הכרחית. שיטה זו היא מוגבלת בהקשר הרחב יותר שלה בשל השפעות דילול ושינויים ב- pH של PBW שהוא באופן מסורתי חומצי מעט עם זאת; יש בשיטה זו יכולה שימוש רחב יותר הערכת טיפול CuO-NP במים ניטראליים יותר.

Introduction

כ -20% מאספקת החשמל בארה"ב מסופקים על ידי אנרגיה גרעינית ו, המבוססת בחלקו על תמריצים לאומיים להגדיל את עצמאות אנרגיה, ארה"ב יכולת גרעינית צפויה להגדיל 1. צמיחה בעולם באנרגיה גרעינית גם צפויה להימשך, עם הרבה של הצמיחה המתרחשת מחוץ לארה"ב 2. נכון לשנת 2013, 83% מהאורניום בארה"ב היה מיובא, אבל 952544 טונות של עתודות קיימות בארה"ב 3,4. בשנת 2013 היו 7 יישומי מתקן חדשים ויישומי 14 הפעלה מחדש / הרחבה בין יומינג, ניו מקסיקו, נברסקה ו5. בארה"ב, אורניום מופק באמצעות רובה בהתאוששות באתרו (ISR) מעבד 6. ISR גורם להפרעת ארץ פחות ונמנע מיצירת ערימות עוקב שיכול לשחרר מזהמים סביבתיים 7. ISR משתמש פתרונות חמצון על בסיס מים ליץ אורניום מהגוף עפרות המחתרת, לאחר שהאורניום מופק באמצעות leachateתהליך חילוף יונים 8. כדי לשמור על מאזן מים שלילי בגוף עפרות, חלק מleachate, ייצור נקרא לדמם מים (PBW), הוא דימם מ. חלק מPBW הוא לחטא באמצעות אוסמוזה ההפוכה (RO) ומחדש הוכנס לתהליך הכרייה, אלא גם יש לי PBW יכול שימושים תעשייתיים או חקלאיים מועילים, אם ניתן להפחית מזהמים רעילים לרמות מקובלות נקבעו על ידי רשויות פיקוח מדינה למשטח ו תהום 9. נכון לעכשיו, רוב מתקני אורניום ISR להשתמש RO להסרת מזהמים מPBW. עם זאת, עיבוד RO הוא עתיר אנרגיה ומייצר מלח פסולת רעיל, אשר דורש סילוק מוסדר.

שיטות טיהור מים רבות קיימות, כוללים חומרי ספיחה, קרומים, וחילוף יונים. מבין אלה, ספיחה היא נפוץ ביותר, וההתפתחויות האחרונות בסינתזת ננו-חלקיקים שיפרה את היכולות של טיהור מים מבוסס בעלי כושר ספיגה מעבד 10. oxi Cupricחלקיקי דה (CuO-NPS) בעבר לא נחקרו בהרחבה על אורניום ISR PBW, אבל במחקרים שנעשה לאחרונה להסרת מזהמים ממי תהום, CuO-צירופים ונמצאו יש תכונות ייחודיות, הכולל לא דורש צעדי טיפול לפני או אחרי-מים ( למשל, התאמת pH או פוטנציאל חיזור) ומתפקד היטב ביצירות מים שונות (לדוגמא, בPHS שונה, ריכוזי מלח, או יונים מתחרים) 11. בנוסף, CuO-הצירופים ומתחדשים בקלות על ידי שטיפה עם נתרן הידרוקסידי (NaOH), לאחר שניתן לעשות שימוש חוזר CuO-הצירופים ומחדש. פרטים של יכולות סינון עקבות מתכת CuO-NP ממים הטבעיים כבר פורסמו בעבר 11-14.

למרות שימושי לטיפול במים, חלקיקי תחמוצת מתכת יכולים להיות רעילים ליצורים חיים, אבל במידה של הרעילות תלויה, בין שאר, על מאפייני ננו-חלקיקים ומרכיבים 10,15,16. לכן, חשוב ללמוד simultרעילויות aneous מזהמים ההסרה וננו-חלקיקים לפני יישומים בתחום. המחקר הנוכחי נקבע היכולת של CuO-צירופים ולהסרת מזהמי PBW עדיפות (כולל ארסן, סלניום, ונדיום ואורניום), והעריך את ההשפעה של טיפול CuO-NP ברעיל PBW.

