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

Vi takker Robert Rosenbauer (USGS, Menlo Park) i å dele sin ekspertise på den fleksible gull-Titan reaksjons celler, og Georg Scheeder (BGR) for hans innspill i den innledende fasen av å sette opp det modifiserte systemet i Hannover. Vi vil gjerne takke mange forskere (inkludert Katja Heeschen, Andreas Risse, Jens Gröger-trampe, Theodor Alpermann) ved hjelp av oppsettet i Hannover i en rekke prosjekter som bidro med små forbedringer underveis og Christian Seeger for å utvikle for høytrykks reaktorer. Vi takker Laura Castro (Complutense University of Madrid) for SEM observasjoner. Og til slutt, vil vi gjerne uttrykke vår takknemlighet til Nils Wölki for å produsere denne høykvalitetsvideo for artikkelen. Dette arbeidet ble støttet av den europeiske union Horizon 2020 prosjektet BIOMOre (Grant avtale # 642456).

1. utarbeidelse av medium og inoculation av mikrobiell kultur
<ol><li>Forbered en basal salt medium for autotrofe prokaryoter henhold til publiserte teknikker13. Løs opp og bland kjemikaliene under i destillert vann (mg/L): na2så4· 10H2o (150) (NH4)2so4 (450), KCl (50), MgSO4· 7H2o (500), KH2PO4 (50) og ca (ingen 3andre) 2· 4h2O (7).</li>
	<li>Tilsett 1 mL/L av en 1, 000x konsentrert spor element løsning som inneholder (g/L): ZnSO4· 7H2o (10), CuSO4· 5h2o (1), MnSO4· H2O (0,76), CoSO4· 7H2o (1), CrK (so4)2· 12H2o (0,4), H3bo3 (0,6), NaMoO4· 2h2o (0,5), NiSO4· 6h2o (1), na 2 andre priser SeO4 (0,51), na2wo4· 2h2O (0,1), og NaVO3 (0,1). Juster pH til 1,8 ved å tilsette 5 M svovelsyre.</li>
	<li>Sterilisere mediet i en autoklav ved 121 ° c og 1,2 bar i 20 min og sterilisere den Ferric jern oppløsningen ved filtrering gjennom en 0,22 μm pore størrelse sprøyte filter.</li>
	<li>Overfør 50 mL av sterilisert basal salt medium til en serum flaske og tilsett Ferric jern oppløsning og Elemental svovel til en endelig konsentrasjon på henholdsvis 50 mM og 10 g/L.</li>
	<li>Vaksinere mediet med en blandet kultur bestående av flere mesoacidophilic jern-oksiderende prokaryoter14.</li>
	<li>Cap serum flasken med sterilisert butyl gummi propper og sel med aluminium krympe.</li>
	<li>Kraftig boble kulturen medium med N2 til Strip oppløst oksygen i 25 min. Bruk to nåler, Plasser en dypere i flaske hodet, den andre i nærheten av hetten.</li>
	<li>Injisere CO2 for å få en 90% N2 og 10% co2 atmosfære i Headspace av serum flasken. Ruge kulturen uten omrøring ved 30 ° c i mørket.</li>
</ol>2. utarbeidelse av den gull-Titan reaksjons cellen og høytrykks reaktoren
<ol><li>Rengjør gull Titan reaksjons cellen.<ol>
<li>Demonter reaksjons cellen i de enkelte delene for å unngå kontakt av syre med rustfritt stål deler, eller eksponering av de monterte delene med ulike termiske ekspansjons egenskaper til varme.</li>
		<li>Rengjør overflatene som skal være i kontakt med prøven under eksperimentet (dvs. gull posen, Titan hodet, Titan prøvetakingsrøret og Titan ventilen).<ol>
<li>Sett gull posen og Titan hodet i et glass beger.</li>
			<li>Legg nok 10% HCl til å dekke alle delene.</li>
			<li>Varm syren på en varmeplate til 50 ° c i 3 timer under omrøring.</li>
			<li>Fjern delene med PTFE-pinsett fra syre løsningen og skyll dem med deionisert vann.</li>
			<li>Skyll den indre overflaten av gull posen og Titan hodet grundig med 65% HNO3 og deretter med deionisert vann.</li>
			<li>Skyll den indre overflaten av Titan prøvetakingsrøret og Titan ventilen med 10% HCl, etterfulgt av deionisert vann, 65% HNO3, og deretter deionisert vann igjen.</li>
			<li>Rengjør alle deler fra organisk forurensning ved å skylle dem med aceton.</li>
			<li>Tørk alle deler i ovnen ved 105 ° c i minst 1 time.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Heat overflatene på gull posen, Titan hodet, og Titan prøvetaking røret ved å utsette dem til en temperatur på 450 ° c for 4 t i en dempe ovn i en luft atmosfære. Merk: denne prosedyren Steriliserer overflater og resulterer i dannelsen av en passiverende Titan karbondioksid lag på alle Titan overflater. Titan delene skal ha en gul til blå farge etter varmebehandlingen.</li>
		<li>Anneal gullet cellen for å øke fleksibiliteten i gull ved å tilbakestille små krystallisering domener ved å bruke varme med en propan fakkel. Heat gullet overflaten rundt for å redusere knekk i gull som kan ha dannet under siste krympende av gull posen volum i et eksperiment. Pass på å ikke varme gull for mye på ett sted for å unngå sin smelting. Merk: en rød glød av gull overflaten viser tilstrekkelig oppvarming.</li>
		<li>Monter gull posen i Titan kragen, og Titan prøvetaking slangen inn i Titan hodet ved hjelp av et dreiemoment på 10 NM for kjertlene.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Inspiser høytrykks reaktoren.<ol>
<li>Kontroller reaktoren for mulig skade, korrosjon og løse deler visuelt. Merk: spesiell oppmerksomhet bør rettes mot forseglingen og kerf der forseglingen finner sted. Hvis en grafitt pakning ble tidligere brukt til å forsegle reaktoren, rester av det kan fortsatt være i kerf og bør fjernes med en plast PIN før neste eksperiment.</li>
