Name: using flexible gold-titanium reaction cells to simulate pressure-dependent microbial activity in the context of subsurface biomining
Uploaded: 2019-10-05T14:00:00
Duration: 13 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Flexible Gold-Titanium Reaction Cells to Simulate Pressure-Dependent Microbial Activity in the Context of Subsurface Biomining at JoVE.com

אנו מודים לרוברט רוזבאואר (USGS, פארק Menlo) בשיתוף המומחיות שלו בתאי התגובה הגמישים של הזהב-טיטניום, וגיאורג Scheeder (BGR) לקלט שלו בשלב ההתחלתי של הקמת המערכת המתוקנת בהנובר. היינו רוצים להודות למדענים רבים (כולל katja heeschen, אנדריאס rise, ינס gröger-Trampe, תיאודור אלפרפראון) באמצעות ההתקנה בהנובר פרויקטים רבים שתרמו שיפורים קטנים לאורך הדרך וכריסטיאן seeger לפיתוח ה מכשיר נדנדה לכורים בלחץ גבוה. אנו מודים ללורה קסטרו (אוניברסיטת מדריד) עבור תצפיות SEM. ולבסוף, היינו רוצים להביע את הכרת התודה שלנו לנילס וולקי על הפקת וידאו באיכות גבוהה עבור המאמר. עבודה זו נתמכת על ידי האיחוד האירופי אופק 2020 ביונור פרוייקט (גרנט הסכם 642456).