PBW נאסף ממתקן אורניום ISR פעיל ומנוצל כדי לקבוע את היעילות של טיפול CuO-NP בהסרת מזהמים עדיפות. רעיל PBW לפני ואחרי טיפול CuO-NP גם הוערך. PBW היא גיאולוגי מורכב תערובת (תעשייתית / סביבתית) ושניהם מהמכון הלאומי לבריאות הסביבה והמדע (NIEHS) והסוכנות לחומרים רעילים ורישום מחלות (ASTDR) תוך שימת דגש על לימוד הרעילות של תערובות רלוונטיות לסביבה, כוללים תערובות כפי שהם קיימים בהגדרות טבע או תעשייתי, כמו גם קידום בבדיקת מבחנה לתעדף כימיקלים לin vivo בדיקות נוספות17-19. מחקרים של חשיפות תערובת כרוניות, במינון נמוך מאתגרים כי חשיפה כרונית לתערובת במינון נמוכה לא לייצר אפקטים ברורים, לפחות לא במסגרת הזמן הקצרה של מרבית מחקרי המעבדה. כמו כן, רוב המחקרים במבחנה של תערובות כימיות לחשוף תאים לתערובת תוצרת מעבדה מוגדרת של 2 או יותר מתכות 20,21. מחקרים אלו מספקים מידע בסיסי, אבל תערובות פשוטות לא לשכפל את האינטראקציות עוינות וסינרגטי המורכבים שעלולות להתרחש במדגם מקורי, איכות סביבה, שבו המגוון הרחב של רכיבי תערובת נמצא.

מטרותיו של מחקר זה היו לבחון תהליכי הסרת מזהמים חלופיים לPBW ולהעריך את ההשפעה של טיפול (CuO-NP) ברעיל PBW שימוש בתאי אדם בתרבית. התוצאות יכולות להפיק תועלת תעשיית האורניום באמצעות פיתוח שיטות יעילים יותר או ידידותיות לסביבה לסילוק מזהם. מחקר זה מספקהעדות הראשונה כי הפחתת מזהמי עדיפות בPBW ידי CuO-צירופים ומפחיתה רעילה בתאי יונקים 22.

Protocol

כל הדגימות נאספו בבניין עיבוד נוזל אורניום של מתקן ISR האורניום בוויומינג.

1. הפקת Bleed מים (PBW)

  1. לאסוף שני סוגים של דגימות מים ממתקן אורניום ISR: PBW ואוסמוזה הפוך מים (RO). לאסוף PBW מברז ניטור לאחר תהליך חילוף היונים אבל לפני טיהור אוסמוזה הפוכה. לאסוף דגימות RO לאחר PBW הוא לחטא על ידי טיפול אוסמוזה הפוך.
    הערה: Lixiviant מועבר בצינורות משדות גם מרובים לבניין עיבוד אורניום הנוזלי, שבו הוא נאסף בטור ומוכן לחילוף יונים. כ-1-3% מlixiviant לאחר חילוף יונים הוא להסיר את המעגל ומים לדמם ייצור מכונים (PBW). PBW הוא שימוש חוזר בתהליכי הכרייה או לחטא / demineralized עם סינון RO.
  2. לאסוף דגימות מים בפוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) בקבוקים עם פי חלל ראש אפסלנהלי הפעלה סטנדרטיים לאיסוף דגימה וניתוח של המחלקה לאיכות הסביבה ויומינג (WYDEQ) 23.
  3. מדידת טמפרטורה וחומציות באתר ודגימות תחבורה על קרח כדי לשמור אותם מגניבים.
  4. PBW החנות ב 4 מעלות צלזיוס. שמור את פתרון PBW מגניב עד אחרי התקשורת חיונית (EMEM-10x) המינימאלי של הנשר המרוכז מתווסף במהלך הכנת תקשורת כפי שהורה בפרוטוקול הבא.
    הערה: PBW הוא פתרון חמצון שלזרז אם אפשרו להקפיא או חימם לטמפרטורת חדר. לאחר דילול פתרון PBW מספיק לדלל שלא לזרז כאשר מחומם עד 37 מעלות צלזיוס לפני בקשה לתאים ובמהלך הדגירה.

2. הכנת CuO החלקיקים (CuO-NPS)