		<li>Påfør kobber sulfid lim til thrust boltene i høytrykks reaktor hodet. Sørg for at fettet fordeles over hele tråden.</li>
		<li>Sjekk den skruen som passer kompresjons forseglingen for lengden av den gjenværende grafitt pakking.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. fylling og montering av gull-Titan reaksjons celle under anoksisk forhold
<ol><li>Legg i hanskerommet.<ol>
<li>Klargjør kultur mediet i serum flaskene i henhold til avsnitt 1.</li>
		<li>Vikle delene av goldtitanium reaksjons celle som senere vil være i kontakt med prøven i aluminiumsfolie for å minimere eventuell forurensning.</li>
		<li>Åpne og Lås opp værelse i hanskerommet, Legg inn det inngående materialet på det flyttbare brettet, og Lukk og lås frontdekslet.</li>
		<li>Evakuere værelse 3x og flom den med høy renhet nitrogen.</li>
		<li>Bruk et par hansker og komme så nært som mulig til Inner dekselet. Lås opp og åpne Inner dekselet for å fjerne det inngående materialet fra den flyttbare skuffen.</li>
		<li>Lukk og lås det innvendige dekslet.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fyll gull cellen.<ol>
<li>Pakk den rene gull posen og stå den opp med et glass beger, for eksempel. Åpne serum flasken som inneholder 100 mL bakteriekultur og elementær svovel.</li>
		<li>Rist serum flasken forsiktig og Overfør bakterie kulturen inn i gull posen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monter reaksjons cellen.<ol>
<li>Sett Titan hodet med den vedlagte Titan sampling slangen inn i Titan kragen som omslutter den øvre kanten av gull posen. Merk: Pass på at tetningsflaten på den koniske nedre delen av Titan hodet passer jevnt, ved å dreie 90 ° frem og tilbake.</li>
		<li>Skyv skiven og kompresjons bolt ringen over Titan prøve røret på Titan hodet. Merk: Drei kompresjons bolt ringen i Titan kragen med 30 ° for å justere flenser i Titan kragen og skyve skruen.</li>
		<li>Fest de seks Allen-skruene i samme grad for å sikre en jevn trykkfordeling av Titan hodet på den øverste kanten av gull posen i Titan kragen (dvs. tetningsflaten til reaksjons cellen). Merk: Fest Allen-skruene i kompresjons bolt ringen til hånd tett slik at dreiemomentet for de motsatte skruene økes først (kryss og tvers) før du fortsetter med klokken.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monter prøve ventilen på toppen av Titan røret. Fest tilkoblingen hånd tett og sørg for å lukke ventilen.</li>
	<li>Fjern alle delene fra hanskerommet.</li>
</ol>4. montering av høytrykks reaktoren med reaksjons cellen
<ol><li>Monter reaksjons cellen i reaktor hodet. Merk: installasjonen av høytrykks reaktoren kommer med en svært kort eksponering av den åpne enden av prøve røret til den omgivende atmosfæren, da prøve ventilen må fjernes for å lederøret gjennom skru forseglingen i reaktor hodet. For installasjon, bør reaktoren hodet allerede plasseres i en benk vise. En 45 ° vinkel gjør det enklere å håndtere. Kompresjons forseglingen montering (ligger i den sentrale posisjonen til reaktoren hodet er Gage blokk montering), som holder prøvetaking røret på plass, må være åpen.<ol>
<li>Fjern prøve ventilen for Titan, skruen og kragen oppå prøve røret.</li>
		<li>Guide røret med reaksjons cellen festet gjennom det sentrale hullet i reaktor hodet til ca 5 cm av røret passerer gjennom. Skyv den store skruen over røret og fest den lille kragen. Merk: nå kan reaksjons celle monteringen ikke gli tilbake gjennom reaktor hodet og begge hender er fri til å installere prøve ventilen.</li>
		<li>Re-feste Titan ventilen.</li>
		<li>Stram kompresjons forseglingen.</li>
		<li>Fjern reaktor hodet fra benken vise å installere den på reaktoren fartøyet.</li>
	</ol></li>
	<li>Forbered deg på å forsegle reaktoren.<ol>
<li>Sett grafitt tetting på kerf av reaktoren fartøyet.</li>
		<li>Plasser reaktor hodet forsiktig med den vedlagte reaksjons cellen på reaktor fartøyet. Merk: reaktoren hodet, inkludert Termo, må være nøye plassert på reaktoren fartøyet å ikke skade gull posen eller Termo.</li>
	</ol></li>
	<li>Fyll reaktoren fartøyet med en blanding av deionisert og vann fra springen (omtrent i en 1:1 ratio).</li>
	<li>Steng reaktoren.<ol>
<li>Sjekk kragen for å sikre at de nedre endene av kompresjons boltene ikke stikker ut av trådene. Ellers vil ikke trykkbeholderen bli riktig installert.</li>
		<li>Løft kragen og plasser den rundt de utstikkende kantene av reaktoren headvessel grensesnittet. Hvis du beveger kragen forsiktig på den, vil det føre til en skikkelig passform. Lukk feste låsene som holder kragen på plass.</li>
		<li>Fest kompresjons boltene etter et krysser mønster og Øk dreiemomentet i moderate trinn til den endelige verdien som er anbefalt av produsenten er oppnådd. Merk: ulike høytrykks reaktor systemer kan ha ulike dreiemomentverdier.</li>
		<li>Til slutt fester du kompresjons boltene med klokken.</li>
