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

我々は、柔軟な金チタン反応細胞に関する彼の専門知識を共有するロバート・ローゼンバウアー(USGS、メンローパーク)と、ハノーバーで修正されたシステムをセットアップする初期段階での彼の入力に対するジョージ・シェーダー(BGR)に感謝します。ハノーバーでのセットアップを使用して、多くの科学者(カジャ・ヘーシェン、アンドレアス・リッセ、イェンス・グローガー・トランプ、テオドール・アルパーマンを含む)に感謝したいと思います。高圧原子炉用の揺れ動く装置。我々は、SEMの観察のためにローラ・カストロ(マドリードのコンプルテンセ大学)に感謝します。最後に、この高品質なビデオを制作してくださったニルス・ヴェルキに感謝申し上げます。この作業は、欧州連合ホライズン2020プロジェクトBIOMOre(交付契約#642456)によってサポートされました。

1. 微生物培養の培地および接種の調製
<ol><li>公表された技術13に従って自己栄養原核生物のための基底塩培地を調記する。蒸留水で以下の化学物質を溶解して混合する(mg/L):Na2SO 4×10H2O(150)(NH4)2SO4(450)、KCl(50)、MgSO 4・7H2O(500)、KH2PO4(50)、Ca(NO)3)2・4H2O(7)。</li>
	<li>1,000x濃縮微量微量素液を含む1mL/L(g/L):ZnSO4・7H2O(10)、CuSO4・5H2O(1)、MnSO4・H2O (0.76), CoSO4・7H2O (1), CrK(SO4)2・12H2O (0.4), H3BO3 (0.6), ナモオ4・2H2O (0.5), ニソ4・6H2O (1), ナ2SeO4 (0.51)、Na2WO4·2H2O (0.1)、および NaVO3 (0.1)。5M硫酸を加えてpHを1.8に調整します。</li>
	<li>121 °Cと1.2バーで121°Cと1.2バーで培地を殺菌し、0.22 μmの細孔サイズのシリンジフィルターを通して濾過して鉄製の鉄溶液を殺菌します。</li>
	<li>殺菌された基底塩培地の50mLを血清ボトルに移し、それぞれ50mMと10g/Lの最終濃度に鉄溶液と元素硫黄を加加える。</li>
	<li>いくつかのメソ酸性鉄酸化原核生物14からなる混合培養物で培地を接種する。</li>
	<li>滅菌ブチルゴムストッパーで血清ボトルをキャップし、アルミ圧着でシールします。</li>
	<li>N2で培養培地を激しく泡立て、溶存酸素を25分間取り除きます。</li>
	<li>CO2を注入し、血清ボトルのヘッドスペースに90%N2および10%のCO2雰囲気を得る。暗闇で30°Cで撹拌することなく培養する。</li>
</ol>2. 金チタン反応セルと高圧反応器の調製
<ol><li>金チタン反応セルをきれいにします。<ol>
<li>反応セルを個々の部品に分解して、ステンレス鋼部品との酸の接触や、熱に対する異なる熱膨張特性を持つ組み立てられた部品の露出を避けます。</li>
		<li>実験中にサンプルと接触する表面(金袋、チタンヘッド、チタンサンプリングチューブ、チタンバルブ)をきれいにします。<ol>
<li>ガラスビーカーに金袋とチタンヘッドを入れます。</li>
			<li>すべての部品をカバーするのに十分な10%HClを追加します。</li>
			<li>加熱プレート上の酸を50°Cに3時間加熱しながら撹拌する。</li>
			<li>酸溶液からPTFEピンセットで部品を取り出し、脱イオン水ですすいでください。</li>
			<li>金袋とチタンヘッドの内面を65%HNO3で十分に洗い流し、その後脱イオン水で洗い流します。</li>
			<li>チタンサンプリングチューブとチタンバルブの内面を10%HClですすいで、続いて脱イオン水、65%HNO3、再び脱イオン水を使用します。</li>
			<li>アセトンで洗い洗うことで、有機汚染からすべての部分をきれいにします。</li>
			<li>オーブン内のすべての部品を105°Cで少なくとも1時間乾燥させます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>大気中のマッフル炉で450°Cの温度に露出して、金袋、チタンヘッド、チタンサンプリングチューブの表面を加熱します。 注:この手順は、表面を殺菌し、すべてのチタン表面にパッシベート二酸化チタン層の形成をもたらします。チタン部品は、熱処理後に黄色から青色にする必要があります。</li>
		<li>金細胞をアニールして、プロパントーチで熱を加えることで小さな結晶化ドメインをリセットすることで金の柔軟性を高めます。実験でゴールドバッグの体積が最後に縮小する際に形成された金のキンクを減らすために、金面を周りに加熱します。溶融を避けるために、一箇所で金を加熱しすぎないようにしてください。 注:金面の赤い輝きは十分な加熱を示しています。</li>
		<li>チタンカラーに金袋を組み立て、チタンサンプリングチューブをチタンヘッドに10Nmのトルクで取り付けます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>高圧原子炉を点検する。<ol>
<li>原子炉の損傷、腐食、緩んだ部品を目視で確認してください。 注:シールとシールが行われるカーフに特別な注意を払う必要があります。以前に黒鉛ガスケットを使用して原子炉をシールした場合、その残骸はまだカーフ内にあり、次の実験の前にプラスチックピンで除去する必要があります。</li>