  1. לשלב פתרון האתנולית טהור המכיל 250 מיליליטר של 0.2 מ 'CuCl 2 • 2H 2 O, 250 מיליליטר של 0.4 מ' נתרן הידרוקסידי (NaOH), ו -5 פוליאתילן גליקול G (PEG) בבקבוק עגול התחתון עם כדורי זכוכית בורוסיליקט שש מ"מ.
  2. מניחים את הפתרון במיקרוגל שונה ולאפשר לו להגיב תחת ריפלוקס בלחץ אוויר הסביבה במשך 10 דקות ב 20% כוח (מרווחים של 6 שניות על, 24 שניות כבויות).
  3. לקרר את הפתרון לטמפרטורת חדר (20 מעלות צלזיוס), ולאחר מכן יצק לתוך 50 מיליליטר צינורות חרוטי, שעזב את כדורי הזכוכית.
  4. צנטריפוגה הפתרון בצינורות 50 מיליליטר חרוטי XG ב 1000 למשך 30 דקות, יצק, ולאחר מכן לשטוף את CuO-הצירופים ועם רצף של מים 300 מיליליטר חמים (60-65 מעלות צלזיוס), 100 מיליליטר אתנול, ו-100 מיליליטר אצטון.
  5. ייבש את CuO-הצירופים ולטמפרטורת חדר (20 מעלות צלזיוס) בצינורות 50 מיליליטר חרוטי.
  6. לגרד את CuO-הצירופים ומתוך הצינורות שלהם לתוך מרגמה. מכסה את CuO-הצירופים ועם נייר אלומיניום ולחמם את CuO-הצירופים ועד 110 מעלות צלזיוס בתנור כדי להסיר את הנוזל הנותר. לשלב CuO-צירופים ולתצוו אחד ולשקול את CuO-הצירופים.
    הערה: הכנת CuO-הצירופים וטיפול CuO-NP של PBW נערכה בQual המיםity מעבדה של מערכת אקולוגית מדע וניהול, אוניברסיטת ויומינג. CuO-NP סינתזה ואחרי ההליך של מרטינסון וReddy (2009) 11.

3. טיפול בPBW עם CuO-צירופים ו

  1. הוסף 50 מ"ג (1 מ"ג / מיליליטר) של CuO-NP לצינור חרוטי 50 מ"ל ואחריו 50 מיליליטר של PBW. לאטום את הצינור והגיב למשך 30 דקות על שייקר מסלולית עליונה ספסל ב 250 סל"ד.
  2. צינורות מדגם צנטריפוגה ב 250 XG למשך 30 דקות ולאחר מכן לסנן את supernatant באמצעות מסנן מזרק 0.45 מיקרומטר. לשנות את מהירות צנטריפוגות וזמן יכול לסמוך על ננו-חלקיקים על מנת להבטיח את CuO-הצירופים והפכו קומפקטיים בצינור צנטריפוגות.

4. ניתוח היסודות

  1. הכן מטופל (שליטה) ודגימות PBW טופלה CuO-NP לניתוח יסודות כדלקמן.
  2. להפוך לחומצת aliquots (40 מיליליטר) של PBW-טופל NP CuO ואינו המטופלים עם חומצה חנקתית כיתה עקבות מתכת לpH של 2.0. לנתח aliquots PBW acidified לקטיונים ידי coupl אינדוקטיביאד פלזמה ההמונית ספקטרוסקופיה (ICP-MS) כפי שמתואר בReddy ורות (2012) 13.
  3. הכן aliquots unacidified (20 מיליליטר) של PBW-טופל NP CuO ואינו מטופלים ולנתח את aliquots unacidified לאניוני ידי כרומטוגרפיה יון (IC), כמתואר בReddy ורות (2012) 13.
    הערה: Aliquots נותח על ידי מחלקת יומינג של שירותים אנליטיים חקלאות, ניתן למצוא הארמי WY 82070. תיאור של הליך IC וICPMS בReddy ורות, (2012) 13.