	</ol></li>
	<li>Installer høytrykks reaktoren i rocking enheten. Merk: installasjonen av høytrykks reaktoren i rocking enheten er beskrevet for en skreddersydd modell produsert ved Federal Institute for Geofag og naturressurser i Hannover, Tyskland. Derfor er den beskrevne installasjonen en generell retningslinje for enheter av sammenlignbare design.<ol>
<li>Monter reaktoren forsiktig i den rocking enheten. Merk: det er best å holde høytrykks reaktoren av Gage Block forsamlingen deler (f. eks, manometer eller prøvetaking rør skruer) mens senke den inn i rocking enheten.</li>
		<li>Fixate reaktoren med to klemmer over et par lange skruer.</li>
		<li>Plasser skiver på hver skrue og stram klemmene med skrue muttere.</li>
		<li>Koble kontrollenhetene for Termo, trykkgiveren og varmeelementet. Merk: det er viktig å sørge for at alle ledningene er av tilstrekkelig lengde for rocking bevegelse og hindre kontakt med oppvarmede overflater.</li>
		<li>Skyv varmeelementet over reaktor beholderen og stram til skru låsen. Merk: vannet som pressurize systemet er Hentet fra et reservoar med høytrykks pumpe. Det er overført gjennom rustfritt stål blod i høytrykks reaktoren. Merk: rocking høytrykks reaktoren garanterer en grundig blanding av innholdet i reaksjons cellen (dvs. gassen, væsken og alle de faste fasene i den). En langsom gynge fart er betydelig å forhindre skade å gullet bag av rask flytter faste stoffer eller av deformasjon på grunn av tyngdekraften virkninger på fleksibel gullet for opphøyet temperatur. Den rocking systemet kan rotere ved nær 180 °.</li>
	</ol></li>
</ol>5. starte eksperimentet
<ol><li>Kontroller at temperatur-og trykk grensene i overvåkingsprogram varen er satt til de ønskede verdiene. Merk: i dette eksperimentet ble de satt til 70 ° c og 25 MPa.</li>
	<li>Utfør en lekkasje sjekk.<ol>
<li>Koble trykkrøret, en kapillær i rustfritt stål, til reaktor hodet.</li>
		<li>Øk trykket til mål trykket med forskjellige intervaller mens du kontinuerlig sjekker om det er lekkasje.</li>
		<li>Hold trykket konstant til strømningshastigheten på pumpen er nesten null. Merk: Vær oppmerksom på at Komprimerbar, oppløst luft i vann er synlig i lang tid i subtile strømnings avlesninger.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Start oppvarmingen etter en vellykket lekkasje sjekk.<ol>
<li>Start loggingen av trykksetting pumper.</li>
		<li>Juster settpunktet for oppvarming til ønsket verdi og starte oppvarming med programvaren.</li>
		<li>Sjekk regelmessig alle parametre og system status.</li>
		<li>Tilkoblingsstagene trykkrøret etter at du har nådd mål temperaturen.</li>
		<li>Start rocking enheten.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. prøvetaking av høytrykks reaktoren i driftsmodus
<ol><li>For å ta en prøve, fest en 5 mL sprøyte til Luer lock-kontakten på prøve ventilen på toppen av høytrykks reaktoren.</li>
	<li>Åpne forsiktig ventilen og la væsken prøven presse inn i sprøyten ved trykket inne i høytrykks reaktoren. Lukk ventilen etter at prøvevolumet har nådd 1 mL. Løsne sprøyten.</li>
	<li>Overfør prøvene i sprøyten umiddelbart til et 2 mL rør i en avtrekks hette for behandling.</li>
</ol>7. Analyse av væske prøve
Merk: bare trinnene for de mindre vanlige fotometriske ferrozine analysen (dvs. § 7,1) er beskrevet her i detalj og er nevnt i videoen, fordi de andre trinnene er standard operasjonsprosedyrer i mikrobiologi.
<ol><li>Bruk en ferrozine-analyse til franskledete bestemme konsentrasjonen av oppløst jern (Fe2 +(AQ)) og total jern (Fetot)15.<ol>
<li>Forbered en rekke jernholdige jern standard løsninger ved å oppløse kjente mengder FeSO4· 7 H2O i vann.</li>
		<li>Bland 50 μL av disse standard nivåene med 1 mL av en 1 M ferrozine løsning. Merk: reaksjonen av ferrozine med oppløst jern jern danner et lilla kompleks. Intensiteten av fargen samsvarer med jern konsentrasjonen av jern.</li>
		<li>Etabler en kalibrerings kurve mellom konsentrasjonen av jern og absorbansen av jern ferrozine komplekset.</li>
		<li>Beregn konsentrasjonen av jernholdige jern av en prøve fra to parallelle målinger i henhold til den etablerte standardkurven.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analysere pH-verdien og oksidasjon/reduksjon potensialet (ORP) med digitale pH/Redox meter med semimicro pH-elektroder, og en sølv klorid elektrode, henholdsvis.</li>
	<li>Count planktoniske celler direkte ved hjelp av et lett mikroskop med et Thoma kammer.</li>
	<li>Undersøk celle morfologi ved å skanne elektron mikroskopi (SEM).<ol>
<li>Filtrer planktoniske celler som er dyrket under forskjellige forhold gjennom et filter med en størrelse på 0,1 − 0,2 μm pore.</li>
		<li>Tørke prøver med aceton og oppbevar dem over natten ved 4 ° c i 90% aceton.</li>
		<li>Tørk prøvene av kritisk punkt tørking og frakk dem med grafitt eller gull.</li>
		<li>Undersøk prøver med et felt utslipps skanning elektronmikroskop (FE-SEM) ved 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>

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Den presenterte metoden for høytrykks eksperimenter av mikrobielle reaksjoner innen Sure løsninger var et kraftig verktøy for å simulere dyp undergrunnen geomicrobiological prosesser i et laboratoriemiljø.
Det er mange manuelle arbeidstrinn involvert, hvorav noen krever spesiell oppmerksomhet. Som en generell merknad, må ingen overdreven kraft brukes ved montering av de enkelte delene av den fleksible gull-Titan celle og reaktoren hodet (seksjoner 3 og 4). Hvis produsentens spesifikasjoner (for eksempel for maksimal trykk, temperatur, dreiemoment) ignoreres, kan det føre til lekkasje og/eller materialfeil.
Rengjøring av gull og Titan deler (§ 2,2) er et uunnværlig arbeid trinn, ikke bare for dette eksperimentet, men spesielt for eksperimenter som involverer (in-) organiske reaksjoner. Rester fra tidligere eksperimenter i gull cellen kan forårsake uønskede reaksjoner og derfor avvik av resultater. Når den monterte gull-Titan cellen er installert i reaktoren hodet, er det best å jobbe raskt og presist, fordi på denne tiden små mengder oksygen kunne gå inn i gull cellen. Lukke prøvetaking ventilen før du forlater glovebox er et godt første tiltak for å minimere utveksling mellom ambient atmosfære med det indre av gull cellen.
Når reaktoren er plassert i rocking enheten, er det viktig å sette rocking Motion hastigheten til ~ 170 °/min. Hvis høytrykks reaktoren beveger seg for fort, kan brudd på gull cellen skje på grunn av tyngdekraften eller de skarpe kantene av sediment eller steinprøver når de brukes.
Denne metoden kan brukes i flere forskningsfelt. Den fleksible gull-Titan reaksjons cellen har potensial til å bli brukt til et mangfoldig sett av vitenskapelige undersøkelser9 studere reaksjoner ved forhøyet trykk og temperatur og i svært etsende væsker eller gasser.
Mikroorganismer i den dype undergrunnen ved temperaturer over 70 ° c i nærvær av mineral overflater kan stimulere produksjonen av molekylær hydrogen eller organiske syrer som acetate selv under forhøyet trykk16. Disse produktene, og andre forbindelser, kan indusere forhøyet mikrobiell aktivitet under in situ bioleaching prosesser, i tillegg til svovel forbindelser undersøkt i denne studien.
Bruksområder omfatter bestemmelse av løselighet av gasser og ioner i vandige væsker, geokjemiske reaksjoner ved tilstander av hydrotermisk ventil systemer17, kvantifisering av isotop fraksjonering18, geokjemiske reaksjoner under co 2 opptak19, abiotiske prosesser under dannelsen av olje og gass i kilde bergarter20, og mikrobielle reaksjoner ved forhøyet trykk i undergrunnen21 som i denne studien.

I løpet av det siste tiåret, har arbeidet med å minimere virkningen av gruvedrift på miljøet økt. Åpne pit gruvedrift for råvare utvinning av malm (f. eks, kobber-rik sulfid malm), påvirker det omkringliggende landskapet ved utgraving aktiviteter og av de store gjenværende volumer av avfall bergarter og rester av bearbeidede malm etter utvinning av dyrebare metaller som kobber. Utpakking av kobber direkte fra malmen i undergrunnen vil redusere disse konsekvensene betraktelig. Teknologien til in situ biomining er en lovende kandidat for denne prosessen1. Denne publikasjonen beskriver bruken av stimulert mikrobiell aktivitet for å trekke ut edle metaller fra malmen i en vandig løsning i undergrunnen. Således kan en kobber-rik løsning lett pumpes tilbake til overflaten for å ytterligere konsentrere metallet, for eksempel.
Aktiviteten av malm-utvasking acidophilic mikroorganismer har blitt studert i mange laboratorier for et mangfoldig utvalg av parametere2,3,4,5,6. Men, trykk effekter på mikrobiell aktivitet som følge av forskjellen mellom ambient overflate Lab forhold (nær 1 bar) og undergrunnen i en dybde på 1 000 m med hydrostatisk forhold (~ 100 bar), er ikke godt dokumentert. Derfor har effekten av press på mikrobiell jern reduksjon blitt undersøkt gjennom ulike eksperimentelle veier7. Her er den mest egnede teknikken beskrevet i detalj.
Høytrykks reaktorer har blitt brukt i stor utstrekning for å studere reaksjoner ved trykk og temperaturer som oppstår i jordens overflate. Slike reaktorer består av et reaktor fartøy nederst som kan inneholde en væske prøve med en mikrobiell kultur. Reaktor hodet sitter på toppen av reaktor fartøyet og tilbyr et mangfoldig utvalg av forbindelser og grensesnitt for sikkerhetstiltak og overvåknings sensorer (f.eks. temperatur eller trykk). De fleste høytrykks reaktorer er laget av rustfritt stål. Dette materialet gir høy elastisitet og gode maskinering egenskaper, men korrosjonsbestandighet av rustfritt stål overflaten er ikke tilstrekkelig for hvert program. For eksempel, hvis svært sure eller svært redusere vandige løsninger er undersøkt, kan betydelige reaksjoner av forbindelsene av interesse med reaktoren veggen oppstå. En måte å unngå dette på er å sette inn en liner i reaktor fartøyet, for eksempel en liner laget av Borosilikatglass glass7. Det er lett å rengjøre og kan steriliseres ved autoklavering. I tillegg er det ikke angrepet av Sure eller redusere vandige løsninger. Selv om en liner kan bidra til å forhindre kunstige reaksjoner av løsningen eller mikrober i løsningen med rustfritt stål reaktor veggen, flere problemer gjenstår. For en, hvis en etsende gass dannes, slik som hydrogensulfid produsert av sulfat-reduserende bakterier, kan denne gassen reagere med den avdekket overflaten av reaktoren hodet sitter over duken. En annen ulempe er at det ikke er mulig å trekke en prøve fra reaktoren samtidig opprettholde trykket.
For å overkomme disse begrensningene, har spesialiserte fleksible reaksjons celler inne i høytrykks reaktorer blitt utviklet for en rekke bruksområder. En fleksibel polytetrafluoretylen (PTFE) celle8 ble designet for løselighet studier av salter i svært saltvann saltlaker. Men begrensningen av dette systemet er at noen gasser lett kan trenge gjennom PTFE. I tillegg har dette materialet fortsatt en relativt lav temperaturstabilitet. Dermed ble systemet forbedret ved å designe en fleksibel gull pose med en Titan Head9 som skal plasseres inne i rustfritt stål høytrykks reaktor. Gull overflaten er korrosjonsbestandig mot Sure eller reduserende løsninger og gasser. Titan overflaten er også svært inert når paddivert grundig for å danne en kontinuerlig Titan karbondioksid lag. Under prøvetaking fra denne reaksjonen cellen gjennom en tilkoblet Titan prøvetaking tube, den gull posen krymper i volum. Systemets innvendige trykk opprettholdes ved å pumpe det samme volumet av vann, som trekkes ut av prøvetaking, i høytrykks reaktoren i rustfritt stål som er imøtekommende for reaksjons cellen. Prøven inne i reaksjons cellen holdes i bevegelse ved å gynge eller vippe høytrykks reaktoren med mer enn 90 ° i løpet av eksperimentet.
Reaksjonen cellen består av delene avbildet i figur 1: gull posen, Titan krage, Titan hodet, rustfritt stål skive, Titan kompresjon bolt ring, Titan prøvetaking rør med rustfritt kjertler og krage for høytrykks konede og gjengede tilkoblinger på begge sider, og Titan ventilen. Gull posen er en sylindrisk gull (au 99,99) celle med en veggtykkelse på 0,2 mm, en ytre diameter på 48 mm, og en lengde på 120 mm.
Alle Titan deler er skreddersydd av verkstedet fra Titan grade 2 stenger. Dimensjonene på kragen, hodet, vaskemaskinen og kompresjons bolt ringen er synlige i figur 2. Den Titan prøvetaking røret er en kapillær av Titan med en ytre diameter på 6,25 mm og en veggtykkelse på 1,8 mm, noe som resulterer i en indre diameter på 2,65 mm. Det er festet i Titan hodet og Titan ventilen ved høytrykks konede og gjengede forbindelser som sikrer et segl av Titan-mot-Titan overflater. Høytrykks Titan ventilen er utstyrt med en langsom åpning stamme for å muliggjøre svært kontrollert åpning eller prøvetaking selv ved høyt trykk. Dette systemet ble brukt i en rekke studier10,11,12.