1. הכנת המדיום והחיסון לתרבות החיידקים
<ol><li>הכינו מדיום מלח בסיס לautotrophic prokaryotes על פי טכניקות שפורסמו13. להמיס ולערבב את הכימיקלים מתחת מים מזוקקים (mg/L): Na2כך4· 10h2O (150) (NH4)2כך4 (450), kcl (50), MGSO4· 7h2O (500), KH2פו4 (50), ו-Ca (לא 3מ, 1 2· 4h2O (7).</li>
	<li>להוסיף 1 מ ל/ליטר של 1, 000x הפתרון אלמנט מעקב מרוכז המכיל (g/L): לקואז4· 7h2o (10), cuso4· 5h2o (1), mnso4 · H2o (0.76), CoSO4· 7h2o (1), crk (SO4)2· 12h2o (0.4), H3בו3 (0.6), namoo4· 2h2o (0.5), niso4· 6h2o (1), Na מיכל השני SeO4 (0.51), Na2WO4· 2h2O (0.1), ו navo3 (0.1). להתאים את ה-pH ל 1.8 על ידי הוספת 5 M חומצה גופרתית.</li>
	<li>לחטא את המדיום ב-החיטוי ב 121 ° צ' ו 1.2 בר עבור 20 דקות ולעקר את הפתרון ברזל ferric על ידי סינון באמצעות 0.22 יקרומטר הנקבוביות גודל מסנן מזרק.</li>
	<li>העברת 50 mL של המדיום מעוקר מלח בסיס לתוך בקבוק סרום ולהוסיף פתרון ברזל ferric וגופרית היסודות לריכוז הסופי של 50 mM ו 10 g/L, בהתאמה.</li>
	<li>החזר המדיום עם תרבות מעורבת המורכבת מכמה מתכת ברזל מאסיזופילית14.</li>
	<li>קאפ בקבוק הסרום עם עוצרי גומי מעוקר בוטיל וחותם עם כדורי אלומיניום.</li>
	<li>בועה נמרצות מדיום התרבות עם N2 כדי להסיר חמצן מומס 25 דקות. השתמש בשתי מחטים, הניחו אחד עמוק יותר בראש הבקבוק, השני קרוב לכובע.</li>
	<li>הכנס CO2 כדי לקבל 90% N2 ו 10% CO2 אווירה בחלל הקדמי של בקבוק הנסיוב. מודאת התרבות ללא ערבוב ב 30 ° c בחושך.</li>
</ol>2. הכנת תא התגובה זהב-טיטניום והכור ללחץ גבוה
<ol><li>. תנקה את תא התגובה של טיטניום הזהב<ol>
<li>לפרק את התא התגובה לתוך החלקים הבודדים כדי למנוע את המגע של חומצה עם חלקי נירוסטה, או חשיפת החלקים התאספו עם תכונות הרחבה תרמית שונים כדי חום.</li>
		<li>נקו את המשטחים שיהיו במגע עם המדגם במהלך הניסוי (כלומר, שקית זהב, ראש טיטניום, שפופרת דגימה טיטניום, שסתום טיטניום).<ol>
<li>שים את שקית הזהב ואת הראש טיטניום בגביע זכוכית.</li>
			<li>להוסיף מספיק 10% HCl כדי לכסות את כל החלקים.</li>
			<li>מחממים את החומצה על צלחת חימום עד 50 ° c במשך 3 שעות תוך כדי ערבוב.</li>
			<li>הסירו את החלקים בעזרת מלקחיים מתמיסה החומצה ושטפו אותם במים מפוהים.</li>
			<li>לשטוף את המשטח הפנימי של שקית זהב ואת ראש טיטניום ביסודיות עם 65% HNO3 ולאחר מכן עם מים מקודשים.</li>
			<li>לשטוף את המשטח הפנימי של שפופרת דגימה טיטניום שסתום טיטניום עם 10% HCl, ואחריו מים מיוהים, 65% HNO3, ולאחר מכן מים מיוהים שוב.</li>
			<li>לנקות את כל החלקים מזיהום אורגני על ידי שטיפה אותם עם אצטון.</li>
			<li>יבש את כל החלקים בתנור ב 105 ° c לפחות 1 h.</li>
		</ol>
</li>
		<li>מחממים את המשטחים של שקית הזהב, את ראש הטיטניום ואת שפופרת דגימת הטיטניום על ידי חשיפת אותם לטמפרטורה של 450 ° c ב-4 שעות בתנור מעמעם באווירת אוויר. הערה: הליך זה מחטא את משטחי המשטחים ומביא להיווצרות שכבת טיטניום בעלת תחמוצת הפסיפת על כל משטחי הטיטניום. חלקי טיטניום צריך צבע צהוב לכחול לאחר הטיפול בחום.</li>
		<li>אנאל תא הזהב כדי להגדיל את הגמישות של הזהב על ידי איפוס קבוצות התגבשות קטנות על ידי החלת חום עם לפיד פרופן. מחממים את משטח הזהב מסביב כדי להקטין את הסטיות בזהב שייתכן שנוצרו במהלך התכווצות האחרונה של נפח שק הזהב בניסוי. הקפידו לא לחמם את הזהב יותר מדי במקום אחד כדי למנוע את ההיתוך שלו. הערה: הזוהר האדום של משטח הזהב מראה חימום מספיק.</li>
		<li>להרכיב את שקית הזהב לתוך הצווארון טיטניום, ואת צינורות הדגימה טיטניום לתוך הראש טיטניום באמצעות מומנט של 10 ננומטר על בלוטות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>. בדוק את המחולל של הלחץ הגבוה<ol>
<li>בדוק באופן חזותי את הכור לנזק אפשרי, קורוזיה וחלקים רופפים. הערה: יש לשלם תשומת לב מיוחדת לחותם ולכרך בו מתרחש האיטום. אם אטם גרפיט השתמשו בעבר כדי לאטום את הכור, שרידים של אותו עדיין יכול להיות בתוך kerf ויש להסיר עם סיכת פלסטיק לפני הניסוי הבא.</li>
		<li>החלת נחושת גופרתי להדביק את המנעולים בראש המחולל לחץ גבוה. ודא כי הגריז מופץ על כל פתיל.</li>
		<li>בדוק את חותם הדחיסה של הברגים לאורך האריזה של הגרפיט הנותר.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. מילוי והרכבת תא התגובה זהב-טיטניום בתנאים אנקסימית
<ol><li>. העמיסו את תא הכפפות<ol>
<li>הכן את מדיום התרבות בבקבוקי הנסיוב לפי סעיף 1.</li>
		<li>לעטוף את חלקי התא התגובה goldtitanium שמאוחר יותר יהיה במגע עם המדגם רדיד אלומיניום כדי למזער את כל הזיהום הפוטנציאלי.</li>
		<li>פתח ושחרר את האנטקאמבר של תיבת הכפפות, טען את כל החומר הנכנס על המגש הקדמי, וסגור ונעל את מכסה החזית.</li>
		<li>. ומציפים אותו בחנקן עם טוהר גבוה</li>
		<li>לבש זוג כפפות והתקרב ככל האפשר לכיסוי הפנימי. בטל את נעילת ופתח את המכסה הפנימי כדי להסיר את החומר הנכנס מהמגש הנייד.</li>
		<li>סגור ונעל את המכסה הפנימי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>. תמלא את תא הזהב<ol>
<li>השאר את שקית הזהב הנקיה והעמד אותו בגביע זכוכית, למשל. פתח את בקבוק הנסיוב המכיל 100 mL של תרבות חיידקית וגופרית היסודות.</li>
		<li>טלטל בעדינות את בקבוק הנסיוב והעבר את התרבות החיידקית לשקית הזהב.</li>
	</ol>
</li>
	<li>. תאסוף את תא התגובות<ol>
<li>הכנס את ראש טיטניום עם שפופרת הדגימה המצורפת טיטניום לתוך צווארון טיטניום מתוחם את השפה העליונה של השקית זהב. הערה: ודא כי משטח האיטום של החלק התחתון של החרוט של ראש טיטניום מתאים בצורה חלקה על ידי הפיכתו 90 ° הלוך ושוב.</li>
		<li>החלק את מכונת הכביסה ואת טבעת בריח הדחיסה מעל צינור טיטניום דגימה על הראש טיטניום. הערה: להפוך את הטבעת בריח הדחיסה בצווארון טיטניום על ידי 30 ° כדי ליישר את האוגן של צווארון טיטניום ואת טבעת הבריח דחף.</li>
		<li>להדק את ששת ברגים אלן באותה מידה כדי להבטיח הפצת לחץ אפילו של ראש טיטניום על השפה העליונה של שקית זהב בצווארון טיטניום (כלומר, משטח איטום של תא התגובה). הערה: יש להדק את הברגים בטבעת הדחיסה עד לחיזוק הידני, כך שהפיתול של הברגים הנגדיים מוגבר תחילה (החוצה) לפני שתמשיך בכיוון השעון.</li>
	</ol>
</li>
	<li>התקן מחדש את שסתום הדגימה בחלק העליון של צינור הטיטניום. הדק את החיבור צמוד והקפד לסגור את השסתום.</li>
	<li>להסיר את כל החלקים מתיבת הכפפות.</li>
</ol>4. הרכבת המחולל בלחץ גבוה עם תא התגובה
<ol><li>הכנס את תא התגובה. לראש הכור הערה: ההתקנה של הכור ללחץ גבוה מגיע עם חשיפה קצרה מאוד של הקצה הפתוח של שפופרת הדגימה אל האווירה הסובבת, כמו שסתום הדגימה יש להסיר כדי להנחות את הצינור דרך חותם הבורג בראש הכור. עבור ההתקנה, ראש הכור כבר צריך להיות מוצב מלחציים ספסל. זווית 45 ° מאפשרת טיפול קל יותר. התאמת חותם הדחיסה (ממוקם במיקום המרכזי של ההרכבה בלוק המדידה של ראש הכור), אשר מחזיקה את צינור הדגימה במקום, צריך להיות פתוח.<ol>
<li>הסר את שסתום דגימת טיטניום, בורג, ואת הצווארון על גבי צינור הדגימה.</li>
		<li>מדריך את הצינור עם תא התגובה המצורפת דרך החור המרכזי בראש הכור עד כ 5 ס מ של צינור לעבור דרך. החלק את הבורג הגדול מעל הצינורית והדקי את הקולר הקטן. הערה: כעת ההרכבה תא התגובה אינה יכולה להחליק חזרה דרך ראש הכור ושני הידיים חופשיות להתקין מחדש את שסתום הדגימה.</li>
		<li>. חברו מחדש את שסתום הטיטניום</li>
		<li>הדק את התאמת חותמת הדחיסה.</li>
		<li>הסר את ראש הכור ממלחציים הספסל כדי להתקין אותו על כלי המגיב.</li>
	</ol></li>
	<li>. היכונו לאטום את הכור<ol>
<li>שים את הגרפיט איטום על הכרך של כלי המגיב.</li>
		<li>מניחים בזהירות את ראש הכור עם תא התגובה המצורפת אל כלי המגיב. הערה: ראש הכור, כולל הזוג התרמי, חייב להיות ממוקם בזהירות על כלי המגיב כדי לא לפגוע בשקית הזהב או בזוג התרמותרמיים.</li>
	</ol></li>
	<li>ממלאים את כלי המגיב עם תערובת של מים מאוהים וברז (בקירוב 1:1).</li>
	<li>. אטמו את הכור<ol>
<li>בדוק את הקולר כדי לוודא כי הקצוות התחתונים של בריחים הדחיסה אינם מבצבץ מתוך האשכולות שלהם. אחרת, כלי הלחץ לא יהיה מותקן כראוי.</li>
		<li>הרם את הקולר והניחו אותו סביב הקצוות הבולטות של ממשק headvessel של הכור. הזזת הצווארון בעדינות תגרום להתאמה נאותה. סגרו את המנעולים. שמחזיקים את הקולר במקום</li>
		<li>הדקו את בריחים הדחיסה בעקבות התבנית והגדילו את הפיתול בשלבים מתונים עד לקבלת הערך הסופי המומלץ על ידי היצרן. הערה: מערכות שונות של הכור ללחץ גבוה עשוי להיות ערכי מומנט שונים.</li>
		<li>לבסוף, הדק את בריחים הדחיסה בכיוון כיוון השעון.</li>
	</ol></li>
	<li>התקן את הכור ללחץ גבוה במכשיר הנדנדה. הערה: התקנת הכור ללחץ גבוה במכשיר הנדנדה מתוארת עבור מודל מותאם אישית המיוצר במכון הפדרלי למדעי הגיאוטכנולוגיה ומשאבי טבע בהנובר, גרמניה. לכן, ההתקנה המתוארת היא מנחה כללי עבור התקנים של עיצוב דומה.<ol>
<li>הר את הכור בזהירות במכשיר נדנדה. הערה: מומלץ להחזיק את הכור ללחץ גבוה על ידי חלקי ההרכבה בלוק המדידה (למשל, מאנמטר או ברגים דגימה) תוך הנמכת אותו לתוך המכשיר נדנדה.</li>
		<li>תיקונים בכור עם שני מלחציים. מעל זוג ברגים ארוכים</li>
		<li>מניחים שיבות על כל בורג ולהדק את התפסים עם אגוזים בורג.</li>
		<li>חברו את יחידות הבקרה של הזוג התרמי, את מתמר הלחץ ואת אלמנט החימום. הערה: חשוב לוודא שכל החוטים בעלי אורך מספיק לתנועה הנדנדה ולמניעת מגע עם המשטחים המחוממים.</li>
		<li>החלק את אלמנט החימום מעל כלי המגיב והדק את נעילת הברגים. הערה: המים ללחץ המערכת נלקח מתוך מאגר עם משאבה בלחץ גבוה. הוא מועבר דרך נימים נירוסטה לתוך המחולל לחץ גבוה. הערה: מטלטל הכור הגבוה מבטיח ערבוב יסודי של תוכן תא התגובה (כלומר, הגז, הנוזלים וכל השלבים המוצקים בו). מהירות נדנדה איטית חשוב למנוע נזק שקית זהב על ידי מוצקים נעים נע או על ידי דפורמציה עקב השפעות הכבידה על הזהב גמיש בטמפרטורות גבוהות. מערכת הנדנדה יכולה להסתובב בקרוב ל 180 °.</li>
	</ol></li>
</ol>5. התחלת הניסוי
<ol><li>בדוק אם הטמפרטורה ומגבלות הלחץ בתוכנת הניטור מוגדרים לערכים הרצויים. הערה: בניסוי זה הוגדרו כ-70 ° c ו -25 MPa.</li>
	<li>. בצעו בדיקת דליפות<ol>
<li>חברו את צינור הלחץ, נימי נירוסטה, לראש הכור.</li>
		<li>להעלות את הלחץ על לחץ היעד במרווחי זמן ברורים תוך בדיקה רציפה של דליפה.</li>
		<li>החזק את הלחץ קבוע עד שקצב הזרימה של המשאבה כמעט אפס. הערה: היזהרו מהאוויר המומס, האויר הנמס במים נראה לאורך זמן רב בקריאות זרימה עדינות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הפעל את החימום לאחר בדיקת דליפה מוצלחת.<ol>
<li>התחל את הרישום של משאבות הלחץ.</li>
		<li>התאימו את נקודת ההגדרה של החימום לערך הרצוי והתחילו את החימום עם התוכנה.</li>
		<li>בדוק בקביעות את כל הפרמטרים ואת מצב המערכת.</li>
		<li>Untighten את צינור הלחץ לאחר שהגיע טמפרטורת היעד.</li>
		<li>. הפעל את מכשיר הנדנדה</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. דגימת המחולל בלחץ גבוה במצב מבצעי
<ol><li>כדי לקחת דגימה, לצרף מזרק 5 מ ל מחבר Luer Lock של שסתום הדגימה בחלק העליון של הכור ללחץ גבוה.</li>