5. הכנת תרבית תאי מדיה באמצעות PBW

  1. השתמש בשתי שליטה (תקשורת EMEM-1x וRO +) ושמונה פתרונות תקשורת מבחן PBW (ארבעה ריכוזים של כל מטופל ותקשורת PBW טופלה CuO-NP) במחקרי ההיתכנות. סקירות של הפתרונות הן כדלקמן:
    1. לשליטת EMEM-1x, לרכוש מדיה חיונית המינימלית של הנשר (EMEM-1x) עם L- גלוטמין וסודה לשתייה כבר הוסיפו. להוסיף סרום שור עוברי (FBS) ואנטיביוטיקה לפי הוראות יצרן.
      הערה: EMEM-1x נרכש מדולל לריכוז המתאים לצמיחת תאים ומכילים L- גלוטמין וסודה לשתייה. EMEM-1x דורש תוספת של סרום שור עוברי (FBS) ושילוב אנטיביוטיקה פניצילין וסטרפטומיצין (50 / פניצילין מיליליטר IU ו -50 מיקרוגרם / סטרפטומיצין מיליליטר). EMEM-1x משמש כתקשורת שליטה כי זה תקשורת הצמיחה המומלצת של היצרן עבור שני סוגי התאים המשמשים במחקר זה. המרוכז EMEM-10x הוא מדולל במי RO מהמתקן או PBW שלא טופל או שטופל CuO-NP לייצר פתרונות הבדיקה. המרוכז EMEM-10x כאשר רכש אינו מכיל L- גלוטמין או סודיום ביקרבונט ולכן אלה מתווספים בנוסף לסרום השור העוברי (FBS) ושילוב אנטיביוטיקה פניצילין וסטרפטומיצין.
    2. לפתרון שליטת RO להשתמש במי RO נאספו ממתקן ISR. השתמש באותו הפרוטוקול כאמצעי תקשורת בדיקת PBW רק להחליף 100% ואט ROאה ממתקן ISR במקום של PBW. לדלל את המים שלא טופלו ושימוש פתרון שטופל CuO-NP RO או ultrapure מהמעבדה.
    3. לדלל PBW מטופל לארבעה ריכוזי בדיקה לפני הערבוב עם רכיבי תקשורת תרבות תא. הכן את ארבעת ריכוזים שונים של פתרונות PBW שלא טופלו על ידי ערבוב PBW מטופל עם RO (מהמעבדה) בשילובים הבאים: 100% (PBW הטהור + אין מים RO), 75% (187.5 מיליליטר של PBW + 62.5 מיליליטר מים RO), 50% (125 מיליליטר של PBW + 125 מיליליטר מים RO) או 25% (62.5 מיליליטר של PBW + 187.5 מיליליטר המים RO).
    4. טופל CuO-NP לדלל PBW לארבעה ריכוזי בדיקה לפני הערבוב עם רכיבי תקשורת תרבות תא. (CuO- הטהור 100%: הכן את ארבעת ריכוזים שונים של פתרונות PBW טופל CuO-NP ידי ערבוב PBW (שטופל מראש עם 1 מ"ג / מיליליטר CuO-NP למשך 30 דקות) עם RO (מהמעבדה) בשילובים הבאים PBW טופל NP + אין מים RO), 75% (187.5 מיליליטר של PBW + 62.5 מיליליטר מים RO טופל CuO-NP), 50% (125טופל CuO-NP מיליליטר של PBW + 125 מיליליטר מים RO) או 25% (62.5 מיליליטר של PBW טופל CuO-NP + 187.5 מיליליטר המים RO).
  2. הכן 250 מיליליטר של RO + תקשורת, שלא טופל PBW + תקשורת וריכוז PBW + תקשורת שטופל CuO-NP-ידי הוספת 25 מיליליטר של EMEM-10x המרוכז 190 מיליליטר של 100% RO ושל 100%, 75%, 50% או 25% מריכוזי PBW premade שלא טופלו או שטופלו CuO-NP יצרו בשלב 6.1.3 ו6.1.4.
  3. התאם את ה- pH של כל פתרון ל7.4 עם NaOH או HCl.
  4. להשלים כל ריכוז של PBW מטופל ומטופל-CuO-NP כמו גם RO + תקשורת עם הרכיבים סטנדרטיים הבאים: 25ml (10%) בסרום שור עוברי (FBS), L- גלוטמין 2.5 מיליליטר, 0.55 גר 'NaHCO 3 ו1.25 מיליליטר עט / סטרפטוקוקוס (50 IU פניצילין / מיליליטר ו -50 מיקרוגרם / מיליליטר סטרפטומיצין).
  5. התאם את osmolality של כל ריכוז של PBW + תקשורת שלא טופל, טופל CuO-NP PBW תקשורת + וRO + תקשורת 290-310 mOsm / קילוגרם על ידי הוספת המים RO ומידה באמצעות osmometer.
  6. סנן כל פתרון באמצעותיחידת 0.22 מיקרומטר ואקום מסנן, ולאחסן ב 4 מעלות צלזיוס.
    הערה: בשל שינויים קלים בכמות המים RO משמשת לכוונון osmolality, להשתנות ריכוזים סופיים תקשורת בטווח של 5%, עם PBW מטופל + ריכוזי תקשורת על 56%, 44%, 29% ו- 16.5% וCuO-NP- טופל ריכוזי PBW + תקשורת על 53%, 45%, 30% ושל 17%.

הכדאיות 6. סלולארי

הערה: בהתחשב בכך שכליות ובכבד הם איברי היעד של רעילות מתכת כבדה, להעסיק תאים בתרבית הכליה עוברית אנושית (HEK293) (HEK) ותאי קרצינומה hepatocellular האנושי (HepG2) (HEP) שיטות בדיקת 24-26.