		<li>高圧反応器ヘッドのスラストボルトに硫化銅ペーストを塗布します。グリースが糸全体に分散されていることを確認します。</li>
		<li>残りの黒鉛パッキングの長さについては、スクリューフィッティング圧縮シールを確認してください。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 無気力条件下での金チタン反応細胞の充填と組み立て
<ol><li>グローブボックスをロードします。<ol>
<li>セクション1に従って血清ボトルに培養培地を調剤する。</li>
		<li>後でサンプルと接触する金チタン反応セルの部品をアルミホイルで包み、潜在的な汚染を最小限に抑えます。</li>
		<li>グローブボックスのアンテカーバーを開けてロック解除し、すべてのインバウンド材料を可動トレイにロードし、前面カバーを閉じてロックします。</li>
		<li>アンテカーバー3xを避難させ、高純度窒素であふれさせる。</li>
		<li>手袋を着用し、内側のカバーにできるだけ近づけます。内側カバーのロックを解除して開き、可動トレイからインバウンドマテリアルを取り外します。</li>
		<li>内側のカバーを閉じてロックします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ゴールドセルを埋めます。<ol>
<li>清潔なゴールドバッグを包み、ガラスビーカーで立ちます。100mLの細菌培養物と元素硫黄を含む血清ボトルを開きます。</li>
		<li>血清ボトルをそっと振り、細菌培養をゴールドバッグに移します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>反応セルを組み立てます。<ol>
<li>付属のチタンサンプリングチューブを付けたチタンヘッドを、ゴールドバッグの上縁を囲むチタンカラーに挿入します。 注:チタンヘッドの円錐下部のシール面が90°前後に回して滑らかにフィットすることを確認してください。</li>
		<li>ワッシャーと圧縮ボルトリングをチタンサンプリングチューブの上にチタンヘッドにスライドさせます。 注:チタンカラーの圧縮ボルトリングを30°回転させ、チタンカラーとスラストボルトリングのフランジを揃えます。</li>
		<li>6本のアレンネジを同じ程度に固定して、チタンカラーの金袋の最上部の縁にチタンヘッドの均等な圧力分布を確保します(すなわち、反応セルのシール面)。 注: 圧縮ボルト リングのアレン ネジを手で締めて、時計回りに続行する前に、反対側のネジのトルクが最初に増加 (十字架) にします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>チタンチューブ上部のサンプリングバルブを再取り付けします。接続を手で締め、バルブを閉じてください。</li>
	<li>グローブ ボックスからすべてのパーツを取り外します。</li>
</ol>4. 高圧反応器を反応セルで組み立てる
<ol><li>反応セルを原子炉ヘッドに組み立てます。 注:高圧リアクターの設置は、サンプリングチューブの開いた端を周囲の大気に非常に短い露出で行います。インストールのために、原子炉ヘッドは既にベンチバイスに配置する必要があります。45°の角度は容易な処理を可能にする。サンプリングチューブを所定の位置に保持する圧縮シールフィッティング(原子炉ヘッドのゲージブロックアセンブリの中央位置に位置する)は、開く必要があります。<ol>
<li>チタンサンプリングバルブ、ネジ、およびサンプリングチューブの上の襟を取り外します。</li>
		<li>反応セルを反応セルを原子炉ヘッドの中央穴に通して約5cmのチューブが通るまで導く。大きなネジをチューブの上にスライドさせ、小さな襟を固定します。 注:反応セルアセンブリは原子炉ヘッドを通って戻ってスライドすることができず、両手でサンプリングバルブを自由に取り付け直すことができます。</li>
		<li>チタンバルブを取り付け直します。</li>
		<li>圧縮シールフィッティングを締めます。</li>
		<li>原子炉ヘッドをベンチバイスから取り外し、原子炉容器に取り付けます。</li>
	</ol></li>
	<li>原子炉を封鎖する準備をしろ<ol>
<li>原子炉容器のカーフに黒鉛シールを貼る。</li>
		<li>原子炉ヘッドは、付着した反応セルを原子炉容器の上に慎重に置きます。 注:熱電対を含む原子炉ヘッドは、金袋や熱電対を損傷しないように、原子炉容器に慎重に配置する必要があります。</li>
	</ol></li>
	<li>原子炉容器を脱イオン水と水道水の混合物で充填します(約1:1の比率で)。</li>
	<li>原子炉を封鎖する<ol>
<li>首輪をチェックして、圧縮ボルトの下端が糸から突き出ていないことを確認します。それ以外の場合、圧力容器は正しく取り付けられていない。</li>
		<li>首輪を持ち上げ、原子炉ヘッド容器インターフェースの突出エッジの周りに置きます。首輪をそっと動かすと、適切なフィット感が得られます。首輪を所定の位置に保持しているスナップロックを閉じます。</li>
		<li>十字パターンに従って圧縮ボルトを固定し、メーカーが推奨する最終値が達成されるまで適度なステップでトルクを増やします。 注:異なる高圧リアクターシステムは、異なるトルク値を持つことができます。</li>
		<li>最後に、圧縮ボルトを時計回りに固定します。</li>
	</ol></li>
	<li>高圧反応器をロッキング装置に取り付けます。 注:ロッキングデバイスへの高圧原子炉の設置は、ドイツのハノーバーにある連邦地球科学天然資源研究所で製造されたカスタムメイドのモデルについて説明されています。したがって、説明されているインストールは、同等の設計のデバイスの一般的なガイドラインです。<ol>
<li>原子炉をロッキング装置に慎重に取り付けます。 注:高圧反応器をゲージブロックアセンブリ部品(例えば、マノメーターやサンプリングチューブネジ)で保持し、ロッキングデバイスに下げるのが最善です。</li>
		<li>長いネジの上に2つのクランプで原子炉を固定します。</li>
		<li>各ネジにワッシャーを置き、クランプをネジナットで締めます。</li>
		<li>熱電対、圧力トランスデューサ、および加熱素子の制御ユニットを接続します。 注:すべてのワイヤが揺れ動きに十分な長さであることを確認し、加熱された表面への接触を防ぐことが重要です。</li>
		<li>加熱素子を原子炉容器の上にスライドさせ、スクリューロックを締めます。 注:システムを加圧する水は、高圧ポンプで貯水池から取られます。それは高圧反応器にステンレス鋼の毛細血管を通して移される。 注:高圧反応器の揺れは、反応細胞の内容物(ガス、流体、およびその中のすべての固相)の完全な混合を保証します。低速のロッキング速度は、速く動く固体による金袋への損傷を防ぐために、または高温でのフレキシブルゴールドへの重力効果による変形を防ぐために重要です。ロッキングシステムは180°近くで回転することができます。</li>
	</ol></li>
</ol>5. 実験開始
<ol><li>監視ソフトウェアの温度と圧力の制限が目的の値に設定されているかどうかを確認します。 注:この実験では、70°Cおよび25MPaに設定した。</li>
	<li>リーク チェックを実行します。<ol>
<li>圧力管、ステンレス鋼の毛細血管を原子炉ヘッドに接続します。</li>
		<li>漏れを継続的にチェックしながら、明確な間隔で目標圧力に圧力を上げます。</li>
		<li>ポンプの流量がほぼゼロになるまで圧力定量を保持します。 注:水中の圧縮性、溶解した空気は、微妙な流れの読み取り値で長い間見えるように注意してください。</li>
	</ol>
</li>
	<li>リークチェックが成功した後、加熱を開始します。<ol>
<li>加圧ポンプのロギングを開始します。</li>
		<li>加熱の設定点を所望の値に調整し、ソフトウェアで加熱を開始します。</li>
		<li>すべてのパラメーターとシステム状況を定期的にチェックします。</li>
		<li>目標温度に達した後、圧力管を締め付けないでください。</li>
		<li>ロッキング デバイスを起動します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. 高圧原子炉を作動モードでサンプリングする
<ol><li>サンプルを採取するには、高圧反応器上部のサンプリングバルブのLuer Lockコネクタに5mLシリンジを取り付けます。</li>
	<li>慎重にバルブを開き、高圧反応器内の圧力によって流体サンプルをシリンジに押し込みます。サンプリングされた体積が1 mLに達した後、バルブを閉じます。注射器を取り外します。</li>
	<li>処理のためにヒュームフードの2 mLチューブにすぐに注射器のサンプルを移します。</li>
</ol>7 .流体サンプルの分析
注:他のステップは微生物学の標準的な操作手順であるため、あまり一般的でないフォトメトリックフェロジンアッセイ(すなわち、セクション7.1)のステップのみがここに詳細に説明され、ビデオに記載されています。
<ol><li>フェロジンアッセイを使用して、溶解鉄鉄(Fe2+(aq))および総鉄(Fetot)15の濃度を光量測定的に決定する。<ol>
<li>FeSO 4・7H2 Oの既知の量を水中に溶解することにより、一連の鉄標準溶液を調製する。</li>
		<li>これらの標準レベルの50 μLを1Mフェロジン溶液の1 mLと混合します。 注:溶存鉄鉄とのフェロジンの反応は、紫色の複合体を形成します。色の強度は鉄の濃度に相関する。</li>
		<li>鉄鉄濃度と鉄フェロジン複合体の吸光度との間のキャリブレーション曲線を確立する。</li>
		<li>確立された標準曲線に従って、2つの平行測定からサンプルの鉄鉄の濃度を計算します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>pH値と酸化還元電位(ORP)をデジタルpH/レドックスメーターでセミマイクロpH電極、塩化銀電極でそれぞれ解析します。</li>
	<li>トーマ室を用いた光顕微鏡を用いて、プランクトン細胞を直接数える。</li>
	<li>電子顕微鏡(SEM)をスキャンして細胞形態を調べます。<ol>
<li>0.1−0.2 μmの細孔サイズフィルターを介して異なる条件下で増殖したプランクトン細胞をフィルターします。</li>
		<li>アセトンでサンプルを脱水し、90%のアセトンで4°Cで一晩保存します。</li>
		<li>クリティカルポイント乾燥でサンプルを乾燥させ、グラファイトまたはゴールドでコーティングします。</li>
		<li>10kVのフィールド発光走査型電子顕微鏡(FE-SEM)で試料を調べる。</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>

著者は何も開示していない。

酸性溶液中の微生物反応の高圧実験の提示された方法は、実験室環境における深い地下地質生物学的プロセスをシミュレートするための強力なツールであった。
多くの手作業ステップが必要で、その中には特別な注意が必要な作業もあります。一般的な注意事項として、フレキシブル金チタンセルと原子炉ヘッドの個々の部分を組み立てる際に過度の力を使用してはなりません(セクション3および4)。メーカーの仕様(最大圧力、温度、トルクなど)を無視した場合、漏れや材料の故障が発生する可能性があります。
金とチタンの部品(セクション2.2)の洗浄は、この実験だけでなく、特に(イン)有機反応を伴う実験のために不可欠な作業ステップです。金細胞の以前の実験からの残骸は、望ましくない反応を引き起こす可能性があり、したがって、結果の偏り.組み立てられた金チタンセルを原子炉ヘッドに取り付けると、この時点で少量の酸素が金電池に入り込む可能性があるため、迅速かつ正確に作業することをお知りいただくのが最善です。グローブボックスを離れる前にサンプリングバルブを閉じることは、周囲の大気と金セルの内部との交換を最小限に抑えるための良い最初の手段です。
原子炉を揺るがす装置に置いたら、揺れる動き速度を~170°/分に設定することが重要です。高圧反応器の移動速度が速すぎると、重力効果や使用時の堆積物や岩石サンプルの鋭いエッジが原因で金細胞の破裂が起こる可能性があります。
この方法は、追加の研究分野で使用できます。フレキシブルな金チタン反応セルは、高圧および温度、および腐食性の高い流体またはガスでの反応を研究する多様な科学的調査9に使用される可能性を有する。
鉱物表面の存在下で70°Cを超える温度で深い地下の微生物は、高圧16下でも酢酸のような分子水素または有機酸の産生を刺激してもよい。これらの製品および他の化合物は、この研究で調べた硫黄化合物に加えて、その中のバイオリーチプロセス中に上昇した微生物活性を誘導する可能性がある。
用途には、水性流体中のガスやイオンの溶解度の決定、熱水ベントシステム17の条件下での地球化学反応、同位体分画18の定量、CO中の地球化学反応が含まれる。2隔離19は、源岩20における油およびガスの形成中の生物学的プロセス、及び本研究のように地下21の高圧における微生物反応である。

過去10年間で、鉱業が環境に与える影響を最小限に抑えるための取り組みが増加しています。鉱石の原料抽出のためのオープンピットマイニング(例えば、銅が豊富な硫化鉱石)は、掘削活動によって、および貴重な抽出後に処理された鉱石の大量の残りの量によって周囲の景観に影響を与えます銅のような金属。地下の鉱石から直接銅を抽出すると、これらの影響を大幅に低減できます。そのサイトバイオマイニングの技術は、このプロセス1の有望な候補です。本書では、刺激された微生物活性を用いて、鉱石から地下の水溶液に貴金属を抽出する方法について述べている。これにより、銅が豊富な溶液を表面に容易にポンピングして金属をさらに濃縮することができる。
鉱石浸出性酸性微生物の活性は、パラメータ2、3、4、5、6の多様な配列のために多くの実験室で研究されている。しかし、周囲表面実験室条件(1バー付近)と静水性条件(~100バー)の深さ1,000mの地下との差から生じる微生物活性に対する圧力影響は、十分に文書化されていません。従って、微生物鉄還元に対する圧力の影響は、異なる実験手段7を通じて調べられてきた。ここで、最も適した技術を詳細に説明する。
高圧原子炉は、地球の地下で発生する圧力や温度での反応を研究するために広く使用されています。このような反応器は、微生物培養を伴う流体サンプルを含むことができる底部の反応器容器からなる。原子炉容器の上に座って、原子炉の頭部は安全対策および監視センサー(例えば、温度か圧力)のための関係およびインターフェイスの多様な配列を提供する。ほとんどの高圧原子炉はステンレス鋼から成っている。この材料は、高い弾力性と良好な加工特性を提供していますが、ステンレス鋼表面の耐食性は、すべてのアプリケーションに適していません。例えば、高酸性または高度に還元性の水溶液を調べた場合、反応器壁に対する目的の化合物の有意な反応が起こりうおりになる。これを回避する1つの方法は、例えば、ホウケイ酸ガラス7から作られたライナーを、原子炉容器にライナーを挿入することです。それはきれいになり易く、オートクレーブによって殺菌することができる。また、酸性または水溶液の還元によって攻撃されない。ライナーは、ステンレス鋼の原子炉壁を持つ溶液中の溶液または微生物の人工反応を防ぐのに役立ちますが、いくつかの問題が残っています。一つは、硫酸還元菌によって生成される硫化水素などの腐食性ガスが形成された場合、このガスはライナーの上に座っている原子炉頭の覆われた表面と反応する可能性があります。もう一つの欠点は、圧力を維持しながら、反応器からサンプルを引き出すことができないことです。
これらの限界を克服するために、高圧反応器内の特殊な柔軟な反応細胞が様々な用途のために開発されています。柔軟なポリテトラフルオロエチレン(PTFE)細胞8は、高塩分ブライン中の塩の溶解性研究のために設計されました。しかし、このシステムの限界は、一部のガスがPTFEに容易に浸透する可能性があることです。また、この材料は、依然として比較的低い温度安定性を有する。このように、ステンレス鋼の高圧原子炉内に配置するチタンヘッド9を備えたフレキシブルゴールドバッグを設計することでシステムを改良しました。金表面は酸性または還元溶液およびガスに対して耐食性である。チタン表面はまた、連続的な二酸化チタン層を形成するために十分にパッシ化した場合に非常に不活性である。接続されたチタンサンプリングチューブを介してこの反応セルからのサンプリング中に、金袋は体積が縮小します。システムの内部圧力は、サンプリングによって引き抜かれるのと同じ量の水を、反応セルを収容するステンレス鋼の高圧反応器に送り込むことで維持される。反応細胞内のサンプルは、実験中に高圧反応器を90°以上揺らしたり傾けたりして動き続けます。
反応セルは、図1に描かれた部品で構成されています:ゴールドバッグ、チタンカラー、チタンヘッド、ステンレススチールワッシャー、チタン圧縮ボルトリング、高圧コーン用のステンレス腺と襟付きチタンサンプリングチューブ両側のねじ込み接続、およびチタン弁。ゴールドバッグは、壁厚0.2mm、外径48mm、長さ120mmの円筒形ゴールド(Au 99.99)セルです。
すべてのチタニウムの部品はチタニウムの等級2棒からのワークショップによってカスタムメイドされる。首輪、ヘッド、ワッシャー、および圧縮ボルト リングの寸法が図 2 に表示されます。チタンサンプリングチューブは、外径6.25mm、壁厚1.8mmのチタンの毛細血管で、内径は2.65mmです。それは高圧の円錐および通された関係によってチタニウムの頭部およびチタニウム弁に固定され、チタン対チタン表面のシールを保障する。高圧チタン弁は非常に制御された開始か高圧のサンプリングを可能にするために遅い開始茎が装備されている。このシステムは、多くの研究で使用されました10,11,12.

<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

深い鉱石堆積物(バイオマイニング)における金属浸出などの地下微生物プロセスを調査する実験室研究は、高圧など、複製する必要がある特別な環境条件を含む、共通の困難な障害を共有するそしていくつかのケースでは酸性溶液。前者は100バールまでの加圧に適した実験的なセットアップを必要とし、後者は容器壁との腐食および不要な化学反応に対する高い化学耐性を有する流体容器を要求する。本研究では、現場バイオマイニングの分野における応用条件を満たすために、揺れる高圧反応器内に特殊なフレキシブル金チタン反応セルを用いた。記載されたシステムは、無気力、圧力制御、非常に化学的に不活性な実験環境における硫黄駆動微生物鉄還元を介したその場でのバイオマイニングのシミュレーションを可能にした。フレキシブルな金チタン反応セルは、最大100mLのサンプル溶液を収容でき、システムが所望の圧力を維持しながら、任意の時点でサンプリングできます。実験は、数時間から数ヶ月のタイムスケールで行うことができます。高圧原子炉システムの組み立てはかなり時間がかかります。しかし、化学的に攻撃的な流体の地球の深い地下で起こる複雑で挑戦的な(微生物学的)プロセスを実験室で調査する必要がある場合、このシステムの利点は欠点を上回ります。その結果、高圧でも微生物コンソーシアムは活発であるが、代謝率は著しく低いことがわかった。

特殊金チタン反応細胞を使用した高圧反応実験の結果は、アシドフィルの微生物混合培養が硫黄を酸化し、鉄鉄から鉄鉄に還元されたことを示す(図3)。
1barまたは100バール圧力条件の両方で、培養物は、金チタン反応細胞で成長した場合に遅れ相を持っていた。その後、1バールで増殖した培養物では、約9mMから31mMに鉄濃度が急激に上昇した。22日間のインキュベーション時間にわたって、約31mM及び13mMの鉄鉄をそれぞれ1バーバー及び100バールでアッセイ中に検出した。これは明らかに微生物細胞が100バールで活性であったが、その鉄還元活性は高圧で有意に低かされたことを示している。ハンゲイトチューブおよび血清ボトルで行われた非生物対照実験では、1バーバーと100バールで鉄分の還元を示さなかった。
走査型電子顕微鏡画像(図4)は、低圧および高圧での実験で成長した棒状の細胞を示す。細胞形態の有意な変化は1バール対100バーで観察されなかった。しかし、細胞増殖は明らかに上昇圧力によって阻害され、細胞数は100bar7で4.5 x 107細胞/mLと比較して1棒で1.3 x 108細胞/mLであった。これらのデータは、ハンセートチューブ7で行われたテストと同等です。従って、フレキシブル金チタン反応細胞自体は細胞増殖に影響を及ぼさなかったため、微生物増殖試験に適していた。
その結果、バイオイレッシング微生物は100バールの高圧でも活性であり、1,000m7以下の深部鉱石堆積物でこのような条件が生じるため、現場でのバイオマイニングに非常に関連性が高いことが示されています。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig1.jpg"> 図1:反応細胞部分の概要下から上へ:金袋、チタンカラー、チタンヘッド、ワッシャー、チタン圧縮ボルトリング、両側の高圧コーンおよびスレッド接続用のステンレスグランドと襟を備えたチタンサンプリングチューブ、およびチタンバルブルアーロックシリンジを接続するためのアダプタ。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig1large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig2.jpg"> 図2:チタングレード2のロッドから加工されたチタン部品の寸法図面。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig2large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig3.jpg"> 図3:鉄酸化培養を伴う金チタン反応細胞における鉄鉄濃度の変化。細胞を30°Cで嫌気的に培養した。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig3large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig4.jpg"> 図4:1バール及び100バールで成長した鉄酸化培養物の形態。細胞を30°Cで嫌気的に培養した。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig4large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</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

このプロトコルは、そのサイトバイオマイニングプロセスで研究する高圧下での微生物実験について説明する。実験的アプローチは、酸性の鉄分が豊富な培地に微生物培養を含む金チタン反応細胞を搭載した揺れる高圧反応器を採用しています。

フレキシブル金チタン反応細胞を用いて、地下バイオマイニングのコンテキストにおける圧力依存微生物活性をシミュレート

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

バイオマイニングは、酸性菌の助けを借りて金属硫化物を溶解することによって、岩石から銅および他の圧力金属を抽出するために適用されたバイオリーチングを記述する。例えば、銅は、硫化物を溶解することによってこの細菌と一緒に抽出することができるクーパシェファオレである。硫酸銅は、次いで銅を容易に抽出できる溶液から生成される。その場でバイオマイニングは、地下やオープンピットでの発掘や採掘活動を必要とせずに細菌の助けを借りて金属の抽出です。代わりに、鉄分が豊富な酸性溶液が岩石形成中にポンピングされ、金属硫化物が溶解し、金属が豊富な溶液が金属を抽出できる表面に戻されます。この特定の実験では、深い形成の条件をシミュレートする高圧原子炉細胞があります。細菌は、硫黄化合物の酸化と相まって鉄還元に関連する細菌とその活性を研究しており、特に細胞が高圧下でどのように活性であるか、そしてその速度が圧力下でどのように変化しているかを調べることに興味があります。実験では、ここに描かれているもののように高圧反応器を使用することができ、最大350バールの圧力条件をシミュレートすることができます。高圧反応器の底部は、微生物培養液を含む液体試料を含むことができる原子炉容器で構成されています。原子炉の頭部は安全処置および監視センサーのための接続の多様な配列を提供する。例えば、反応器内の温度または圧力。ほとんどの高圧反応器はステンレス鋼で作られる。この材料は高いレジリエンスおよびよい機械化の特性を提供する。しかし、酸性または高減水性溶液の実験のような特定の用途では、ステンレス鋼表面の耐食性が十分でない場合があります。これを回避する1つの方法は、原子炉容器にライナーを挿入することです。ここでは、テフロンから作られたライナー。テフロンは耐食性が高いが、オートクレーブによって殺菌することができず、鉄の表面に沈殿する可能性があるため、汚染のリスクが高い。使用できるもう一つのライナー材料は、石英ガラスです。それは、洗浄が容易であり、オートクレーブ処理によって殺菌することができ、そして、ライナー材料がステンレス製の原子炉壁とのサンプルの望ましくない反応を防ぐのに役立つにもかかわらず、酸性または還元水溶液の影響を受けにくい、いくつかの問題が残る。腐食性ガス(例えば硫化水素)が形成された場合、このガスはライナーの上に座っている原子炉ヘッドの表面と反応する可能性があります。もう一つの欠点は、圧力を変えずに反応器からサンプルを引き出すことのできない点である。これらの制限を克服するために、特殊な反応セル、チタンヘッド付きのフレキシブルゴールドバッグを使用しました。金表面は酸性または還元溶液およびガスに対して耐食性がある。チタン表面も非常に不活性です。連続した二酸化チタン層を形成する場合、ここでは濃い青色で見える。サンプリング中、金袋はボリュームが縮小しています。金袋の量は、鋭いキンクやエッジの形成を防ぐために50%以上減少させるべきではありません。ここに示す部分は、金袋実験の内部設定の個々の部分です。一つは、下から上に、柔軟な金袋反応セル、チタンシールシステム、チタンヘッド、ワッシャー、および圧縮太字リングからなる、サンプリングチューブとバルブが動作モード中に反応セルにアクセスするために見ることができます。次に、サンプルを金チタン反応セルに移します。まず、空のチャンバーを開いてロックを解除し、すべてのインバウンド材料を可動トレイにロードします。フロントカバーを閉じてロックします。抗チャンバーの避難後、手袋のペアを着用し、内側のカバーに最も近い取得します。インナーカバーのロックを解除して開き、可動トレイからインバウンド素材を取り外します。きれいな金の袋を包み込み、スタンドを固定します。細菌培養液と元素硫黄の100mLを含む血清瓶を開きます。血清瓶を軽く振り、細菌培養物を金袋に移します。組み立てチューブ付きのチタンヘッドを、金袋のチタンカバーに挿入します。次に、チタンサンプリングチューブ上にワッシャーと圧縮太字リングをスライドさせます。6つのエルムネジを同じ程度に締め、チタンカバーの金袋の最上縁にチタンハットの均等な圧力分布を確保します。金チタン反応セルのシール面です。チタンチューブ上部にサンプリングバルブを再取り付けします。接続ハンドをしっかりと締めます。その後、必ずバルブを閉じてください。現在、高圧原子炉のコアピースは完全に組み立てられ、原子炉帽子に取り付けることができます。今、高圧原子炉の設置が行うことができます。これは、サンプリングバルブが原子炉ヘッドのスクリューシールを通してチューブを得るために取り外されなければならないので、サンプリング管のオープンエンドが周囲の大気に非常に短い露出と来る。サンプリングバルブとネジをサンプリングチューブから取り外すのをやめます。チューブをリアクターヘッドに通し、大きなネジをチューブの上にスライドさせて、小さなカバーを固定します。反応セルアセンブリはリアクターヘッドを通ってスライドすることができず、両手はサンプリングバルブを自由に取り付け直します。ベンチの悪徳から原子炉の頭部を取り外して、原子炉容器に取り付けます。熱カップルを含む原子炉ヘッドは、金袋や熱カップルを損傷しないように、原子炉容器に慎重に配置する必要があります。最後に、分割リングと圧縮ボルトを取り付けた堅牢なカバーを、原子炉の頭部と容器の周りに固定して、システムを適切に密封します。高圧原子炉は、潜在的な傷害、特に指の打撲傷を避けるために、ロッキング装置に慎重に取り付けられています。高圧の原子炉はねじの対の上に滑る2つのクランプによって固定される。ワッシャーとスクリューナットはクランプを所定の位置に保持します。熱結合と圧力センサの制御ユニットを接続します。その内容が表面を加熱するのを防ぐ一方で、揺れる動きのためにワイヤの十分な長さを確保することが重要です。最後に、反応器容器の上に発熱体をスライドさせ、スクリューロックを締めます。システムを加圧する水は、高圧ポンプによって貯留槽から取られる。それは高圧の原子炉にステンレス鋼の毛細血管を通して移される。高圧反応器の揺動は、反応セルの完全な混合を保証する。たとえば、その中のガス、流体、および/または固体相の。低速の揺れ速度は、速く動く固体によって、または高温での柔軟な金に重力の影響による形成によって金袋の損傷を防ぐために重要である。私たちのシステムは、180度に近いインジケータ上の緑と黄色のマークの角度で回転することができます。実験パラメータはソフトウェアによって同時に記録されます。サンプルを採取するために、5ミリリットルのシリンジを高圧反応器の上部にあるサンプリングバルブの小さなロックインターフェースに取り付けます。バルブを慎重に開けます。液体サンプルは、反応セル内の過圧によって自動的にシリンジに押し込まれます。サンプルの体積が1ミリリットルに達した後、バルブを閉じます。注射器を取り外します。注射器中のサンプルは、すぐに2ミリリットルのチューブに移され、さらなる処理が行われます。反応細胞における鉄鉄の鉄への微生物還元の定量は、フォトメトリック解析により達成される。紫色の濃度依存性鉄錯体を含む一連の鉄標準溶液と標識鉄フェロセンは、校正剤として機能する。特殊な金チタン反応セルを用いた高圧反応器実験の結果、細菌が硫黄や鉄鉄を鉄に酸化し、圧力に大きな影響を与えることを示しています。図では、22日間にわたる鉄濃度の増加が、1つの棒と100棒の圧力で行われた実験に対して示されている。1つの棒と100棒で、およそ31ミリモルと13ミリモルの鉄鉄がアッセイでそれぞれ検出された。これは、微生物細胞が100バールでも活性であったが、鉄鉄の還元活性が高圧で有意に低いことを明らかに示している。走査型電子顕微鏡画像は、低圧・高圧で実験中に成長する棒状の細胞を示しています。セイフリードと1979年に同僚が開発した柔軟な金チタン反応セルは、腐食性ガスや流体との反応を含め、多様な科学的調査に使用される可能性を秘めています。1つのアプリケーションは、高圧および温度での鉄とガスの溶解度の決定である可能性があります。もう一つは、石油とガスの形成中に起こっている反応の決定かもしれません。そして3つ目は、ここでの研究と同様に、圧力と温度の上昇での微生物反応を調査する可能性があります。

Research

JoVE Journal

Engineering

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

核反応分析と深さ方向分析を通じて表面・界面層とバルク材料中の水素濃度の定量

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

シンクロトロン高速断層撮影法を使用した炭酸における反応の動的細孔スケール貯水池条件イメージング

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

マウス胚心臓から心外膜細胞の体外培養で

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

ゼオライトH-ZSM-5で高温・高圧のガス吸着用のLangatateクリスタルマイクロバランスに基づいて吸着装置

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

レーザー光熱サーモグラフィーを用いた構造化加熱による地中欠陥局在

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

視覚に基づいた正規の基板の初期粒子の運動特性: 層流乱流の条件から

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

細孔構造の観察と x 線マイクロトモグラフィーによる地下の条件で炭化水素貯留岩濡れ性の評価

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

CO 2 太陽光集中下でのCH4性能へのCO2光減少

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

生体組織をシミュレートするファントムのマルチモーダル3Dプリンティング

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

衝撃プリント型ホットエンボス加工技術を用いたフレキシブル材料のドットパターン化プロセスの研究

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 ...