	<li>בזהירות לפתוח את השסתום ולתת לדגימת נוזל לדחוף לתוך המזרק על ידי הלחץ בתוך המחולל לחץ גבוה. סגור את השסתום לאחר שנפח הדגימה מגיע ל-1 mL. . נתק את המזרק</li>
	<li>העבר את הדגימות במזרק מיד לתוך שפופרת 2 מ ל בתוך מכסה לעיבוד.</li>
</ol>7. ניתוח דגימת נוזלים
הערה: רק השלבים עבור שיטת הפעולה הנפוצה ביותר (כלומר, סעיף 7.1) מתוארים כאן בפרוטרוט ומוזכרים בסרטון, משום שהשלבים האחרים הם הליכי תפעול סטנדרטיים במיקרוביולוגיה.
<ol><li>השתמש בקביעת שיטת הפרו כדי לקבוע את הריכוז של ברזל ברזלי מומס (Fe2 +(aq)) ואת הברזל הכולל (feעד)15.<ol>
<li>הכן סדרה של פתרונות סטנדרטיים ברזל ברזלי על ידי המסת כמויות ידועות של FeSO4· 7 H2O במים.</li>
		<li>מערבבים 50 μL של רמות סטנדרטיות אלה עם 1 mL של פתרון מגנטי 1 M. הערה: תגובת הפרואזין עם ברזל ברזלי מומס צורות מורכב סגול. העוצמה של הצבע התואם את הריכוז ברזל ברזלי.</li>
		<li>הקמת עקומת כיול בין ריכוז ברזל ברזלי וספיגת מתחם ברזל-פראזין.</li>
		<li>חישוב הריכוז של ברזל ברזלי של מדגם משתי מדידות מקבילות לפי העקומה הסטנדרטית הוקמה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לנתח את ערך ה-pH ואת הפוטנציאל חמצון/הפחתת (ORP) עם מטרים pH/redox דיגיטלית עם אלקטרודות חצי מיקרו pH, אלקטרודה כלוריד כסף, בהתאמה.</li>
	<li>הרוזן תאים פלנקטון ישירות באמצעות מיקרוסקופ אור עם תא thoma.</li>
	<li>חקירת מורפולוגיה של התאים באמצעות סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM).<ol>
<li>מסנן תאים פלנקטון גדל בתנאים שונים באמצעות מסנן גודל 0.1-0.2 יקרומטר של הנקבוביות.</li>
		<li>מייבשים דגימות עם אצטון ולאחסן אותם לילה ב 4 ° צ' ב 90% אצטון.</li>
		<li>נגב את דגימות לפי נקודה קריטית ייבוש ומעילים אותם עם גרפיט או זהב.</li>
		<li>בחן דגימות עם פליטת שדה סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים (FE-SEM) ב 10 kV.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Johnson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomining+goes+underground.">Biomining goes underground.</a> Nature Geoscience. 8 (3), 165-166 (2015).</li><li>Bellenberg, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manipulation+of+pyrite+colonization+and+leaching+by+iron-oxidizing+Acidithiobacillus+species.">Manipulation of pyrite colonization and leaching by iron-oxidizing Acidithiobacillus species.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 99 (3), 1435-1449 (2014).</li><li>Christel, S., Fridlund, J., Watkin, E. L., Dopson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acidithiobacillus+ferrivorans+SS3+presents+little+RNA+transcript+response+related+to+cold+stress+during+growth+at+8+&#176;C+suggesting+it+is+a+eurypsychrophile.">Acidithiobacillus ferrivorans SS3 presents little RNA transcript response related to cold stress during growth at 8 &#176;C suggesting it is a eurypsychrophile.</a> Extremophiles. 20 (6), 903-913 (2016).</li><li>Dopson, M., Ossandon, F. J., Lovgren, L., Holmes, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+resistance+or+tolerance?+Acidophiles+confront+high+metal+loads+via+both+abiotic+and+biotic+mechanisms.">Metal resistance or tolerance? Acidophiles confront high metal loads via both abiotic and biotic mechanisms.</a> Frontiers in Microbiology. 5, 157 (2014).</li><li>Schippers, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomining:+metal+recovery+from+ores+with+microorganisms.">Biomining: metal recovery from ores with microorganisms.</a> Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. 141, 1-47 (2014).</li><li>Shiers, D., Ralph, D., Bryan, C., Watling, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Substrate+utilisation+by+Acidianus+brierleyi,+Metallosphaera+hakonensis+and+Sulfolobus+metallicus+in+mixed+ferrous+ion+and+tetrathionate+growth+media.">Substrate utilisation by Acidianus brierleyi, Metallosphaera hakonensis and Sulfolobus metallicus in mixed ferrous ion and tetrathionate growth media.</a> Minerals Engineering. 48, 86-93 (2013).</li><li>Zhang, R., Hedrich, S., Ostertag-Henning, C., Schippers, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+elevated+pressure+on+ferric+iron+reduction+coupled+to+sulfur+oxidation+by+biomining+microorganisms.">Effect of elevated pressure on ferric iron reduction coupled to sulfur oxidation by biomining microorganisms.</a> Hydrometallurgy. 178, 215-223 (2018).</li><li>Dickson, F., Blount, C. W., Tunell, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+hydrothermal+solution+equipment+to+determine+the+solubility+of+anhydrite+in+water+from+100+degrees+C+to+275+degrees+C+and+from+1+bar+to+1000+bars+pressure.">Use of hydrothermal solution equipment to determine the solubility of anhydrite in water from 100 degrees C to 275 degrees C and from 1 bar to 1000 bars pressure.</a> American Journal of Science. 261 (1), 61-78 (1963).</li><li>Seyfried, W., Gordon, P., Dickson, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+reaction+cell+for+hydrothermal+solution+equipment.">A new reaction cell for hydrothermal solution equipment.</a> American Mineralogist. 64 (5-6), 646-649 (1979).</li><li>Cross, M. M., Manning, D. A., Bottrell, S. H., Worden, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermochemical+sulphate+reduction+(TSR):+experimental+determination+of+reaction+kinetics+and+implications+of+the+observed+reaction+rates+for+petroleum+reservoirs.">Thermochemical sulphate reduction (TSR): experimental determination of reaction kinetics and implications of the observed reaction rates for petroleum reservoirs.</a> Organic Geochemistry. 35 (4), 393-404 (2004).</li><li>Frerichs, J., Rakoczy, J., Ostertag-Henning, C., Kru&#776;ger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viability+and+adaptation+potential+of+indigenous+microorganisms+from+natural+gas+field+fluids+in+high+pressure+incubations+with+supercritical+CO2.">Viability and adaptation potential of indigenous microorganisms from natural gas field fluids in high pressure incubations with supercritical CO2.</a> Environmental Science &amp; Technology. 48 (2), 1306-1314 (2014).</li><li>Heeschen, K., Risse, A., Ostertag-Henning, C., Stadler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+co-captured+gases+in+the+underground+storage+of+CO2:+Quantification+of+mineral+alterations+in+chemical+experiments.">Importance of co-captured gases in the underground storage of CO2: Quantification of mineral alterations in chemical experiments.</a> Energy Procedia. 4, 4480-4486 (2011).</li><li>Wakeman, K., Auvinen, H., Johnson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbiological+and+geochemical+dynamics+in+simulated-heap+leaching+of+a+polymetallic+sulfide+ore.">Microbiological and geochemical dynamics in simulated-heap leaching of a polymetallic sulfide ore.</a> Biotechnology and Bioengineering. 101 (4), 739-750 (2008).</li><li>Pakostova, E., Grail, B. M., Johnson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Indirect+oxidative+bioleaching+of+a+polymetallic+black+schist+sulfide+ore.">Indirect oxidative bioleaching of a polymetallic black schist sulfide ore.</a> Minerals Engineering. 106, 102-107 (2017).</li><li>Lovley, D. R., Phillips, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+assay+for+microbially+reducible+ferric+iron+in+aquatic+sediments.">Rapid assay for microbially reducible ferric iron in aquatic sediments.</a> Applied and Environmental Microbiology. 53 (7), 1536-1540 (1987).</li><li>Parkes, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prokaryotes+stimulate+mineral+H2+formation+for+the+deep+biosphere+and+subsequent+thermogenic+activity.">Prokaryotes stimulate mineral H2 formation for the deep biosphere and subsequent thermogenic activity.</a> Geology. 39 (3), 219-222 (2011).</li><li>McCollom, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abiotic+methane+formation+during+experimental+serpentinization+of+olivine.">Abiotic methane formation during experimental serpentinization of olivine.</a> Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 113 (49), 13965-13970 (2016).</li><li>Pester, N. J., Conrad, M. E., Knauss, K. G., DePaolo, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+D/H+isotope+fractionation+between+molecular+hydrogen+and+water.">Kinetics of D/H isotope fractionation between molecular hydrogen and water.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 242, 191-212 (2018).</li><li>Rosenbauer, R. J., Thomas, B., Bischoff, J. L., Palandri, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+sequestration+via+reaction+with+basaltic+rocks:+Geochemical+modeling+and+experimental+results.">Carbon sequestration via reaction with basaltic rocks: Geochemical modeling and experimental results.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 89, 116-133 (2012).</li><li>Knauss, K. G., Copenhaver, S. A., Braun, R. L., Burnham, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrous+pyrolysis+of+New+Albany+and+Phosphoria+Shales:+production+kinetics+of+carboxylic+acids+and+light+hydrocarbons+and+interactions+between+the+inorganic+and+organic+chemical+systems.">Hydrous pyrolysis of New Albany and Phosphoria Shales: production kinetics of carboxylic acids and light hydrocarbons and interactions between the inorganic and organic chemical systems.</a> Organic Geochemistry. 27 (7-8), 477-496 (1997).</li><li>Parkes, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Culturable+prokaryotic+diversity+of+deep,+gas+hydrate+sediments:+first+use+of+a+continuous+high-pressure,+anaerobic,+enrichment+and+isolation+system+for+subseafloor+sediments+(DeepIsoBUG).">Culturable prokaryotic diversity of deep, gas hydrate sediments: first use of a continuous high-pressure, anaerobic, enrichment and isolation system for subseafloor sediments (DeepIsoBUG).</a> Environmental Microbiology. 11 (12), 3140-3153 (2009).</li></ol>