  1. הכן תרבות של תאי HEK וHEP 2-3 ימים לפני ציפוי 96-גם הצלחות המשמשות בניסוי לפי הוראות יצרן.
  2. למדוד כדאיות תא באמצעות [-2-5 dimethylthiazol-י.ל. 4,] -2, ברומיד 5-diphenyltetrazolium assay 3 (MTT).
    הערה: פרוטוקול assay MTT היה שונה ממייrloo et al. (2011) 27.
    1. להשיג MTT בצורת אבקה. להוסיף מלח פוספט (PBS) כדי לפצות על ריכוז המניה של 50 מ"ג / מיליליטר. להתסיס את הפתרון לשעה 2 ולאחר מכן לסנן עם מסנן 0.45 מיקרומטר מזרק וaliquot לתוך צינורות בטוחים 1.5 מיליליטר מקפיא. להגן על צינורות מן האור וחנות על 4 מעלות צלזיוס.
  3. הסרת תאי HEK וHEP ממנות התרבות שלהם באמצעות טריפסין, צנטריפוגה XG ב 1000 למשך 5 דקות ולמזוג טריפסין. הוסף 5 מיליליטר של PBS ולערבב תאים כדי להשיג פתרון תא בודד. לאחר מכן, החל 20 μl של פתרון התא הבודד לhemocytometer להשיג ספירת תאים למיליליטר של פתרון. צנטריפוגה התאים שוב XG ב 1000 למשך 5 דקות ולמזוג PBS נהג לשטוף את התאים. להוסיף את הכמות המתאימה של EMEM-1x להתאים את הריכוז של תאים לתא 500/100 μl (100 μl / טוב).
  4. מלא את בארות ההיקף של הצלחת עם 200 μl PBS לשלוט לאידוי.
  5. תא זרעים בצפיפות של 500 תאים / הוספה גם 100 μl היטב כל אחד, פרט לבארות ההיקפיות (שאינם מצופים עם תאים).
    הערה: צפיפות זריעה לתאי HEK וHEP מבוססת על עקומות גדילה ניסיוניות המאפשרות לשיא של צמיחה להתרחש סביב ימים 4-5. הכן עקומות גדילה לכל שורות התאים להעריך צפיפות זריעה.
  6. דגירה תאים עבור 24 שעות ב 37 מעלות צלזיוס ומאפשר להם להתאושש (טופס הידבקויות הדוקות לצלחת) לפני ביצוע קריאות MTT הבסיס של צפיפות תאים.
  7. לבצע קריאות MTT בסיס של צפיפות תאים על ידי הסרת תקשורת הזריעה מהעמודה הראשונה (לא כולל ההיקפי) והוספה של MTT 100 μl (5 מ"ג / מיליליטר בתקשורת) לבארות עבור שעה 1.
  8. לאחר שעה, להסיר את MTT ולהוסיף של sulfoxide דימתיל (DMSO) 100 μl לפזר MTT-formazan מיוצר על ידי תאי קיימא (20 דקות).
  9. קראו את הצפיפות האופטית (OD) של העמודה הראשונה באורך גל של 570 ננומטר קליטה להשיג בסיסקו קריאה.
    1. השתמש קריאות בסיס כדי להבטיח את כל הצלחות היו זרע בצורה נכונה ושתאים גדלים באופן עקבי בין צלחות. הסר את DMSO מהעמודה נבדק לפני דוגרים במשך שעות 24 הבאות.
      הערה: אם DMSO נשאר בצלחת לילה זה מושך לחות מהעמודה הסמוכה, וגרם לירידה בהיקף התקשורת.
  10. לחמם את פתרונות הבדיקה (כלומר, EMEM-1x, RO, PBW שלא טופל ופתרונות תקשורת PBW טופל CuO-NP) עד 37 מעלות צלזיוס באמבט מים.
  11. הסר את המדיה זריעה משאר הצלחת (לא כולל ההיקפי או העמודה הראשונה ששמשה לקריאה הבסיסית) והוחלף בשל EMEM-1x, ריכוזים + תקשורת, PBW + תקשורת שלא טופל RO או CuO-NP 100 μl PBW -treated + ריכוזי תקשורת (פתרון אחד לכל צלחת). דגירה תאים בריכוזי המבחן או פתרונות שליטתם עבור הסכום כולל של שבעה ימים (ימי 2-8).
    הערה: יש 10 צלחות כוללת: 1 EMEM-1x, 1 RO + תקשורת, 1 של כל ריכוז PBW + תקשורת שלא טופל (56%, 44%, 29% ו- 16.5%) וצלחת אחת של כל ריכוז PBW + תקשורת שטופל CuO-NP (53%, 45% , 30% ושל 17%) לניסוי בכל שורת תא.
  12. בכל יום הבא קריאת MTT בסיס, להסיר את פתרונות שליטה ובדיקה (מופיעים בפתק מתחת 6.11) מהטור הבא של הצלחת שלהם (למשל יום 2 תקשורת מבחן והשליטה יוסרו מן השורה 3, בארות BG; יום 3: שורה 4, בארות BG וכו ') וחזור על פרוטוקול MTT כפי שמתואר בשלבים 6.7-6.9 לעיל.
  13. חזור על הפרוטוקול כל יום במשך שבעה ימים. ממוצע תוצאות OD עבור כל שורה (6 בארות) ודיווחתי נגד זמן כדי ליצור עקומת צמיחה של שבעה ימים.
  14. כדי להעריך את ההשפעה של קלאציה נחושת על כדאיות תא בCuO-NP-טופל PBW + תקשורת לפי אותו הנוהל כאמור לעיל, למעט להוסיף של D-penicillamine 100 מיקרומטר לשלוט ופתרונות בדיקה לפני הוספת הפתרונות לצלחות שלהם. בצע אנאלי נתוניםיסיס באמצעות תוכנת גרפים מדעית.