<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

Laboratoriestudier undersøker undergrunnen mikrobielle prosesser, slik som metall utvasking i dype malm forekomster (biomining), dele felles og utfordrende hindringer, inkludert spesielle miljøforhold som må replikeres, for eksempel høyt trykk og i noen tilfeller Sure løsninger. Den førstnevnte krever en eksperimentell oppsett egnet for trykksetting opp til 100 bar, mens sistnevnte krever en væskebeholder med høy kjemisk motstand mot korrosjon og uønskede kjemiske reaksjoner med container veggen. For å møte disse betingelsene for en anvendelse innen in situ biomining, ble det brukt en spesiell fleksibel gull-Titan reaksjons celle innenfor en rocking høytrykks reaktor i denne studien. Den beskrevne systemet tillot simulering av in situ biomining gjennom svovel-drevet mikrobiell jern reduksjon i en anoksisk, trykk-kontrollerte, svært kjemisk inert eksperimentelle miljø. Den fleksible gull Titan reaksjons cellen kan romme opptil 100 mL prøve løsning, som kan prøves på et gitt tidspunkt, mens systemet opprettholder det ønskede trykket. Eksperimenter kan utføres på tidsrammer som spenner fra timer til måneder. Montering av høytrykks reaktor systemet er ganske tidkrevende. Likevel, når komplekse og utfordrende (mikrobiologisk) prosesser som forekommer i jordens dype undergrunnen i kjemisk aggressive væsker må undersøkes i laboratoriet, oppveier fordelene ved dette systemet ulempene. Resultatene fant at selv ved høyt trykk den mikrobielle konsortium er aktiv, men på betydelig lavere metabolske priser.

Resultatene av høytrykks reaktor eksperimentet med den spesielle gull-Titan reaksjons celle viser at mikrobiell blandet kultur acidophiles oksidert svovel og redusert Ferric jern til jern jern (Figur 3).
På både 1 bar eller 100 bar trykkforhold, hadde kulturer en etterslep fase da vokst i gull-Titan reaksjons celle. Etter denne perioden oppsto en rask økning i konsentrasjonen av jern jern fra ca. 9 mM til 31 mM i kulturen som ble dyrket på 1 bar. Over inkubasjonstid på 22 dager, ble ~ 31 mM og 13 mM av jernholdige jern funnet i analysene på 1 bar og 100 bar, henholdsvis. Dette viser tydelig at de mikrobielle cellene var aktive på 100 bar, men deres Ferric jern-reduserende aktivitet var betydelig lavere ved forhøyet trykk. Abiotiske kontroll eksperimenter utført i Hungate rør og serum flasker viste ikke Ferric jern reduksjon på 1 bar og 100 bar.
Skanning elektron mikroskopi bilder (Figur 4) viser Rod-formede celler dyrket i eksperimenter ved lavt og høyt trykk. Ingen signifikant endring i celle morfologi ble observert ved 1 bar versus 100 bar. Imidlertid var cellevekst åpenbart hemmet av forhøyet trykk, som celle tallet var 1,3 x 108 celler/ml på 1 bar i forhold til 4,5 x 107 celler/ml på 100 bar7. Disse dataene er sammenlignbare med testene gjort i Hungate rør7. Dermed hadde den fleksible gull-Titan reaksjons cellen i seg selv ingen effekt på cellevekst og var egnet for mikrobiell vekst tester.
Resultatene viser at bioleaching mikroorganismer er aktive selv på et høyt trykk på 100 bar, som er svært relevant for in situ biomining fordi slike forhold oppstår i dype malm forekomster ved en dybde under 1 000 m7.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig1.jpg"> Figur 1: oversikt over reaksjons celle delene. Fra bunn til topp: gull posen, Titan krage, Titan hode, skive, Titan kompresjon bolt ring, Titan prøvetaking rør med rustfrie kjertler og krage for høytrykks konede og gjengede tilkoblinger på begge sider, og Titan ventilen med en adapteren for tilkobling av en Luer lock-sprøyte. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig1large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig2.jpg"> Figur 2: dimensjonale tegninger av Titan deler bearbeides fra stenger av Titan grade 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig2large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig3.jpg"> Figur 3: endringer av jern konsentrasjonen i jern i gull-Titan reaksjons celle med jern-oksiderende kultur. Celler ble dyrket anaerob ved 30 ° c. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig3large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60140/60140fig4.jpg"> Figur 4: morfologi av jern-oksiderende kultur dyrket på 1 bar og 100 bar. Celler ble dyrket anaerob ved 30 ° c. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60140/60140fig4large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</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

Denne protokollen beskriver mikrobielle eksperimenter under forhøyet Trykk for å studere in situ biomining prosesser. Den eksperimentelle tilnærmingen sysselsetter en rocking høytrykks reaktor utstyrt med en gull-Titan reaksjons celle som inneholder en mikrobiell kultur i en syrlig, jern-rik medium.

Bruke fleksible Gold-Titanium reaksjons celler for å simulere trykk avhengig mikrobiell aktivitet i sammenheng med undergrunnen Biomining

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

Biomining beskriver påført Bioleaching for utvinning av kobber og andre trykkmetaller fra bergarter ved å oppløse metallsulfider ved hjelp av sure bakterier. For eksempel er kobber coopashefa ore kan ekstraheres med denne bakterien ved å oppløse sulfidene. Og kobbersulfatrik løsning genereres deretter fra hvilken kobber kan lett ekstraheres.In situ biomining er utvinning av metaller ved hjelp av bakterier uten behov for utgraving og gruvedrift under jorden eller i en åpen grop. I stedet pumpes en jernrik sur løsning ned i fjellformasjonen, metallsulfider blir oppløst og den metallrike løsningen pumpes tilbake til overflaten der metaller deretter kan ekstraheres. I dette eksperimentet er det en høytrykksreaktorcelle som simulerer forholdene nede i dypformasjonen.Bakterier studeres og deres aktivitet knyttet til jernreduksjon kombinert med oksidasjon av svovelforbindelser, og spesielt er vi interessert i å se hvor aktive cellene er under høyt trykk, og hvordan deres priser endres under trykket. For eksperimentene kan en høytrykksreaktor, som den avbildet her, brukes, og kan simulere trykkforhold opp til 350 barer. Bunnen av en høytrykksreaktor består av et reaktorfartøy, som kan inneholde en væskeprøve med mikrobiell kultur.Reaktorhodet tilbyr en rekke tilkoblinger for sikkerhetstiltak og overvåkingssensorer. For eksempel temperatur eller trykk inne i reaktoren. De fleste høytrykksreaktorer er laget av rustfritt stål.Dette materialet gir høy motstandskraft og gode maskineringsegenskaper. Men for visse bruksområder som eksperimenter med sure eller svært reduserende vandige løsninger, kan det hende at korrosjonsbestandigheten til overflaten i rustfritt stål ikke er tilstrekkelig. En måte å unngå dette på er å sette inn en liner inn i reaktorbeholderen.Her, en liner laget av tefflon. Tefflon har høy korrosjonsbestandighet, men den kommer med en høyere risiko for forurensning, da den ikke kan steriliseres ved autoklavering og jernansikter kan utløse på overflaten. Et annet linermateriale som kan brukes er kvartsglass.Det er lett å rengjøre, kan steriliseres ved autoklavering, og er mindre påvirket av sure eller redusere vandige løsninger Selv om liner materiale kan bidra til å forhindre uønskede reaksjoner av en prøve med en rustfritt stål reaktorvegg, gjenstår flere problemer. Hvis en korroderende gass dannes, for eksempel hydrogensulfid, kan denne gassen reagere med den avdekkede overflaten av reaktorhodet som sitter over foringen. En annen ulempe er at det ikke er mulig å trekke prøven fra reaktoren uten å endre trykket.For å overvinne disse begrensningene brukte vi en spesiell reaksjonscelle, en fleksibel gullpose med et titanhode. Gulloverflaten er korrosjonsbestandig mot sure eller reduserende løsninger og gasser. Titanoverflaten er også svært inert.Når du skal danne et kontinuerlig titandioksidlag, her synlig i mørk blå. Under prøvetaking krymper gullposen i volum. Volumet av gullposen bør ikke reduseres med mer enn 50%for å forhindre dannelse av skarpe knekk og kanter.Deler som vises her er de enkelte delene av gullposeeksperimentets interne oppsett. Man kan se, fra bunnen til toppen, den fleksible gullposereaksjonscellen, titantetningssystemet, bestående av et titanhode, vaskemaskin og kompresjonsgjen dristig ring, og prøvetakingsrøret og ventilen for å få tilgang til reaksjonscellen under driftsmodus. Nå overfører vi prøven til gulltitanreaksjonscellen.For det første, åpne og låse opp det tomme kammeret, og legg alt innkommende materiale på den bevegelige skuffen. Lukk og lås frontdekselet. Etter evakuering av antikammeret, bruk hanskeparet og kom nærmest det indre dekselet.Lås opp og åpne det indre dekselet for å fjerne det innkommende materialet fra den bevegelige skuffen. Pakk ut den rene gullposen og fest stativet. Åpne serumflasken som inneholder 100ml bakteriell kultur og elementær svovel.Rist forsiktig serumflasken og overfør bakteriekulturen til gullposen. Sett titanhodet med monteringsrøret inn i titandekselet på gullposen. Skyv deretter skiven og kompresjonsmodig ring over titanprøvetakingsrøret.Fest de seks elmskruene i samme grad for å sikre en jevn trykkfordeling av titanhatten på den øverste kanten av gullposen i titandekselet. Dette er tetningsoverflaten til gulltitanreaksjonscellen. Monter prøvetakingsventilen på toppen av titanrøret igjen.Stram tilkoblingshånden stramt. Deretter må du passe på å lukke ventilen. Nå er høytrykksreaktorens kjernestykke ferdig montert og kan installeres i reaktorhatten.Nå kan installasjonen av høytrykksreaktoren finne sted. Dette kommer med en svært kort eksponering av den åpne enden av prøvetakingsrøret til den omkringliggende atmosfæren, da prøvetakingsventilen må fjernes for å få røret gjennom skrueforseglingen i reaktorhodet. Slutt å fjerne prøvetakingsventilen og skruene fra prøvetakingsrøret.Før røret gjennom reaktorhodet, skyv den store skruen over røret og fest det lille dekselet. Nå kan ikke reaksjonscelleenheten gli tilbake gjennom reaktorhodet, og begge hender står fritt til å installere prøvetakingsventilen på nytt. Fjern reaktorhodet fra benkespen for å montere det på reaktorbeholderen.Reaktorhodet, inkludert det termiske paret, må plasseres nøye på reaktorbeholderen, for ikke å skade gullposen eller det termiske paret. Til slutt festes det robuste dekselet, utstyrt med splitteringen og kompresjonsboltene, rundt reaktorhodet og fartøyet for å forsegle systemet på riktig måte. Høytrykksreaktoren er nøye montert i gyngeenheten for å unngå potensielle skader, spesielt blåmerker på fingrene.Høytrykksreaktoren festes av to klemmer som skyves over et par skruer. Skiver og skruemuttere holder klemmene på plass. Koble til kontrollenhetene for det termiske paret og trykksensoren.Det er viktig å sikre tilstrekkelig lengde på ledningene for gyngebevegelsen, samtidig som den forhindrer innholdet i å varme opp overflatene. Til slutt skyver du varmeelementet over reaktorbeholderen, og strammer skruelåsen. Vannet som skal trykkes over systemet, tas fra et reservoar av en høytrykkspumpe.Den overføres gjennom kapillærer i rustfritt stål til høytrykksreaktoren. Rocking av høytrykksreaktoren garanterer grundig blanding av reaksjonscellen. For eksempel, av gass, væske og / eller faste faser i den.Den langsommere gyngehastigheten er viktig for å forhindre skade på gullposen ved raske faste stoffer, eller ved formasjonen på grunn av gravitasjonseffekter på det fleksible gullet ved forhøyede temperaturer. Vårt system er i stand til å rotere om på den grønne og gul-merkede vinkelen på indikatoren, som er nær 180 grader. Eksperimentelle parametere logges samtidig av en programvare.For å ta en prøve er en 5 milliliter sprøyte festet til det lille låsegrensesnittet til prøvetakingsventilen på toppen av høytrykksreaktoren. Åpne ventilen forsiktig. Væskeprøven skyves automatisk inn i sprøyten av overtrykket inne i reaksjonscellen.Lukk ventilen etter at prøvevolumet når en milliliter. Ta av sprøyten. Prøven i sprøyten overføres umiddelbart til et to milliliter rør for videre behandling.Bestemmelse av mikrobiell reduksjon av jern til jern i reaksjonscellen oppnås ved fotometrisk analyse. En rekke jernstandardløsninger som inneholder et lilla farget konsentrasjonsavhengig jernkompleks og indikator, jern ferrocen, fungerer som kalibreringsmiddel. Resultatene av høytrykksreaktoreksperimentet med spesiell gulltitanreaksjonscelle viser at bakteriene oksiderer svovel og jern til jern og at det er en betydelig effekt på trykket.I figuren er økningen av jernkonsentrasjoner i løpet av 22 dager vist for forsøket utført ved trykk på en bar og 100 bar. Omtrent ble det påvist 31 og 13 millimol jern i analysene på henholdsvis en bar og 100 bar. Dette viser tydelig at mikrobielle celler var aktive selv på 100 bar, men at deres ferric jern redusere aktiviteten var betydelig lavere ved høyt trykk.Skanningelektronmikroskopbildet viser stangformede celler vokse i eksperiment ved lavt og høyt trykk. Den fleksible gull titan reaksjonscellen utviklet av Seyfried og kolleger i 1979 har potensial til å bli brukt til en rekke vitenskapelige undersøkelser, og alle av dem inkludert reaksjoner med korrosive gasser og væsker. En applikasjon kan være bestemmelse av løselighet av strykejern og gasser ved høyt trykk og temperaturer.En annen kan være fastsettelse av reaksjoner som skjer i en under dannelsen av olje og gasser. Og den tredje, som i studien her, kan undersøke mikrobielle reaksjoner ved forhøyet trykk og temperaturer.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Kvantifisering av hydrogen Konsentrasjonene i overflate og Interface Layers og bulk materialer gjennom Dybde Profilering med Nuclear Reaction Analysis

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

Dynamisk Pore-skala Reservoir-tilstand Imaging av Reaction i karbonater Bruke Synchrotron Fast Tomography

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

In Vitro Culture of epikardiell celler fra mus Embryonic Hjerte

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

Adsorbsjonsanordningen Basert på en Langatate krystall mikro for High Temperature High Pressure Gas adsorpsjon i Zeolite 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

Subsurface Defekt lokalisering ved strukturert oppvarming ved hjelp av laserprojisert fototermisk termografi

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

Visuelt basert karakterisering av det begynnende partikkel bevegelsen i vanlig underlag: fra laminær Turbulent forhold

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

Pore skala Imaging og karakterisering av hydrokarbon reservoaret Rock Wettability på geologiske forhold med X-ray 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 PHOTOREDUCTION til ch4 Performance under konsentrere Solar Light

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

Multimodal 3D-utskrift av fantomer for å simulere biologisk vev

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

Studie av en dot-mønsterprosess på fleksible materialer ved hjelp av Impact Print-Type Hot Embossing Technology

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 ...