. למחברים אין מה לגלות

השיטה המוצגת לניסויים בלחץ גבוה של תגובות חיידקים בתוך פתרונות חומצי היה כלי רב עוצמה כדי לדמות תהליכים תת-מgeomicrobiological עמוקים בסביבת מעבדה.
ישנם מספר צעדי עבודה ידניים מעורבים, שחלקם דורשים תשומת לב מיוחדת. בתור הערה כללית, אין להשתמש בכוח מופרז בעת הרכבת החלקים הבודדים של תא הזהב-טיטניום הגמיש וראש הכור (סעיפים 3 ו-4). אם המפרט של היצרן (לדוגמה, עבור לחץ מרבי, טמפרטורה, מומנט כוח), המערכת תתעלם ממנה, דליפת דליפה ו/או חומר עלול להיגרם.
ניקוי חלקי זהב וטיטניום (סעיף 2.2) הוא צעד הכרחי לעבודה, לא רק עבור ניסוי זה, אלא במיוחד עבור ניסויים הכרוכים (ב-) תגובות אורגניות. שרידים מניסויים קודמים בתא הזהב עלולים לגרום לתגובות בלתי רצויות ולכן ממתח תוצאות. כאשר התאספו תא זהב טיטניום מותקן בראש הכור, עדיף לעבוד במהירות ובדיוק, כי בזמן זה כמויות קטנות של חמצן יכול להיכנס לתא זהב. סגירת שסתום הדגימה לפני היציאה כפפות הוא מידה הראשון טוב כדי למזער את החליפין בין אווירת הסביבה עם הפנים של תא זהב.
לאחר הכור ממוקם במכשיר נדנדה, חשוב להגדיר את מהירות התנועה נדנדה ~ 170 °/min. אם המחולל לחץ גבוה נע מהר מדי, קרע של תא הזהב עלול לקרות עקב השפעות הכבידה או הקצוות חדים של משקעים או דגימות סלע בעת שימוש.
ניתן להשתמש בשיטה זו בשדות מחקר נוספים. תא התגובה הגמיש של טיטניום הזהב מכיל את הפוטנציאל לשמש לקבוצה מגוונת של חקירות מדעיות9 ללמוד תגובות בלחץ ובטמפרטורה גבוהות ובנוזלים מאוד מאכל או גזים.
מיקרואורגניזמים במשטח התת עמוק בטמפרטורות מעל 70 ° c בנוכחות של משטחים מינרליים עשוי לעורר את הייצור של מימן מולקולרי או חומצות אורגניות כמו אצטט גם תחת לחץ גבוה16. מוצרים אלה, ותרכובות אחרות, עשוי לגרום לפעילות מיקרוביאלית מוגבר במהלך התהליכים bioleaching באתרו, בנוסף תרכובות גופרית נחקר במחקר זה.
היישומים כוללים קביעת מסיסות של גזים ויונים בנוזלים מימיים, תגובות גיאוכימיות בתנאים של מערכות אוורור הידרותרמיות17, הקוונפיקציה של שבירה איזוטופ18, תגובות GEOCHEMICAL במהלך CO 2 קיבוע על19, תהליכים אביוטיים במהלך היווצרות של נפט וגז בתוך סלעי מקור20, ותגובות חיידקים בלחצים מוגבה במשטח המשנה21 כמו במחקר הנוכחי.

במהלך העשור האחרון, המאמצים למזער את ההשפעה של הכרייה על הסביבה גדלו. כריית בור פתוח עבור הפקת חומרי גלם של עפרות (g., עשיר בנחושת הגופרתי), משפיע על הנוף שמסביב על ידי פעילויות החפירה ועל ידי כמויות גדולות של סלעי פסולת ושרידי עפרות מעובד לאחר החילוץ של יקר מתכות כמו נחושת. מיצוי הנחושת ישירות עפרות במשטח המשנה באופן משמעותי להפחית את ההשפעות האלה. הטכנולוגיה של ביוניג באתרו היא מועמד מבטיח לתהליך1. פרסום זה מתאר את השימוש בפעילות גירוי מיקרוביאלית כדי לחלץ את המתכות יקרות מן עפרות לתוך פתרון מימית במשטח המשנה. לפיכך, פתרון עשיר בנחושת ניתן לשאוב בקלות בחזרה אל פני השטח כדי לרכז עוד יותר את המתכת, למשל.
הפעילות של מיקרואורגניזמים עפרת-leaching כבר נחקרו במעבדות רבות עבור מגוון מגוון של פרמטרים2,3,4,5,6. עם זאת, השפעות הלחץ על הפעילות החיידקים כתוצאה ההבדל בין תנאי מעבדה משטח הסביבה (ליד 1 בר) ואת תת משטח בעומק של 1,000 m עם תנאים הידרוסטטיים (~ 100 בר), אינם מתועדים היטב. לכן, השפעות הלחץ על הפחתת ברזל מיקרוביאלית נחקרו באמצעות שדרות ניסיוני שונים7. כאן, הטכניקה המתאימה ביותר מתוארת בפרוטרוט.
כורים בלחץ גבוה השתמשו בהרחבה כדי ללמוד תגובות ללחצים וטמפרטורות המתרחשות על פני השטח של כדור הארץ. כורים כאלה מורכבים מכלי המגיב בתחתית שיכול להכיל דגימת נוזל עם תרבות מיקרוביאלית. יושב על גבי כלי המגיב, ראש הכור מציע מגוון רחב של חיבורים וממשקים עבור אמצעי בטיחות וחיישנים ניטור (למשל, טמפרטורה או לחץ). כורים בלחץ גבוה עשויים נירוסטה. חומר זה מציע עמידות גבוהה ומאפיינים שבבי טוב, אבל עמידות קורוזיה של משטח נירוסטה אינו מספיק עבור כל יישום. לדוגמה, אם מדובר בחומרים חומציים ביותר או בעלי הפחתה גבוהה ביותר של פתרונות מימית, ייתכנו תגובות משמעותיות של תרכובות העניין עם קיר הכור. אחת הדרכים למנוע את זה היא להכניס אניה לתוך כלי המגיב, למשל אניה עשוי זכוכית בורוסיליקט7. זה קל לנקות והוא יכול להיות מעוקר על ידי אוטוקלינג. בנוסף, הוא אינו מותקף על ידי חומצי או הפחתת פתרונות מימית. למרות אניה יכול לעזור למנוע תגובות מלאכותיות של הפתרון או חיידקים בפתרון עם קיר הכור נירוסטה, מספר בעיות נותרו. עבור אחד, אם נוצר גז מאכל, כגון מימן גופרתי המיוצר על ידי חיידקים להפחתת סולפט, גז זה עשוי להגיב עם המשטח נחשף של ראש הכור יושב מעל אניה. חיסרון נוסף הוא שלא ניתן למשוך דגימה מהכור תוך שמירה על הלחץ.
כדי להתגבר על מגבלות אלה, תאים מיוחדים התגובה גמיש בתוך כורים בלחץ גבוה פותחו עבור מגוון רחב של יישומים. תאשמונה גמיש פוליטפלואורואתילן תוכנן ללימודי מסיסות של מלחים בבררינות מלוחים מאוד. עם זאת, המגבלה של מערכת זו היא כי גזים מסוימים יכולים בקלות לחלחל החוצה. בנוסף, לחומר זה עדיין יש יציבות בטמפרטורה נמוכה יחסית. כך, המערכת שופרה על ידי עיצוב שקית זהב גמיש עם ראש טיטניום9 להיות ממוקם בתוך המחולל נירוסטה בלחץ גבוה. משטח הזהב עמיד בפני קורוזיה מפני מוצרים חומציים או מצמצמים של גזים. משטח טיטניום הוא גם מאוד אינרטי כאשר פסיב ביסודיות כדי ליצור שכבת טיטניום דו חמצני רציפה. במהלך הדגימה מתא התגובה הזה דרך שפופרת מחובר לדגימת טיטניום, שקית הזהב מתכווץ בווליום. הלחץ הפנימי של המערכת מתוחזק על ידי שאיבה באותו נפח של מים, כפי שהוא מסתגר על ידי דגימה, לתוך הכור פלדת אל-חלד בלחץ גבוה להתאים את התא התגובה. המדגם בתוך תא התגובה נשמרת בתנועה על ידי הנדנדה או הטיית הכור בלחץ גבוה על ידי יותר מ 90 ° במהלך הניסוי.
תא התגובה מורכב החלקים מתוארים באיור 1: שקית זהב, צווארון טיטניום, ראש טיטניום, נירוסטה מכונת כביסה, הנעל טיטניום טבעת, שפופרת דגימה טיטניום עם בלוטות הנירוסטה וקולרים עבור הלחץ הגבוה וה חיבורים משורשרות משני הצדדים ושסתום הטיטניום. שקית זהב הוא גליל זהב (Au 99.99) תא עם עובי קיר של 0.2 מ"מ, קוטר החיצוני של 48 מ"מ, ואורכו של 120 מ"מ.
כל חלקי טיטניום מותאמים אישית על ידי סדנת מתוך כיתה טיטניום 2 מוטות. הממדים של טבעת הצווארון, הראש, המכונת כביסה והדחיסה גלויים באיור 2. שפופרת דגימה טיטניום הוא נימי של טיטניום עם קוטר חיצוני של 6.25 מ"מ ועובי הקיר של 1.8 מ"מ, והתוצאה היא קוטר פנימי של 2.65 מ"מ. הוא קבוע לתוך הראש טיטניום שסתום טיטניום על ידי בלחץ גבוה התקשרויות והליכי משורשרות להבטיח גושפנקה של טיטניום נגד טיטניום משטחים. שסתום טיטניום בלחץ גבוה מצויד גזע פתיחה איטית כדי לאפשר פתיחה מבוקרת מאוד או דגימה אפילו בלחץ גבוה. מערכת זו שימש במחקרים רבים10,11,12.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Merck</td>
			<td>100013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaN2O6</td>
			<td>Fluka</td>
			<td>31218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conax compression seal fittings</td>
			<td>Conax Technologies</td>
			<td>PG2-250-B-G</td>
			<td>sealant could be selected according to temperatures in experiment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper paste</td>
			<td>Caramba</td>
			<td>691301</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper paste</td>
			<td>CRC</td>
			<td>41520</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CoSO4x7H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>10026-24-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CrKO8S2x12H2O</td>
			<td>Roth</td>
			<td>3535.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CuSO4x5H2O</td>
			<td>Riedel de Haen</td>
			<td>31293</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable cuvettes</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>z330388</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol absolute</td>
			<td>Roth</td>
			<td>9065.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FE-SEM</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>model no. JSM-6330F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrozine</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>180017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe2(SO4)3x7H2O</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>33316</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeSO4x7H2O</td>
			<td>Merck</td>
			<td>103965</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold cell</td>
			<td>Hereaus GmbH</td>
			<td></td>
			<td>manufactured according to dimensions supplied by customer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-pressure reactor</td>
			<td>PARR Instruments</td>
			<td>model no. 4650 Series</td>
			<td>reactors from other vendors could be used, too</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-pressure syringe pump</td>
			<td>Teledyne ISCO</td>
			<td>DM-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl</td>
			<td>Roth</td>
			<td>6331.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HNO3</td>
			<td>Fluka</td>
			<td>7006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H3BO3</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B6768</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P9541</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>Merck</td>
			<td>104873</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-(+)-Ascorbic acid/Vitamin C</td>
			<td>Applichem</td>
			<td>A1052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light microscope</td>
			<td>Leica DM3000</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgSO4x7H2O</td>
			<td>Merck</td>
			<td>105886</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(NH4)2SO4</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A4418</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaMoO4x2H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>331058</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaO3Sex5H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>00163</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaO3V</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>590088</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2SO4</td>
			<td>Merck</td>
			<td>106649</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2WO4x2H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>72069</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NiSO4x6H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>31483</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Omnifix Luer</td>
			<td>BRAUN</td>
			<td>4616057V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Redox potential meter</td>
			<td>WTW</td>
			<td>ORP portable meter</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Safe-Lock Tubes, 2 mL</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>0030120094</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum bottle</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>33110-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>model no. GENESYS 10S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterican Hypodermic needle</td>
			<td>BRAUN</td>
			<td>4657519</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stoppers</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>27234</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfur powder</td>
			<td>Roth</td>
			<td>9304</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thoma Chamber</td>
			<td>Hecht-Assistent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium parts of reaction cell</td>
			<td>Titan-Halbzeug GmbH</td>
			<td>121-238</td>
			<td>manufactured by workshop at BGR according to dimensions supplied from Titanium grade 2 rods from Titan-Halbzeug GmbH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium valve</td>
			<td>Nova Swiss Technologies</td>
			<td>ND-5002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Whatman membrane filters nylon</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>WHA7402004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZnSO4x7H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>Z4750</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using flexible gold-titanium reaction cells to simulate pressure-dependent microbial activity in the context of subsurface biomining

לימודי מעבדה בחקר תהליכי מיקרוביאלית של פני השטח, כגון מתכת המעכבות בפיקדונות עפרות עמוק (ביונינג), לחלוק מכשולים משותפים ומאתגרים, כולל תנאי הסביבה המיוחדים שצריך לשכפל, למשל, לחץ גבוה ובמקרים מסוימים פתרונות חומציים. הראשון מחייב התקנה ניסיונית המתאימה ללחץ של עד 100 bar, בעוד האחרון דורש מכולה נוזלית עם עמידות כימית גבוהה מפני תגובות כימיות ובלתי רצויות של קורוזיה עם קיר המיכל. כדי לעמוד בתנאים אלה עבור יישום בתחום של ביונינג באתרו, מיוחד גמיש זהב-טיטניום התגובה בתוך המחולל ללחץ גבוה נדנדה שימש במחקר זה. המערכת המתוארת מאפשרת סימולציה של ביוניג באתרו באמצעות הפחתת ברזל מונחה גופרית באמצעות בקרת שליטה, מבוקרת לחץ, כימית בסביבה ניסיוני מאוד. תא התגובה הגמיש זהב-טיטניום יכול להכיל עד 100 mL של פתרון לדוגמה, אשר ניתן לטעום בכל נקודת זמן נתון בעוד המערכת שומרת על הלחץ הרצוי. ניתן לבצע ניסויים בצירי זמן החל משעות עד חודשים. הרכבת מערכת המחולל לחץ גבוה די זמן רב. עם זאת, כאשר תהליכים מורכבים ומאתגרים (מיקרוביולוגית) המתרחשים במשטח התחתי העמוק של כדור הארץ, יש לחקור במעבדה את היתרונות של מערכת זו, הגוברים על החסרונות. התוצאות מצאו, כי גם בלחץ גבוה את החיידקים הוא פעיל, אך בקצב חילוף החומרים נמוך באופן משמעותי.

תוצאות של ניסוי המחולל בלחץ גבוה עם תא התגובה מיוחד זהב-טיטניום להראות כי התרבות מעורבת מיקרוביאלית של מאסינים תחמוצת גופרית מופחתת ברזל ferric כדי ברזל ברזלי (איור 3).
בשניהם 1 בר או 100 בתנאי לחץ בר, התרבויות היה שלב השהיה כאשר גדלו בתוך תא התגובה זהב טיטניום. לאחר תקופה זו, עלייה מהירה בריכוז ברזל ברזלי מתוך כ 9 מ"מ עד 31 מ"מ התרחשה בתרבות גדל 1 בר. במהלך הדגירה של 22 ימים, ~ 31 מ"מ ו -13 מ"מ של ברזל ברזלי אותרו בבית הספר 1 bar ו-100 bar, בהתאמה. זה מוכיח בבירור כי התאים החיידקים היו פעילים ב 100 bar, אבל הפעילות שלהם להפחתת ברזל היתה נמוכה באופן משמעותי בלחץ גבוה. בדיקות abiotic שנערכו בצינורות Hungate ובקבוקי סרום לא הראו הפחתת ברזל ferric ב 1 בר ו-100 בר.
התמונות מיקרוסקופ האלקטרונים סריקה (איור 4) להראות תאים בצורת מוט גדל ניסויים בלחץ נמוך וגבוה. אין שינוי משמעותי במבנה התא נצפתה ב 1 בר לעומת 100 bar. עם זאת, צמיחת התא היה מעוכב ללא ספק על ידי הלחץ הגבוה, כמו מספר הטלפון היה 1.3 x 108 תאים/ml ב 1 בר בהשוואה ל 4.5 x 107 תאים/ml ב 100 בר7. נתונים אלה הם המקבילה עם הבדיקות שנעשו צינורות Hungate7. לפיכך, תא התגובה הגמיש של טיטניום הזהב עצמו לא השפיע על צמיחת התאים והיה מתאים לבדיקות גידול חיידקים.
התוצאות מראות כי מיקרואורגניזמים bioleaching פעילים גם בלחץ גבוה של 100 בר, אשר רלוונטי מאוד עבור ביונינג באתרו, כי תנאים כאלה מתרחשים הפקדות עפרות עמוק בעומק מתחת 1,000 m7.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig1.jpg"> איור 1: סקירה של חלקי התא התגובה. מלמטה למעלה: שקית זהב, צווארון טיטניום, ראש טיטניום, מכונת כביסה, טיטניום בריח לדחיסת הטבעת, שפופרת דגימה טיטניום עם בלוטות וקולרים עבור הלחץ הגבוה התחברות הליכי משני הצדדים, ואת שסתום טיטניום עם מתאם לחיבור מזרק מנעול Luer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig2.jpg"> איור 2: ציורים ממדיים של חלקי טיטניום מאצ מוטות של כיתה טיטניום 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig3.jpg"> איור 3: שינויים של ריכוזי ברזל ברזלי בתא התגובה זהב-טיטניום עם תרבות ברזל-אוקסיגון הברזל. התאים טיפחו anaerobically ב -30 ° c. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig4.jpg"> איור 4: מורפולוגיה של תרבות הברזל ברזלי ברזל גדל ב 1 בר 100 בר. התאים טיפחו anaerobically ב -30 ° c. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Using Flexible Gold-Titanium Reaction Cells to Simulate Pressure-Dependent Microbial Activity in the Context of Subsurface Biomining at JoVE.com

Using Flexible Gold-Titanium Reaction Cells to Simulate Pressure-Dependent Microbial Activity in the Context of Subsurface Biomining

פרוטוקול זה מתאר ניסויים מיקרוביאלית תחת לחצים מוגבה ללמוד תהליכי ביוניג באתרו. הגישה הניסיונית מעסיקה כור בלחץ גבוה נדנדה מצויד תא התגובה זהב-טיטניום המכיל תרבות מיקרוביאלית של חומצי, ברזל עשיר בברזל.

שימוש גמיש זהב-טיטניום תגובת התאים כדי לדמות פעילות מיקרוביאלית תלויי לחץ בהקשר של ביוניג תת משטח

Laboratory studies investigating subsurface microbial processes, such as metal leaching in deep ore deposits (biomining), share common and challenging ...

Biomining מתאר Bioleaching מיושם להפקת נחושת ומתכות לחץ אחרות מסלעים על ידי המסת סולפטידים מתכת בעזרת חיידקים אסידופיליים. לדוגמה, נחושת היא מחפרות coopashefa ניתן לחלץ עם חיידק זה על ידי המסת סולפטידים. ואז נוצר פתרון עשיר בנחושת גופרתית שממנו ניתן לחלץ את הנחושת בקלות.ביומינינג situ הוא מיצוי של מתכות בעזרת חיידקים ללא צורך בחפירה וכרייה פעילויות מתחת לאדמה או בבור פתוח. במקום זאת, פתרון חומצי עשיר בברזל נשאב למטה במבנה הסלע, סולפטי מתכת מתמוססים והתמיסה העשירה במתכת נשאבת חזרה לפני השטח שממנה ניתן לחלץ מתכות. בניסוי המסוים הזה, יש תא כור בלחץ גבוה שמדמה את התנאים למטה במבנה העמוק.חיידקים נחקרים ופעילותם קשורה להפחתת ברזל יחד עם החמצון של תרכובות גופרית, ובמיוחד אנו מעוניינים לראות עד כמה התאים פעילים תחת לחץ גבוה, וכיצד התעריפים שלהם משתנים תחת הלחץ. עבור הניסויים, כור בלחץ גבוה, כפי שמתואר כאן, יכול לשמש, והוא יכול לדמות תנאי לחץ עד 350 ברים. החלק התחתון של כור בלחץ גבוה מורכב מכלי כור, אשר יכול להכיל מדגם נוזלים עם תרבות מיקרוביאלית.ראש הכור מציע מגוון רחב של חיבורים לאמצעי בטיחות וחיישני ניטור. לדוגמה, טמפרטורה או לחץ בתוך הכור. רוב הכורים בלחץ גבוה עשויים מפלדת אל-חלד.חומר זה מציע עמידות גבוהה ומאפייני עיבוד שבבי טובים. עם זאת, עבור יישומים מסוימים כגון ניסויים עם פתרונות מים חומציים או הפחתת מאוד, עמידות בפני קורוזיה של משטח נירוסטה לא יכול להיות מספיק. אחת הדרך להימנע מכך היא להכניס אניה לתוך כלי הכור.הנה, אניה עשויה מטפלון. טפלון יש עמידות גבוהה בפני קורוזיה, אבל זה מגיע עם סיכון גבוה יותר של זיהום, כפי שהוא לא יכול להיות מעקר על ידי autoclaving ופנים ברזל עלול לזרז על פני השטח שלה. חומר אניה נוסף שניתן להשתמש בו הוא זכוכית קוורץ.זה קל לנקות, ניתן לעקר על ידי autoclaving, והוא מושפע פחות על ידי פתרונות חומציים או צמצום מים למרות חומר אניה יכול לעזור למנוע תגובות לא רצויות של מדגם עם קיר כור נירוסטה, מספר בעיות נותרו. אם נוצר גז מאכל, למשל מימן גופרתי, גז זה עשוי להגיב עם המשטח שנחשף של ראש הכור היושב מעל אניה. חיסרון נוסף הוא שלא ניתן למשוך דגימה מהכור מבלי לשנות את הלחץ.כדי להתגבר על מגבלות אלה, השתמשנו בתא תגובה מיוחד, שקית זהב גמישה עם ראש טיטניום. משטח הזהב עמיד בפני קורוזיה כלפי פתרונות וגזים חומציים או מפחיתים. גם משטח הטיטניום מאוד לא פעיל.מתי ליצור שכבת טיטניום דו-חמצני רציפה, כאן גלוי בכחול כהה. במהלך הדגימה, שקית הזהב מתכווצת בנפח. אין להפחית את נפח שקית הזהב ביותר מ-50% כדי למנוע היווצרות של סטיות וקצוות חדים.חלקים המוצגים כאן הם החלקים הבודדים של ההתקנה הפנימית של ניסוי שקית הזהב. ניתן לראות, מלמטה למעלה, את תא התגובה של שקית הזהב הגמישה, את מערכת איטום הטיטניום, המורכבת מראש טיטניום, מכונת כביסה וטבעת מודגשת דחיסה, ואת צינור הדגימה ואת השסתום כדי לגשת לתא התגובה במהלך מצב הפעולה. עכשיו, אנחנו מעבירים את הדגימה לתא תגובת טיטניום זהב.ראשית, לפתוח ולפתוח את התא הריק, טען את כל החומר הנכנס על המגש מטלטלין. סגור ונעל את המכסה הקדמי. לאחר פינוי האנטי-תא, לבשו את זוג הכפפות והתקרבו לכיסוי הפנימי.בטל את הנעילה ופתח את המכסה הפנימי כדי להסיר את החומר הנכנס מהמגש הניתן להזזה. תנקה את שקית הזהב הנקייה ותאבטח את מעמדה. פתח את בקבוק הסרום המכיל 100 מ"ל של תרבות חיידקית וגופרית יסודית.לנער בעדינות את בקבוק הסרום ולהעביר את התרבות החיידקית לתוך שקית הזהב. הכנס את ראש טיטניום עם צינור הרכבה לתוך כיסוי טיטניום על שקית הזהב. לאחר מכן, החלק את מכונת הכביסה ואת הטבעת הנועזת של הדחיסה מעל צינור דגימת הטיטניום.הדקו את ששת בורגי האדון באותה מידה כדי להבטיח חלוקת לחץ שווה של כובע הטיטניום על השפה העליונה של שקית הזהב בכיסוי הטיטניום. זהו משטח האיטום של תא התגובה טיטניום זהב. התקן מחדש את שסתום הדגימה בחלק העליון של צינור הטיטניום.הדק את יד החיבור בחוזקה. לאחר מכן, הקפד לסגור את השסתום. עכשיו, חתיכת הליבה של הכור בלחץ גבוה מורכבת במלואה ו ניתן להתקין אותה בכובע הכור.עכשיו, ההתקנה של הכור בלחץ גבוה יכולה להתקיים. זה מגיע עם חשיפה קצרה מאוד של הקצה הפתוח של צינור הדגימה לאטמוספירה שמסביב, כמו שסתום הדגימה יש להסיר כדי לקבל את הצינור דרך חותם הבורג בראש הכור. תפסיק להסיר את שסתום הדגימה והברגים מצינור הדגימה.מדריך הצינור דרך ראש הכור, להחליק את הבורג הגדול מעל הצינור, ולהדק את הכיסוי הקטן. עכשיו הרכבה תא התגובה לא יכול להחליק בחזרה דרך ראש הכור ואת שתי הידיים חופשיים להתקין מחדש את שסתום הדגימה. הסר את ראש הכור מהספסל סגן להתקין אותו על כלי הכור.ראש הכור, כולל הזוג התרמי, צריך להיות ממוקם בזהירות על כלי הכור, לא לפגוע בשקית הזהב או הזוג התרמי. לבסוף, הכיסוי החזק, המצויד בטבעת מפוצלת ובברגי דחיסה, קבוע סביב ראש הכור וכלי השיט כדי לאטום כראוי את המערכת. הכור בלחץ גבוה מותקן בקפידה במכשיר הנדנדה כדי למנוע פציעות פוטנציאליות, במיוחד חבורות של אצבעות.הכור בלחץ גבוה מקובע על ידי שני מלחציים מחליקים מעל זוג ברגים. שוטפים ואגוזים בורג להחזיק את המהדקים במקום. חבר את יחידות הבקרה לזוג התרמי ואת חיישן הלחץ.חשוב להבטיח את האורך המספיק של החוטים עבור תנועת הנדנדה, תוך מניעת התוכן שלה כדי לחמם את המשטחים שלה. לבסוף, החלק את גוף החימום מעל כלי הכור, והדק את מנעול הברגים שלו. המים כדי ללחוץ על המערכת נלקחים ממאגר על ידי משאבה בלחץ גבוה.הוא מועבר דרך נימי נירוסטה לתוך הכור בלחץ גבוה. נדנדה של הכור בלחץ גבוה מבטיח ערבוב יסודי של תא התגובה. לדוגמה, של שלבי הגז, הנוזלים ו/או המוצקים בו.מהירות הנדנדה האיטית יותר חשובה כדי למנוע נזק של שקית הזהב על ידי מוצקים הנעים במהירות, או על ידי היווצרות בשל השפעות הכבידה על הזהב הגמיש בטמפרטורות גבוהות. המערכת שלנו מסוגלת להסתובב על הזווית המסומנת בירוק וצהוב על המחוון, שהוא קרוב ל 180 מעלות. פרמטרים ניסיוניים נרשמים בו-זמנית על-ידי תוכנה.כדי לקחת דגימה, מזרק 5 מיליליטר מחובר לממשק המנעול הקטן של שסתום הדגימה בחלק העליון של הכור בלחץ גבוה. פתח את השסתום בזהירות. דגימת הנוזל נדחפת לתוך המזרק באופן אוטומטי על ידי לחץ יתר בתוך תא התגובה.סגור את השסתום לאחר נפח המדגם מגיע מיליליטר אחד. נתק את המזרק. הדגימה במזרק מועברת מיד לצינור של שני מיליליטר להמשך עיבוד.קביעת ההפחתה המיקרוביאלית של ברזל ברזל ברזלי בתא התגובה מושגת על ידי ניתוח פוטומטרי. סדרה של פתרונות סטנדרטיים ברזל ברזל ברזל המכיל קומפלקס ברזל ברזל בצבע סגול תלוי מחוון, ברזל פרוקנים, משמש כסוכן כיול. תוצאות ניסוי כור בלחץ גבוה עם תא תגובה מיוחד טיטניום זהב להראות כי החיידקים מחמצן גופרית ברזל כי יש השפעה משמעותית על הלחץ.בנתון, העלייה של ריכוזי ברזל על פני תקופה של 22 ימים מוצג לניסוי שנערך בלחצים של בר אחד 100 בר. בערך, 31 ו 13 מילימול של ברזל ברזל זוהו בהודעות בבר אחד ו 100 בר, בהתאמה. זה מראה בבירור כי תאים מיקרוביאליים היו פעילים אפילו ב 100 בר, אבל כי פעילות הפחתת ברזל שלהם היה נמוך באופן משמעותי בלחץ גבוה.תמונת מיקרוסקופ האלקטרונים הסריקה מראה תאים בצורת מוט לגדול בניסוי בלחץ נמוך וגבוה. תא תגובת טיטניום זהב גמיש שפותח על ידי זייפריד עמיתים לעבודה בשנת 1979 יש פוטנציאל לשמש עבור מגוון רחב של חקירות מדעיות, וכולם כולל תגובות עם גזים קורוזיביים ונוזלים. יישום אחד יכול להיות קביעת מיסות של מגהצים וגזים בלחצים גבוהים וטמפרטורות.עוד אחד יכול להיות נחישות של תגובות קורה במהלך היווצרות של נפט וגזים. והשלישי, כמו במחקר כאן, יכול להיות חוקר תגובות מיקרוביאליות בלחצים גבוהים וטמפרטורות גבוהות.

Research

JoVE Journal

Engineering

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

כימות של ריכוזי מימן שכבות חיצוניות ואת ממשק חומרים בתפזורת באמצעות פרופיל עומק עם ניתוח תגובה גרעיני

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Dynamic נקבובית בקנה מידה Reservoir-מצב הדמיה של ריאקציה קרבונטים שימוש טומוגרפיה Synchrotron מהיר

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

In Vitro Culture of Epicardial Cells From Mouse Embryonic Heart

In Vitro Culture of Epicardial Cells From Mouse Embryonic Heart

במבחנה והתרבות של תאי Epicardial מתוך לב העכבר עוברי

During embryogenesis, the epicardial contribution to coronary vasculature development has been very well established. Cells derived from the epicardium ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

מכשיר ספיחה בהתבסס על Langatate קריסטל microbalance עבור ספיחת גז בלחץ גבוה טמפרטורה גבוהה ב זאוליט H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

לוקליזציה פגם תת קרקעי על ידי חימום מובנה באמצעות לייזר מוקרן Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

באופן חזותי המבוסס על אפיון חלקיק התחלתית של סובסטרטים רגיל: מלמינריות לתנאים הסוערת

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography

סרגל נקבובית הדמיה ואפיון של פחמימנים המאגר סלע Wettability-תנאים מהסבא בעזרת רנטגן Microtomography

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to ...

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

CO2 פוטותורזציה ל-CH4 ביצועים תחת ריכוז אור סולארי

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea ...

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

הדפסת תלת-ממד תלת ממדית של פאנטומים להדמיית רקמה ביולוגית

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

Study of a Dot-patterning Process on Flexible Materials using Impact Print-Type Hot Embossing Technology

מחקר של תהליך הדפסת נקודות על חומרים גמישים באמצעות הדפסה השפעה-סוג טכנולוגיית הבלטה חמה

Here we present our study on an impact print-type hot embossing process which can create dot patterns with various designs, widths, and depths in real ...