7. דוגמנות גיאוכימיות

  1. הורד גרסת MINTEQ חזותית 3.0 / 3.1 חופשית מאתר האינטרנט הבא http://www2.lwr.kth.se/English/Oursoftware/vminteq/.
    הערה: MINTEQ החזותית הוא מודל שיווי משקל כימי חופשית לחישוב התפצלות מתכת, שיווי משקל מסיסות, וכו 'ספיחה למים טבעיים. בנוסף הוא משמש כדי לחזות התמיינות יון, פעילויות יון, קומפלקסי יון ומדדי רוויה אשר בהשוואה לריכוז של אלמנטים לפני ואחרי טיפול (תוצאות ספקטרוסקופיה מסה) לבחון מנגנונים אפשריים של הסרת אלמנט 28.
  2. פתח את התכנית וקלט נתונים ספקטרוסקופיה ההמוניות מהשלב 4, כולל pH, בסיסי והריכוזים של יסודות שונים, לתכנית.
    הערה: בהתחשב בכך שהתהום הוא מתחמצן בurani האתראממ תהליך החילוץ, להשתמש מיני חמצון של ארסן, ונדיום, ואורניום עבור קלט.

8. מעכב ריכוז 50 (IC 50)

  1. לחשב את IC 50 לריכוזי PBW + תקשורת שלא טופלו ומטופלים-CuO-NP ידי ממוצעי הכדאיות (ממוצעי OD) ביום 5 של שלוש ריצות נפרדות הראשון.
  2. יום חמישה ממוצעי כדאיות הפחת של ריכוזי PBW + תקשורת שלא טופלו ומטופלים-CuO-NP מיום חמישה ממוצעי כדאיות של EMEM-1x לחשב הבדלי כדאיות. ואז לחלק את הבדלי כדאיות ידי הכדאיות הממוצעת ביום 5 בEMEM, ולהכפיל ב -100 כדי לקבל עיכוב אחוזים.
  3. להפחית את עיכוב אחוזים מ 100 (כדאיות EMEM-1x) כדי לקבל את כדאיות אחוזים עבור כל ריכוז PBW + תקשורת שלא טופל ומטופלים-CuO-NP.
  4. קלט לגרפי תוכנה מדעית על ידי הגדרת EMEM-1x בריכוז של אחד וכדאיות אחוזים של 100; להפוך כל הריכוזים לתוך יומןבקנה מידה (X = יומן (X)) ולבצע רגרסיה ליניארית עם ניתוח בכושר רבוע לפחות.

ניתוח 9. נתונים

  1. השוואת ריכוזים של יסודות בPBW שלא טופל ומטופלים-NP CuO עם שני זנב, לזווג, סטודנטים T-מבחן.
  2. לחשב את השטחים מתחת לעקומה (AUC) על ידי שימוש בנתונים שנאספו במשך עקומת הצמיחה שבעה ימים ולנתח את השונות בניתוח מדידות חוזרות של שונות (ANOVA), ואחריו השוואת פוסט הוק של Tukey בין כל הקבוצות (n = 3).
  3. לחשב את IC 50 על ידי שימוש בנתונים מיום חמש של עקומת הצמיחה לשני PBW מטופל ומטופל-CuO-NP + פתרונות תקשורת (שתוארו לעיל). ערכי P של <0.05 נחשבים משמעותיים.
    הערה: לצורך הניתוח הסטטיסטי, ערכי ספקטרוסקופיה המוניים של מחצית גבול הגילוי הוטל על רמות ריכוזי יונים מתחת לגבול ש-29.

תוצאות

ריכוזי PBW רכיב ו- pH בPBW מטופל ומטופל-CuO-NP מדווחים בטבלה 1. מרטינסון וReddy (2009), דיווחו כי נקודת אפס אחראי CuO-NP מוערכת ב 9.4 ± 0.4. בהתחשב בכך שה- pH של PBW היה 7.2-7.4, בתנאים אלה, מים תורם פרוטונים לCuO-NPS, גורמים למשטח ננו-חלקיקי שמטען חשמלי חיובי המאפשר לספיחה של מינים טעונים ש?...

Discussion

מחקרים קודמים דיווחו כי CuO-צירופים והוסרו ארסן מ11,13,30,31 מי תהום. מחקר זה תומך בממצאים הקודמים אלה וגם מדווח כי CuO-צירופים והסרת מזהמים נוספים מPBW. מחקר זה גם מאשר דיווחים קודמים שCuO-צירופים ויעילים בהסרת ארסן, למרות נוכחותם של מזהמים אחרים ויונים מתחרים פוטנציאליי...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Dr. Roger Hopper and the Wyoming Department of Agriculture, Analytical Services Lab for the mass spectroscopy analysis of our samples. We would like to express our gratitude to the University of Wyoming, School of Pharmacy for allowing us to video this protocol in their laboratories. We would also like to thank the Theodore O. and Dorothy S. King Endowed Professorship Agreement for their graduate assistantship (SC), the University of Wyoming for the Graduate Assistantship support (JRS), and the Science Posse (NSF GK-12 Project # 084129) for the teaching fellowship (JRS). We would also like to thank Uranium One for allowing us to obtain samples and assisting us with questions. This work was supported by the School of Energy Resources, University of Wyoming.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
CuCl2Sigma203149
Borosilicate glass ballsVWR26396-6396 mm
Nitric AcidFisherA509-P500Trace metal grade
0.45 μm syringe filterFisherSLHA 033S S
10x EMEMFisherBW12-684F
Fetal Bovine SerumATCC30-2020
L-glutamineFisherBP379-100
NaHCO3SigmaS5761
Penicillin/StreptomycinATCC30-2300
0.22 μm vacuum filter unitFisher09-740-28C
HEK293ATCCCRL-1573
HEPG2ATCCHB-8065
TrypsinSigmaSV3003101
MTTSigmaM2128
D-penicillamineFisherICN15180680
96-well platesFisher07-200-92
DMSOFisherD12814
Spectra Max 190Molecular Devices
Visual MINTEQ version 3.0KTH Royal Institute of Technology
ICP-MSAgilentDetails of instruments, models and detection limits were published in Reddy et al., 2013.
IC DIONEX DX 500DionexDetails of instruments, models and detection limits were published in Reddy et al., 2013.
VWR IncubatorVWR

References

  1. Qu, X., Alvarez, P., Li, Q. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water Research. 47 (12), 3931-3946 (2013).
  2. Martinson, C., Reddy, K. Adsorption of arsenic(III) and arsenic(V) by cupric oxide nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 336 (2), 401-411 (2009).
  3. Reddy, K., McDonald, K., King, H. A novel arsenic removal process for water using cupric oxide nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 397, 96-102 (2013).
  4. Reddy, K., Roth, T. Arsenic Removal from Natural Groundwater Using Cupric Oxide. Ground Water. 51 (1), 83-91 (2012).
  5. Zhang, G., Ren, Z., Zhang, X., Chen, J. Nanostructured iron(III)-copper(II) binary oxide: a novel adsorbent for enhanced arsenic removal from aqueous solutions. Water Research. 47 (12), 4022-4031 (2013).
  6. Ali, I. New generation adsorbents for water treatment. Chemical Reviews. 112 (10), 5073-5091 (2012).
  7. Zhang, Q. CuO nanostructures: Synthesis, characterization, growth mechanisms, fundamental properties, and applications. Progress in Materials Science. 60, 208-337 (2014).
  8. Schmidt, C. TOX 21: new dimensions of toxicity testing. Environmental health perspectives. 117 (8), 348-353 (2009).
  9. Firestone, M., Kavlock, R., Zenick, H., Kramer, M. The U.S. Environmental Protection Agency Strategic Plan for Evaluating the Toxicity of Chemicals. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B. 13 (2-4), 139-162 (2010).
  10. Bae, D., Gennings, C., Carter, W., Yang, R., Campain, J. Toxicological interactions among arsenic, cadmium, chromium, and lead in human keratinocytes. Toxicological Sciences: An Official Journal of the Society of Toxicology. 63 (1), 132-142 (2001).
  11. Whittaker, M. Exposure to Pb, Cd, and As mixtures potentiates the production of oxidative stress precursors: 30-day, 90-day, and 180-day drinking water studies in rats. Toxicology and Applied Pharmacology. 254 (2), 154-166 (2011).
  12. Schilz, J. . Investigating the ability of cupric oxide nanoparticles to adsorb metal contaminants from uranium in-situ recovery (ISR) production bleed water and assessing the associated changes in cytotoxicity. , (2014).
  13. Florea, A., Splettstoesser, F., Büsselberg, D. Arsenic trioxide (As2O3) induced calcium signals and cytotoxicity in two human cell lines SY-5Y neuroblastoma and 293 embryonic kidney (HEK). Toxicology and Applied Pharmacology. 220 (3), 292-301 (2007).
  14. Mao, W. Cadmium induces apoptosis in human embryonic kidney (HEK) 293 cells by caspase-dependent and -independent pathways acting on mitochondria. Toxicology in Vitro. 21 (3), 343-354 (2007).
  15. Tchounwou, P., Yedjou, C., Patlolla, A., Sutton, D. . Heavy Metal Toxicity and the Environment. Molecular, Clinical and Environmental Toxicology. 101, 133-164 (2012).
  16. Meerloo, J., Kaspers, G., Cloos, J. Cell Sensitivity Assays: The MTT Assay. Cancer Cell Culture. 731, 237-245 (2011).
  17. Gustafsson, J. . Visual MINTEQ. , (2010).
  18. Hallab, N., Caicedo, M., McAllister, K., Skipor, A., Amstutz, H., Jacobs, J. Asymptomatic prospective and retrospective cohorts with metal-on-metal hip arthroplasty indicate acquired lymphocyte reactivity varies with metal ion levels on a group basis. Journal of Orthopaedic Research. 31 (2), 173-182 (2013).
  19. Goswami, A., Raul, P., Purkait, M. Arsenic adsorption using copper (II) oxide nanoparticles. Chemical Engineering Research and Design. 90 (9), 1387-1396 (2011).
  20. Pillewan, P., Mukherjee, S., Roychowdhury, T., Das, S., Bansiwal, A., Rayalu, S. Removal of As(III) and As(V) from water by copper oxide incorporated mesoporous alumina. Journal of Hazardous Materials. 186 (1), 367-375 (2011).
  21. Kroll, A. Cytotoxicity screening of 23 engineered nanomaterials using a test matrix of ten cell lines and three different assays. Particle and fibre toxicology. 8 (9), 1-19 (2011).
  22. Fahmy, B., Cormier, S. Copper oxide nanoparticles induce oxidative stress and cytotoxicity in airway epithelial cells. Toxicology in vitro: an international journal published in association with BIBRA. 23 (7), 1365-1371 (2009).
  23. Radike, M. Distribution and accumulation of a mixture of arsenic, cadmium, chromium, nickel and vanadium in mouse small intestin, kidney, pancreas, and femur following oral administration in water or feed. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. 65 (23), 2029-2052 (2002).
  24. Barbier, O., Jacquillet, G., Tauc, M., Cougnon, M., Poujeol, P. Effect of heavy metals on, and handling by, the kidney. Nephron. Physiology. 99 (4), 105-110 (2005).
  25. Zheng, X., Watts, G., Vaught, S., Gandolfi, A. Low-level arsenite induced gene expression in HEK293 cells. Toxicology. 187 (1), 39-48 (2003).
  26. Li, Z., Piao, F., Liu, S., Wang, Y., Qu, S. Subchronic exposure to arsenic trioxide-induced oxidative DNA damage in kidney tissue of mice. Experimental and Toxicologic Pathology. 62 (5), 543-547 (2010).
  27. Farombi, E., Akintunde, J., Nzute, N., Adedara, I., Arojojoye, O. Municipal landfill leachate induces hepatotoxicity and oxidative stress in rats. Toxicology and Industrial Health. 28 (6), 532-541 (2011).
  28. Das, N. Arsenic exposure through drinking water increases the risk of liver and cardiovascular diseases in the population of West Bengal. India. BMC public health. 12 (1), 639-648 (2012).
  29. Valko, M., Morris, H., Cronin, M. Metals, toxicity and oxidative stress. Current Medicinal Chemistry. 12 (10), 1161-1208 (2005).
  30. Horie, M. Protein Adsorption of Ultrafine Metal Oxide and Its Influence on Cytotoxicity toward Cultured Cells. Chemical Research in Toxicology. 22 (3), 543-553 (2009).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

100

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved