JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

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

Summary

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

Abstract

في التعافي الموقع (ISR) هو الأسلوب السائد لاستخراج اليورانيوم في الولايات المتحدة. خلال ISR، وتتسرب اليورانيوم من الجسم الخام واستخراجه من خلال التبادل الأيوني. إنتاج الناتجة تنزف المياه (PBW) تحتوي على ملوثات مثل الزرنيخ والمعادن الثقيلة الأخرى. وعولج عينات من PBW من منشأة اليورانيوم ISR النشط مع جزيئات أكسيد النحاسيك (CUO-NPS). العلاج CUO-NP من PBW خفض الملوثات ذات الأولوية، بما في ذلك الزرنيخ، السيلينيوم، واليورانيوم، والفاناديوم. غير المعالجة أو المعالجة CUO-NP كان يستخدم PBW باعتبارها العنصر السائل وسائل الإعلام نمو الخلايا والتغيرات في قابلية تم تحديدها من قبل MTT (3- (4،5-dimethylthiazol-2-يل) بروميد -2،5-diphenyltetrazolium) مقايسة في الكلى البشرية الجنينية (كلوة 293) وسرطان الكبد البشري (التهاب الكبد G2) الخلايا. ارتبط العلاج CUO-NP مع تحسين كلوة وبقاء الخلية HEP. وتشمل القيود المفروضة على هذه الطريقة التخفيف من PBW من قبل عناصر وسائط النمو وخلال osmolتعديل ality وكذلك تعديل درجة الحموضة ضرورية. يقتصر هذا الأسلوب في سياقه الأوسع نطاقا وذلك بسبب الآثار تخفيف والتغيرات في الرقم الهيدروجيني للPBW وهو تقليديا حمضية قليلا ولكن؛ هذه الطريقة يمكن أن يكون لها استخدام أوسع تقييم العلاج CUO-NP في المياه أكثر حيادية.

Introduction

يتم توفير ما يقرب من 20٪ من إمدادات الكهرباء في الولايات المتحدة عن طريق الطاقة النووية، ومقرها في جزء منها على حوافز وطنية لزيادة الاستقلال في مجال الطاقة، ومن المتوقع القدرات النووية الامريكية لزيادة 1. ومن المتوقع أيضا نمو في جميع أنحاء العالم من الطاقة النووية للمتابعة، مع الكثير من النمو التي تحدث خارج الولايات المتحدة (2). اعتبارا من عام 2013، تم استيراد 83٪ من اليورانيوم الولايات المتحدة، ولكن وجود 952544 طن متري من الاحتياطيات في الولايات المتحدة 3،4. في عام 2013 كانت هناك 7 تطبيقات منشأة جديدة وتطبيقات 14 إعادة تشغيل / التوسع بين وايومنغ، نيو مكسيكو، ونبراسكا 5. في الولايات المتحدة، يتم استخراج اليورانيوم في الغالب من خلال استرداد الموقع (ISR) بمعالجة 6 في. ISR يسبب انقطاع أقل الأرض والابتعاد عن خلق المخلفات أكوام التي يمكن أن يطلق الملوثات البيئية 7. يستخدم ISR حلول المؤكسدة التي تعتمد على الماء ليتش اليورانيوم من الجسم خام تحت الأرض، وبعد ذلك يتم استخراج اليورانيوم من خلال العصارةعملية التبادل الأيوني 8. للحفاظ على توازن الماء في الجسم سلبا خام، جزء من العصارة، تنزف دعا إنتاج المياه (PBW)، ونزف خارج. تم تطهير جزء من PBW باستخدام التناضح العكسي (RO) وإعادة تقديمه في عملية التعدين، ولكن PBW أيضا يمكن أن يكون لها استخدامات الصناعية أو الزراعية المفيدة، إذا كان من الممكن خفض الملوثات السامة إلى مستويات مقبولة تحددها الهيئات التنظيمية الدولة للمياه السطحية و المياه الجوفية 9. حاليا، معظم المرافق اليورانيوم ISR تستخدم RO لإزالة الملوثات من PBW. ومع ذلك، معالجة RO هي الطاقة المكثفة وينتج محلول ملحي من النفايات السامة، الأمر الذي يتطلب التخلص المنظم.

العديد من الطرق لتطهير المياه، موجودة، بما في ذلك الممتزات، والأغشية، والتبادل الأيوني. من هذه، والامتزاز هو الأكثر شيوعا، والتطورات الأخيرة في تخليق جسيمات متناهية الصغر وتعزيز قدرات القائم مكثف تطهير المياه بمعالجة 10. OXI نحاسيدي النانوية (CUO-NPS) سابقا لم يتم دراستها بشكل مكثف على اليورانيوم ISR PBW، ولكن في الدراسات الحديثة لإزالة التلوث من المياه الجوفية، تم العثور على CUO-مصادر القدرة النووية أن لها خصائص فريدة من نوعها، بما في ذلك التي لا تتطلب خطوات معالجة المياه بعد انتهاء قبل أو ( على سبيل المثال، وتعديل درجة الحموضة أو إمكانية الأكسدة) وأداء جيدا في تركيبة المياه المختلفة (على سبيل المثال، في بالوسط مختلفة، تركيز الملح، أو الأيونات المتنافسة) 11. بالإضافة إلى ذلك، يتم إعادة CUO-مصادر القدرة النووية بسهولة عن طريق الرشح مع هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم)، وبعد ذلك يمكن إعادة استخدامها وإعادة إحياء CUO-مصادر القدرة النووية. تفاصيل CUO-NP المعادن النزرة قدرات التصفية من المياه الطبيعية وقد نشرت سابقا 11-14.

على الرغم من المفيد لمعالجة المياه، يمكن أن جزيئات أكسيد المعادن تكون سامة للكائنات الحية، ولكن مدى سمية يعتمد، في جزء منه، على خصائص جسيمات متناهية الصغر والمكونات 10،15،16. وبالتالي، فمن المهم دراسة simultaneous الملوثات إزالة جسيمات متناهية الصغر والسميات قبل التطبيقات الميدانية. حددت الدراسة الحالية قدرة CUO-مصادر القدرة النووية لإزالة PBW الملوثات ذات الأولوية (بما في ذلك الزرنيخ، السيلينيوم، والفاناديوم واليورانيوم)، وتقييم تأثير العلاج CUO-NP على PBW السمية الخلوية.

وقد تم جمع PBW من منشأة اليورانيوم ISR نشط وتستخدم لتحديد فعالية العلاج CUO-NP في أولوية إزالة التلوث. PBW سمية الخلايا قبل وبعد العلاج CUO-NP أيضا تم تقييم. PBW هو الجيولوجية المعقدة (الصناعية / البيئية) الخليط وكل من المعهد الوطني للصحة البيئية والعلوم (علوم الصحة البيئية) وكالة المواد السامة وسجل الأمراض (ASTDR) يتم التركيز على دراسة سمية مخاليط ذات الصلة بالبيئة، بما في ذلك مخاليط كما وجدت في الطبيعة أو الصناعية الإعدادات، فضلا عن تعزيز في اختبار المختبر لتحديد أولويات المواد الكيميائية لآخر في الجسم الحي اختبار17-19. دراسات، جرعة منخفضة من التعرض خليط المزمنة تشكل تحديا بسبب التعرض المزمن للخليط جرعة منخفضة لا تنتج آثارا واضحة، على الأقل ليس في فترة زمنية قصيرة من معظم الدراسات المختبرية. وبالمثل، فإن معظم الدراسات في المختبر من الخلائط الكيميائية فضح الخلايا إلى خليط من صنع مختبر محدد من 2 أو أكثر من المعادن 20،21. وتوفر هذه الدراسات معلومات أساسية، ولكن مخاليط مبسطة لا تكرار التفاعلات العدائية والتآزر المعقدة التي قد تحدث في عينة بيئية الأم، حيث مجموعة كاملة من مكونات خليط موجودة.

وكانت أهداف هذه الدراسة إلى دراسة عمليات إزالة التلوث بديلة للPBW وتقييم تأثير (CUO-NP) العلاج على PBW السمية الخلوية باستخدام الخلايا البشرية المستزرعة. نتائج يمكن أن تستفيد صناعة اليورانيوم من خلال تطوير أساليب أكثر كفاءة أو الصديقة للبيئة لإزالة التلوث. وتقدم هذه الدراسةأول دليل على أن الحد من الملوثات ذات الأولوية في PBW التي كتبها CUO-مصادر القدرة النووية يقلل من السمية الخلوية في خلايا الثدييات 22.

Protocol

وقد تم جمع جميع العينات في بناء وتجهيز السائل اليورانيوم من منشأة ISR اليورانيوم في وايومنغ.

1. إنتاج التسييل المياه (PBW)

  1. جمع نوعين من عينات المياه من منشأة اليورانيوم ISR: PBW والتناضح (RO) المياه عكس. جمع PBW من صنبور الرصد بعد عملية التبادل الأيوني ولكن قبل التناضح العكسي إزالة التلوث. جمع عينات RO بعد تطهيرها من PBW عن طريق العلاج التناضح العكسي.
    يتم نقل Lixiviant في خطوط أنابيب من حقول الآبار متعددة لبناء وتجهيز السائل اليورانيوم، حيث يتم جمعها في عمود وإعدادها للالتبادل الأيوني: ملاحظة. حوالي تتم إزالة 1-3٪ من lixiviant بعد التبادل الأيوني من الدائرة وتسمى المياه تنزف إنتاج (PBW). إعادة استخدامها PBW في عمليات التعدين أو تطهير / المنزوعة مع RO الترشيح.
  2. جمع عينات المياه في البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) زجاجات مع صفر مساحة الرأس وفقالإجراءات التشغيل القياسية لجمع العينات وتحليلها من وزارة ايومنغ من جودة البيئة (WYDEQ) 23.
  3. قياس درجة الحرارة ودرجة الحموضة في الموقع ونماذج النقل على الجليد لإبقائهم باردة.
  4. متجر PBW في 4 درجات مئوية. الحفاظ على حل PBW بارد حتى بعد الحد الأدنى الضروري وسائل الإعلام (EMEM-10X) في المركز النسر تضاف أثناء إعداد وسائل الاعلام كما هو موضح في البروتوكول التالي.
    ملاحظة: PBW هو الحل أكسدة التي من شأنها أن تعجل إذا ما سمح لتجميد أو تحسنت إلى درجة حرارة الغرفة. بعد تخفيف الحل PBW بشكل كاف تمييع أنه لن يعجل عند تسخينها إلى 37 درجة مئوية قبل تطبيق الخلايا وأثناء الحضانة.

2. إعداد CUO النانوية (CUO-NPS)

  1. الجمع بين الحل الايثانول النقي تحتوي على 250 مل من 0.2 M CuCl 2 • 2H 2 O، 250 مل من 0.4 M هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم)، و 5 ز البولي ايثيلين جلايكول (PEG) في قارورة جولة القاع برصيد ست مم كرات الزجاج البورسليكات.
  2. وضع الحل في فرن الميكروويف المعدلة والسماح لها للرد تحت الجزر في ضغط الهواء المحيط لمدة 10 دقيقة في 20٪ طاقة (فترات من 6 ثانية على، 24 ثانية إيقاف).
  3. تبريد حل لدرجة حرارة الغرفة (20 ° C)، ثم يصب في أنابيب مخروطية 50 مل، وترك كرات زجاجية.
  4. الطرد المركزي الحل في أنابيب مخروطية 50 مل في 1000 x ج لمدة 30 دقيقة، يصب، ثم يغسل CUO-مصادر القدرة النووية مع سلسلة من 300 مل من الماء الساخن (60-65 درجة مئوية)، و 100 مل ايثانول، و 100 مل الأسيتون.
  5. تجفيف CUO-مصادر القدرة النووية إلى درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) في 50 مل أنابيب مخروطية.
  6. تتخلص من CUO-مصادر القدرة النووية من الأنابيب الخاصة بهم إلى هاون. تغطية CUO-مصادر القدرة النووية مع رقائق القصدير وتسخين CUO-مصادر القدرة النووية إلى 110 درجة مئوية في فرن لإزالة السائل المتبقي. الجمع بين CUO-مصادر القدرة النووية في دفعة واحدة وتزن CUO-مصادر القدرة النووية.
    وقد أجريت إعداد CUO-مصادر القدرة النووية والعلاج CUO-NP من PBW في المياه التأهيلية ملاحظة:مختبر إيتي لعلم النظم الإيكولوجية والإدارة، جامعة وايومنغ. وجاء التوليف CUO-NP إجراءات مارتنسون وريدي (2009) 11.

3. علاج PBW مع CUO-مصادر القدرة النووية

  1. إضافة 50 ملغم (1 ملغ / مل) من CUO-NP إلى 50 مل أنبوب مخروطي تليها 50 مل من PBW. ختم الأنبوب وكان رد فعل لمدة 30 دقيقة على مقاعد البدلاء كبار شاكر المداري في 250 دورة في الدقيقة.
  2. الطرد المركزي أنابيب العينات في 250 x ج لمدة 30 دقيقة ثم تصفية طاف باستخدام فلتر حقنة 0.45 ميكرون. تغيير سرعة أجهزة الطرد المركزي والوقت يمكن أن تعتمد على جسيمات متناهية الصغر لضمان CUO-مصادر القدرة النووية تصبح المضغوط في أنبوب الطرد المركزي.

4. تحليل عنصري

  1. إعداد غير المعالجة (السيطرة) وعينات PBW CUO-NP المعاملة لتحليل العناصر على النحو التالي.
  2. تحمض قسامات (40 مل) من CUO-NP المعاملة وغير المعالجة PBW مع الصف المعادن النزرة حمض النيتريك إلى الرقم الهيدروجيني من 2.0. تحليل قسامات PBW محمض لالكاتيونات التي كتبها coupl بالحثإد البلازما الشامل الطيفي (ICP-MS) كما هو موضح في ريدي وروث (2012) 13.
  3. إعداد قسامات unacidified (20 مل) من CUO-NP المعاملة وغير المعالجة PBW وتحليل قسامات unacidified لالأنيونات بواسطة اللوني ايون (IC) كما هو موضح في ريدي وروث (2012) 13.
    وقد تم تحليل أجزاء مأخوذة من قبل وزارة الزراعة وايومنغ الخدمات التحليلية، لارامي WY 82070. وصف الإجراء IC وICPMS يمكن العثور عليها في ريدي وروث (2012) 13: ملاحظة.

5. إعداد خلية ثقافة وسائل الإعلام عن طريق PBW

  1. استخدام اثنين من التحكم (EMEM-1X وRO + وسائل الإعلام) وثمانية PBW حلول الوسائط اختبار (أربعة تركيزات كل من PBW غير المعالجة وسائل الإعلام CUO-NP المعاملة) في دراسات الجدوى. لمحات عامة عن الحلول هي كما يلي:
    1. لEMEM-1X التحكم، وشراء الحد الأدنى الضروري وسائل الإعلام النسر (EMEM-1X) مع L-الجلوتامين وبيكربونات الصوديوم أضفت. إضافة مصل بقري جنيني (FBS) والمضادات الحيوية في تعليمات الشركة الصانعة.
      ملاحظة: يتم شراؤها EMEM-1X المخفف إلى التركيز المناسب لنمو الخلايا والتي تحتوي على الجلوتامين L-وبيكربونات الصوديوم. يتطلب EMEM-1X إضافة مصل الجنين البقري (FBS) ومزيج المضادات الحيوية البنسلين والستربتومايسين (50 IU / البنسلين مل و 50 ميكروغرام / الستربتومايسين مل). يستخدم EMEM-1X باعتبارها وسائل الإعلام السيطرة لأنه أوصى سائط النمو الشركة الصانعة لكل أنواع الخلايا المستخدمة في هذه الدراسة. غير المخفف المركزة EMEM-10X مع المياه RO من المرفق أو غير المعالجة أو CUO-NP المعاملة PBW لإنتاج حلول اختبار. تتركز EMEM-10X عندما تم شراؤها لا يحتوي على L-الجلوتامين أو بيكربونات الصوديوم بحيث تضاف هذه بالإضافة إلى مصل الجنين البقري (FBS) ومزيج المضادات الحيوية البنسلين والستربتومايسين.
    2. لحل التحكم RO RO استخدام المياه التي تم جمعها من منشأة ISR. استخدام نفس البروتوكول وسائط الإعلام اختبار PBW بديلا فقط 100٪ RO واتإيه من مرفق ISR في مكان PBW. لتخفيف المياه غير المعالجة واستخدام الحل CUO-NP المعاملة RO أو عالى النقاء من المختبر.
    3. تمييع غير المعالجة PBW إلى أربعة تجمعات اختبار قبل الاختلاط مع المكونات وسائل الإعلام ثقافة الخلية. إعداد تركيزات مختلفة أربعة حلول PBW غير المعالجة عن طريق خلط PBW غير المعالجة مع ريال عماني (من المختبر) في المجموعات التالية: 100٪ (PBW الخالص + لا ماء RO) و 75٪ (187.5 مل من PBW + 62.5 مل RO الماء)، 50٪ (125 مل من PBW + 125 مل من الماء RO) أو 25٪ (62.5 مل من PBW + 187.5 مل من الماء RO).
    4. مخفف CUO-NP-تعامل PBW إلى أربعة تجمعات اختبار قبل الاختلاط مع المكونات وسائل الإعلام ثقافة الخلية. إعداد تركيزات مختلفة أربعة حلول PBW CUO-NP المعاملة عن طريق خلط PBW (ما قبل المعالجة مع 1 ملغ / مل CUO-NP لمدة 30 دقيقة) مع ريال عماني (من المختبر) في المجموعات التالية: 100٪ (CuO- نقية PBW NP المعاملة + لا ماء RO) و 75٪ (187.5 مل من CUO-NP المعاملة PBW + 62.5 مل RO المياه)، 50٪ (125مل من CUO-NP المعاملة PBW + 125 مل من الماء RO) أو 25٪ (62.5 مل من PBW CUO-NP المعاملة + 187.5 مل من الماء RO).
  2. إعداد 250 مل من RO + وسائل الإعلام، PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام وCUO-NP المعاملة PBW + وسائل الإعلام التركيز بإضافة 25 مل من المركز EMEM-10X إلى 190 مل من 100٪ RO وبنسبة 100٪، 75٪، 50٪ أو 25٪ من تركيزات غير المعالجة أو CUO-NP المعاملة ولم يضف PBW بإنشائه في الخطوة 6.1.3 و6.1.4.
  3. ضبط درجة الحموضة من كل حل إلى 7.4 مع هيدروكسيد الصوديوم أو حمض الهيدروكلوريك.
  4. يكمل كل منهما تركيز غير المعالجة وCUO-NP المعاملة PBW وكذلك RO + وسائل الاعلام مع المكونات القياسية التالية: 25ML (10٪) مصل بقري جنيني (FBS)، 2.5 مل L-الجلوتامين، 0.55 غرام NaHCO 3 و 1.25 مل القلم / بكتيريا (50 وحدة دولية / مل البنسلين و 50 ميكروغرام / مل الستربتومايسين).
  5. ضبط الأسمولية من كل تركيز PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام، CUO-NP المعاملة PBW + وسائل الإعلام وRO + وسائل الإعلام إلى 290-310 الميلي أسمول / كغ وذلك بإضافة الماء RO وقياس باستخدام مقياس التناضح.
  6. تصفية كل الحل باستخداموحدة 0.22 ميكرون فراغ مرشح، وتخزينها في 4 ° C.
    ملاحظة: نظرا لاختلاف بسيط في كمية المياه RO استخدامها لضبط الأسمولية، تختلف تركيزات سائل الإعلام النهائية ضمن نطاق 5٪، مع PBW غير المعالجة + تركيز وسائل الإعلام على 56٪، 44٪، 29٪ و 16.5٪ و CUO-NP- تعامل PBW + وسائل الإعلام تركيزات بنسبة 53٪، 45٪، 30٪ و 17٪.

6. قابلية الخلية

ملاحظة: نظرا لأن الكلى والكبد والأعضاء المستهدفة من سمية المعادن الثقيلة، وتوظيف الكلى الجنينية البشرية (HEK293) الخلايا المستزرعة (HEK) وسرطان الكبد البشري (HepG2) خلايا (HEP) طرق الاختبار 24-26.

  1. إعداد ثقافة خلايا كلوة وHEP قبل 2-3 أيام طلاء لوحات 96-الآبار المستخدمة في التجربة في تعليمات الشركة الصانعة.
  2. قياس بقاء الخلية باستخدام 3- [4، 5-dimethylthiazol-2-يل] -2، بروميد 5-diphenyltetrazolium (MTT) فحص.
    ملاحظة: تم تعديل بروتوكول MTT فحص من ميrloo وآخرون (2011) 27.
    1. الحصول MTT في شكل مسحوق. إضافة الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) لتعويض تركيز الأسهم من 50 ملغ / مل. تستنهض الهمم الحل لمدة 2 ساعة ثم تصفية مع فلتر حقنة 0.45 ميكرون وقسامة في أنابيب آمنة 1.5 مل الفريزر. حماية الأنابيب من الضوء وتخزينها في 4 ° C.
  3. إزالة الخلايا كلوة وHEP من الأطباق ثقافتهم باستخدام التربسين، الطرد المركزي في 1000 x ج لمدة 5 دقائق وصب التربسين. إضافة 5 مل من برنامج تلفزيوني والخلايا خلط للحصول على حل وحيد الخلية. ثم، وتطبيق 20 ميكرولتر من الحل خلية واحدة إلى عدادة الكريات للحصول على عدد خلايا لكل مليلتر من المحلول. الطرد المركزي الخلايا مرة أخرى في 1000 x ج لمدة 5 دقائق وصب PBS المستخدمة لشطف الخلايا. إضافة كمية مناسبة من EMEM-1x إلى ضبط تركيز الخلايا إلى 500 خلية / 100 ميكرولتر (100 ميكرولتر / جيد).
  4. ملء الآبار محيط لوحة مع 200 ميكرولتر PBS للسيطرة على التبخر.
  5. خلية البذورالصورة في كثافة 500 خلية / جيد إضافة 100 ميكرولتر من كل بئر، باستثناء الآبار المحيطة (التي لا مطلي مع الخلايا).
    ملاحظة: كثافة البذر للخلايا كلوة وHEP يقوم على أساس منحنيات النمو التجريبية التي تسمح ذروة النمو تحدث حول أيام 4-5. إعداد منحنيات النمو لجميع خطوط الخلايا لتقدير كثافة البذر.
  6. احتضان الخلايا لمدة 24 ساعة على 37 درجة مئوية مما يتيح لهم استرداد (شكل التصاقات مشددة على لوحة) قبل تنفيذ قراءات MTT الأساس من كثافة الخلايا.
  7. أداء قراءات MTT الأساسية من كثافة الخلايا عن طريق إزالة وسائل الإعلام البذر من العمود الأول (وليس بما في ذلك محيط) وإضافة 100 ميكرولتر من MTT (5 ملغ / مل في وسائل الإعلام) إلى الآبار لمدة 1 ساعة.
  8. بعد ساعة واحدة، وإزالة MTT وإضافة 100 ميكرولتر من سلفوكسيد ثنائي ميثيل (DMSO) بحل MTT-formazan التي تنتجها خلايا قابلة للحياة (20 دقيقة).
  9. قراءة الكثافة الضوئية (OD) من العمود الأول في الطول الموجي امتصاص 570 نانومتر للحصول على قاعدةخط القراءة.
    1. استخدام قراءات أساسية لضمان وكانت المصنفة جميع لوحات بشكل صحيح وأن الخلايا تنمو باستمرار بين لوحات. إزالة DMSO من العمود يجري اختبارها قبل تفرخ للساعة 24 القادمة.
      ملاحظة: في حالة ترك DMSO في لوحة بين عشية وضحاها تسحب الرطوبة من العمود المجاور، مما تسبب في انخفاض في حجم وسائل الاعلام.
  10. تدفئة حلول اختبار (أي EMEM-1X، RO، PBW غير المعالجة والحلول PBW وسائل الإعلام CUO-NP المعاملة) إلى 37 درجة مئوية في حمام مائي.
  11. إزالة وسائل الإعلام البذر عن بقية لوحة (وليس بما في ذلك محيط أو العمود الأول الذي كان يستخدم للقراءة خط الأساس) واستبدالها مع 100 ميكرولتر من EMEM-1X، RO + وسائل الإعلام، PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام تركيزات أو CUO-NP PBW المعالجة بالإثير + تركيز وسائل الإعلام (حل واحد لكل لوحة). احتضان الخلايا في تركيزات اختبار أو حلول التحكم ليصبح المجموع سبعة أيام (أيام 2-8).
    ملاحظة: هناك 10 لوحات الكلية: 1 EMEM-1X، 1 ريال عماني + وسائل الإعلام، 1 من كل تركيز PBW + وسائل الإعلام غير المعالجة (56٪، 44٪، 29٪ و 16.5٪) وصفيحة واحدة من كل تركيز PBW + وسائل الإعلام CUO-NP المعاملة (53٪، 45٪ ، 30٪ و 17٪) في التجربة في خط الخلية.
  12. كل يوم بعد قراءة MTT الأساسية، وإزالة السيطرة واختبار الحلول (المدرجة في المذكرة تحت 6.11) من العمود التالي من لوحة كل منها (على سبيل المثال تتم إزالة يوم 2 اختبار ومراقبة وسائل الاعلام من الصف 3، آبار BG، يوم 3: صف واحد 4 والآبار BG الخ) وتكرار بروتوكول MTT كما هو موضح في الخطوات 6،7-6،9 أعلاه.
  13. كرر بروتوكول كل يوم لمدة سبعة أيام. متوسط ​​نتائج OD لكل صف (6 آبار) وذكرت مع الزمن لتوليد منحنى النمو لمدة سبعة أيام.
  14. لتقييم تأثير النحاس عملية إزالة معدن ثقيل على بقاء الخلية في CUO-NP-تعامل PBW + وسائل الإعلام يتبع نفس الإجراء على النحو الوارد أعلاه، باستثناء إضافة 100 ميكرومتر من D-البنسيلامين لمراقبة واختبار الحلول قبل أن يضيف الحلول لوحات كل منها. أداء الشرج البياناتيسيس باستخدام برنامج الرسوم البيانية العلمي.

7. النمذجة الجيوكيميائية

  1. تحميل البصرية نسخة MINTEQ 3.0 / 3.1 مجانية من الموقع التالي http://www2.lwr.kth.se/English/Oursoftware/vminteq/ .
    ملاحظة: البصرية MINTEQ هو نموذج الاتزان الكيميائي مجانية لحساب أنواع جديدة المعادن، التوازنات الذوبان، الخ الامتصاص للمياه الطبيعية. وبالإضافة إلى ذلك يتم استخدامه للتنبؤ أنواع جديدة الأيوني، والأنشطة أيون، المجمعات أيون ومؤشرات التشبع التي بالمقارنة مع تركيز العناصر قبل وبعد العلاج (نتائج التحليل الطيفي الشامل) لدراسة الآليات الممكنة لإزالة عنصر 28.
  2. فتح البرنامج وإدخال بيانات التحليل الطيفي جماعية من الخطوة 4، بما في ذلك درجة الحموضة، والقلوية وتركيزات العناصر المختلفة، في البرنامج.
    ملاحظة: نظرا لأن المياه الجوفية يتأكسد خلال urani في الموقعأم عملية الاستخراج، واستخدام الأنواع المؤكسدة من الزرنيخ، والفاناديوم، واليورانيوم لإدخال.

8. المثبطة تركيز 50 (IC 50)

  1. حساب IC 50 لPBW + وسائل الإعلام تركيزات غير المعالجة وCUO-NP المعاملة عن طريق حساب متوسط ​​أولا الجدوى (المتوسطات OD) في يوم 5 من ثلاثة أشواط منفصلة.
  2. طرح اليوم خمسة المتوسطات جدوى PBW + وسائل الإعلام تركيزات غير المعالجة وCUO-NP المعاملة من يوم خمسة المتوسطات جدوى EMEM-1X لحساب الفروق جدوى. ثم تقسيم الخلافات الجدوى من متوسط ​​بقاء في يوم 5 في EMEM، وتتضاعف بنسبة 100 في المئة للحصول على تثبيط.
  3. طرح تثبيط في المئة من 100 (EMEM-1X الجدوى) للحصول على الصلاحية في المئة لكل PBW + وسائل الإعلام التركيز غير المعالجة وCUO-NP المعاملة.
  4. مدخلات البرامج برسوم بيانية العلمي من خلال وضع EMEM-1X بتركيز واحد والجدوى في المئة من 100. تحويل جميع التركيزات في السجلنطاق (X = دخول (X)) وأداء الانحدار غير الخطية مع المربعات الصغرى التحليل مناسبا.

تحليل 9. البيانات

  1. مقارنة تراكيز العناصر في غير المعالجة وCUO-NP المعاملة PBW مع اثنين من الذيل، وإرفاقها، طالب T-الاختبار.
  2. حساب المناطق الواقعة تحت المنحنى (AUC) باستخدام البيانات منحنى النمو جمعها على مدى سبعة أيام، وتحليل التباين مع تكرار تحليل التدابير التباين (ANOVA)، تليها اللاحق مقارنة توكي بين جميع الفئات (ن = 3).
  3. حساب IC 50 باستخدام بيانات من اليوم الخامس من منحنى النمو على حد سواء غير المعالجة وCUO-NP المعاملة PBW + حلول الوسائط (المذكورة أعلاه). القيم ف <0.05 تعتبر كبيرة.
    ملاحظة: لأغراض التحليل الإحصائي، تم تعيينه القيم الطيفي الجماعية لنصف الحد الكشف لأيونات مستويات تركيزات أقل من هذا الحد 29.

النتائج

يتم الإبلاغ عن تركيزات عنصر PBW ودرجة الحموضة في غير المعالجة وCUO-NP المعاملة PBW في الجدول 1. وذكرت مارتنسون وريدي (2009) أن نقطة الصفر المسؤول عن CUO-NP تقدر ب 9.4 ± 0.4. وبالنظر إلى أن الرقم الهيدروجيني للPBW كانت 7،2-7،4، في هذه الظروف، المياه يتبرع البروتونات إلى CUO-مصادر القدرة النووية، مما تسبب في سطح جسيمات متناهية الصغر ليكون موجب الشحنة والسماح لامتصاص الأنواع سالبة الشحنة. العلاج CUO-NP إزالة الملوثات ذات الأولوية من PBW، بما في ذلك الزرنيخ، السيلينيوم واليورانيوم والفاناديوم (الجدول 1). وانخفض متوسط ​​تركيز الزرنيخ بنسبة 87٪ [0،0175-0،002 ملغم / لتر (اثنان الذيل تقرن اختبار t، P <0.0001)]. العلاج CUO-NP أيضا انخفاضا كبيرا السيلينيوم (30٪) واليورانيوم (78٪)، والفاناديوم (92٪)، والفوسفات (85٪) (p <0.05).

نتائج النمذجة أنواع جديدة، وذكرت في الجدول رقم 2، ودعم النتائج التحليلية: 99٪ من لتل الزرنيخ المذاب في PBW موجودا كما HAsO 4 2- وH 2 اسو 4 - و 94٪ من إجمالي السيلينيوم الذائبة في PBW موجود كما سيو 4 2-. وتحمل هذه الأنواع سلبا، وبالتالي قادرة على التكثيف لCUO-مصادر القدرة النووية. وتوقع النمذجة أنواع جديدة أن 99٪ من الأنواع الفاناديوم في PBW وسالبة الشحنة، وتعزيز أيضا الامتزاز في CUO-مصادر القدرة النووية. ومع ذلك، توقع النمذجة أنواع جديدة٪ فقط 35.5 من اليورانيوم واتهم الأنواع سلبا، التي من شأنها أن تحد من امتصاص لCUO-مصادر القدرة النووية. وتوقع تحليل مؤشرات التشبع أنه لا يوجد نوع من arsenic-، selenium-، اليورانيوم، أو المعادن التي تحتوي على الفاناديوم كانت بالقرب من التشبع (أي هطول الأمطار المعدنية) مستويات، ودعم الامتزاز في CUO-مصادر القدرة النووية، مقابل هطول الأمطار.

لتقييم ما إذا تركيزات المتوقع من الملوثات ذات الأولوية هي في وسائل الإعلام جعلت من غير المعالجة وCUO-NP المعاملة PBW، وعينات من وسائل الإعلام السيطرة مخفف (EMEM-1X)، و 56٪وقد تم تحليل غير المعالجة PBW + وسائل الإعلام و 53٪ من PBW CUO-NP المعاملة + سائل الإعلام من قبل ICP-MS. وسائل الإعلام السيطرة مخفف (EMEM-1X) هو منتج تجاري المتوفرة مع L-الجلوتامين وبيكربونات الصوديوم (مضافة مسبقا). تم رفع تركيزات النحاس والسيلينيوم في السيطرة EMEM-1X قليلا كما هو متوقع لأنها ضرورية لنمو الخلايا، ولكن الزرنيخ واليورانيوم والفاناديوم يكاد يذكر، وذكرت في الجدول 3. وأظهرت الدراسات الأولية أن والزرنيخ، تم تخفيض تركيز السيلينيوم والفاناديوم من قبل العلاج CUO-NP وأن الانخفاض كان ممثلا في التركيزات في PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام. تركيز قياس اليورانيوم في PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام وانخفضت مقارنة مع غير المعالجة PBW، وكان هذا الانخفاض أكثر وضوحا مما كان متوقعا من قبل Visual النمذجة MINTEC V.3. ارتفعت مستويات النحاس في وسائل الإعلام CUO-NP المعاملة كما هو متوقع.

لتحديد قدرة المعالجة CUO-NP لتحسين السمية الخلوية من PBW على الثديياتالخلايا، وجرى تقييم الجدوى في الخلايا المعرضة لحلول PBW + وسائل الإعلام قبل وبعد العلاج CUO-NP. تعرضت كل من خلايا كلوة (الشكل 1A) وHEP (الشكل 1B) لتركيزات مختلفة من PBW غير المعالجة أو المعالجة + وسائل الاعلام لمدة تصل إلى سبعة أيام. في الخلايا المزروعة في PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام، وضعف الجدوى بطريقة تعتمد على التركيز، في حين أن العلاج CUO-NP تحسنت قابلية الخلوية في كل من خطوط الخلايا. مفوضية الاتحاد الأفريقي متكاملة في الشكل 1C يدل على أن الخلايا كلوة تزرع في CUO-NP-تعامل PBW + كانت وسائل الإعلام أكثر قابلية للاستمرار مقارنة PBW غير المعالجة + وسائل الاعلام على أعلى تركيزات ثلاثة (29٪، 44٪ و 56٪). وأظهرت الخلايا HEP الجدوى مختلفة قليلا: أظهرت فقط وهما أعلى تركيزات PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام (44٪ و 56٪) الجدوى ضعف مقارنة PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام (1D الشكل). وكانت تركيزات أكثر المخففة من PBW أقل سمية للخلايا HEP، وبقاء الخلية أقل تأثرا العلاج. الوكانت جدوى على حد سواء كلوة وHEP الخلايا المزروعة في 16.5٪ PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام لا تختلف كثيرا عن الخلايا المزروعة في PBW 53٪ CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام (p <0.05). وهكذا، ظهرت العلاج CUO-NP لتحسين السمية الخلوية من PBW، مع بقاء بالقرب من مستويات الرقابة. كما ذكرنا آنفا، ويرتبط العلاج CUO-NP من PBW مع زيادة في تركيزات النحاس. وكان من المتوقع الزيادة، استنادا إلى النتائج السابقة التي ريدي وروث (2012)، التي تستخدم CUO-مصادر القدرة النووية لإزالة الزرنيخ من المياه الجوفية. الزيادة في النحاس تعتمد على كيمياء المياه محدد من PBW، ولكن ظلت دون EPA MCL من 1.3 ملغم / لتر. ومع ذلك، فمن المهم أن يستبعد أن الزيادة في تركيزات النحاس ساهمت في تحسين الجدوى (أي بالإضافة إلى، أو بدلا من الانخفاض في الملوثات ذات الأولوية). وفقا لذلك، تم إضافة النحاس خالب D البنسيلامين إلى EMEM-1X التحكم، RO تحكم + وسائل الإعلام، PBW + وسائل الإعلام حلول غير المعالجة وCUO-NP المعاملة، وعشرتم إنشاء أون MTT منحنى النمو جدوى، كما هو موضح أعلاه. النحاس عملية إزالة معدن ثقيل لم يكن كبيرا يؤثر على قابلية إما خلايا كلوة أو HEP المحتضنة في RO تحكم + وسائل الإعلام، PBW غير المعالجة وCUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام (النتائج غير معروضة).

تم احتساب نصف أقصى تركيز مثبط (IC 50) من يوم خمسة نمو كلوة والخلايا HEP تزرع في PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام (الجدول 4A) وPBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام (الجدول 4B). لخلايا كلوة تزرع في PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام، وكانت قيمة IC 50 1،264 (تسجيل PBW٪). وبالتالي، فإن غير المعالجة PBW + وسائل الإعلام يجب أن تكون مخففة إلى 18.38٪ للوصول الى انخفاض بنسبة 50٪ في قدرتها على البقاء. لخلايا كلوة تزرع في PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام، وكانت قيمة IC 50 2،744 (تسجيل PBW٪). وتشير هذه النتيجة أن نظريا تم تخفيض السمية الخلوية من الحل إلى حد أن يعامل سيحتاج PBW + وسائل الإعلام إلى أن تتركز بنسبة 500٪ (تسجيل PBW٪ = 2.744) لإنتاج مماثل 50٪ ديتجعد في قدرتها على البقاء. لخلايا HEP تزرع في PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام، وكان IC 50 1،243 (تسجيل PBW٪). وهذا يتطلب التخفيف من PBW + وسائل الإعلام إلى 17.5٪ لإنتاج انخفاضا بنسبة 50٪ في قدرتها على البقاء. في المقابل، للخلايا HEP تزرع في PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام، وكان IC 50 5،327 (تسجيل PBW٪). على الأرجح كان هذا قيمة كبيرة جدا، لأن بقاء الخلايا في PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام لم تكن تختلف كثيرا عن الخلايا المزروعة في EMEM-1X (مراقبة). التصوير حقل مشرق، هو موضح في الشكل 2، كل كلوة وHEP النمو الخلوي في اليوم الخامس. وقد تحسن مقابل عدد الخلايا والتعلق في PBW + وسائل الإعلام CUO-NP المعاملة (الشكل 2E، F) إلى PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام (الشكل 2C، D).

figure-results-6731
الشكل 1: منحنيات النمو. واستخدمت منحنيات النمو لتقييم جدوى وزrowth الثقافات أثناء العلاج. منحنيات النمو للكلوة (A) وHEP (B) الخلايا المزروعة في أربعة التخفيفات من PBW + وسائل الإعلام مقارنة مع 53٪ PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام (لوحات العليا). EMEM-1X التحكم (EMEM) figure-results-7091 ، RO figure-results-7156 ، 53٪ CUO-NP المعاملة figure-results-7236 ، 16.5٪ غير المعالجة PBW figure-results-7321 ، 29٪ غير المعالجة PBW figure-results-7404 ، 44٪ غير المعالجة PBW figure-results-7486 ، 56٪ غير المعالجة PBW figure-results-7566 . منطقة خاضعة للتحليل منحنى (AUC) من كلوة (C) وHEP (D) البيانات منحنى النمو 7 أيام (لوحات أقل). * P <0.05 مقارنة مع الشاهد EMEM، #P <0.05 مقارنة مع الشاهد RO، §p <0.05 مقارنة مع 53٪ CUO NP المعاملة PBW وسائل الإعلام. (مقارنة باستخدام ANOVA الذيل مع اثنين منالتحليل اللاحق توكي، ون = 3.)

figure-results-8018
الشكل 2: شكل الخلية قبل وبعد العلاج CUO-NP المجهر حقل مشرق (20X) من كلوة (العمود الأيسر) وHEP (العمود الأيمن) الخلايا في يوم 5، نمت في: EMEM-1X التحكم (EMEM) (A، B )، وكان يستخدم 56٪ PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام (C، D) و 53٪ PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام (E، F) لدراسة مورفولوجيا الخلايا. كلوة وHEP الخلايا المزروعة في EMEM-1X التحكم (EMEM) (A، B) تظهر نموا صحيا وشبه متموجة. خفضت كلوة وHEP الخلايا المزروعة في PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام الأرقام وتظهر تنفصل (C، D). كلوة وHEP الخلايا المزروعة في PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام تظهر أفضل المرفق والخلايا السليمة، وأكثر متموجة (E ، F).

عنصر (ملغم / لتر) المتوسط، وسانت ديف. وأهمية
قبل العلاج بعد العلاج
زرنيخ 0.018 ± 0.001 0.002 ± 0.0 ***
عنصر السيلينيوم 1.8 ± 0.07 1.3 ± 0.05 **
نحاس 0.0015 ± 0.001 0.93 ± 0.43 *
الكلسيوم 102 ± 82 106 ± 15
الإسترونتيوم عنصر فلزي 3.3 ± 1.1 1.5 ± 0.4 *
المغنيسيوم 44 ± 2.1 47 ± 1.7
صوديوم 610 ±؛ 0.0 627 ± 27
اليورانيوم 0.98 ± 0.03 0.21 ± 0.03 ***
الباريوم 0.037 ± 0.02 0.019 ± 0.01
بوتاسيوم 12 ± 0.0 12 ± 0.8
السيليكون 12 ± 0.7 12 ± 0.5
الفاناديوم 1.3 ± 0.07 0.1 ± 0.02 ***
فوسفات 0.35 ± 0.07 0.05 ± 0.0 ***
كبريتات 805 ± 21 807 ± 15
الموصلية 3125 ± 143 3190 ± 62
درجة الحموضة 7.31 ± 0.09 7.36 ± 0.05

الجدول 1: تحليل الكاتيونات والأنيونات قبل وبعد العلاج CUO-NP متوسط ​​تركيزات العناصر قبل وبعد العلاج مع CUO-NP. تصنف أهمية بين تركيز CUO-NP المعاملة وغير المعالجة PBW كما * = P <0.05، ** = P <0.01 و*** = p <0.001. A خلية فارغة تشير لا يوجد فرق كبير. وتراوحت تركيزات الكلوريد بين 46.5 ± 0.707 و55،25 ± 8.180. وكانت تركيزات الألومنيوم والبورون، والموليبدينوم منخفضة وأظهرت عدم حدوث تغير كبير بسبب العلاج CUO-NP. وكانت تركيزات المنغنيز لا تتفق.

مكونات ٪ من مجموع تركيز نوع
زرنيخ 58.7 HAsO 4 2-
410.2 H 2 اسو 4 -
اليورانيوم 64.1 كاليفورنيا 2 UO 2 (CO 3) 3 (عبد القدير)
32.2 CaUO 2 (CO 3) 3 2-
0.03 UO 2 (CO 3) 2 2-
3.5 UO 2 (CO 3) 3 4-
0.09 كاليفورنيا 2 UO 2 (CO 3) 3 (عبد القدير)
0.02 CaUO 2 (CO 3) 3 2-
عنصر السيلينيوم 94.3 كبار المسئولين الاقتصاديين 4 2-
5.6 CaSeO 4 (عبد القدير)
الفاناديوم 2.1 مجلس الدفاع الكرواتي 4 2-
95.7 H 2 VO 4-
2.1 H 2 V 2 O 7 2-
0.01 HV 2 O 7 3-
0.01 V 4 O 12 4-

الجدول 2: أنواع النمذجة باستخدام Visual MINTEQ الاصدار. 3.0 البرمجيات. البصرية MINTEQ الاصدار. تم استخدام 3.0 برامج (KTH المعهد الملكي للتكنولوجيا، Valhallavägen، السويد) لحساب أنواع جديدة من المعادن مكونات PBW المدرجة في الجدول 1. (عبد القدير) = مائي بدلا من الشكل الصلب من هذا النوع.

تحكم EMEM دون علاج
PBW PBW + وسائل الإعلام
زرنيخ 0.003 ± 0.0 0.017 ± 0.0 0.010 ± 0.001
نحاس 0.01 ± 0.0 0.0015 ± 0.001 0.018 ± 0.0
Selinium 0.013 ± 0.002 1.75 ± 0.07 1.15 ± 0.06
اليورانيوم 0.00015 ± 0.0 0.975 ± 0.03 0.71 ± 0.01
الفاناديوم 0.0015 ± 0.0 1.25 ± 0.07 0.785 ± 0.007
CUO NP المعاملة
PBW PBW + وسائل الإعلام
زرنيخ 0.0022 ± 0.001 0.0015 ± 0.0
نحاس 0.926 ± 0.4 0.81 ± 0.0
Selinium 1.25 ± 0.05 0.855 ± 0.0.02
اليورانيوم 0.208 ± 0.03 0.45 ± 0.01
الفاناديوم 0.102 ± 0.02 0.0795 ± 0.01

الجدول 3: تركيزات الملوثات في وسائل الإعلام تركيزات الملوثات ذات الأولوية (ملغم / لتر) في EMEM-1X التحكم (EMEM)، غير المعالجة PBW، CUO-NP المعاملة PBW، PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام وPBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام بعد إضافة مكونات وسائل الإعلام (ن = 3) تم تقييمها لضمان التغيرات في تركيز الملوثات بسبب العلاج ومثلت في غير المعالجة PBW + وسائل الإعلام وCUO-NP-تعامل PBW + تطبيق وسائل الإعلام لسلليرة سورية.

A غير المعالجة PBW + وسائل الإعلام
تركيزات غير المعالجة PBW (تسجيل X) ٪ الجدوى (خلايا كلوة) ٪ الجدوى (خلايا HEP)
EMEM 100 100
16.5٪ (1،217) 51.4 50.8
29٪ (1،462) 39 33.3
44٪ (1،643) 19.3 14.7
56٪ (1،748) 14.5 9.4
IC 50 سجل [PBW] 1،264 1،243
B CUO-NP-تعامل PBW + وسائل الإعلام
تركيزات CUO-NP المعاملة PBW (سجل X) ٪ الجدوى (خلايا كلوة) ٪ الجدوى (خلايا HEP)
EMEM 100 100
17٪ (1،230) 86.7 119.8
30٪ (1،477) 75.8 86.7
45٪ (1،653) 81 92.4
53٪ (1،724) 70.3 97.5
IC 50 سجل [PBW] 2،744 5،327

ويمثل حساب IC 50. IC 50 تركيز PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام أو PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الاعلام ما هو مطلوب لتثبيط 50٪ من قابلية: الجدول 4.   استخدمت جدوى في المئة يوم 5 لكلوة وHEP الخلايا المعرضة لالتخفيفات من دون علاج PBW + وسائل الإعلام (A) أو CUO-NP المعاملة PBW + وسائل الإعلام (B) لحساب نصف تركيز مثبط القصوى (IC 50).

Discussion

ذكرت دراسات سابقة أن CUO-مصادر القدرة النووية إزالة الزرنيخ من المياه الجوفية 11،13،30،31. وتدعم هذه الدراسة هذه النتائج السابقة والتقارير التي CUO-مصادر القدرة النووية إزالة الملوثات إضافية من PBW أيضا. ويؤكد هذه الدراسة أيضا تقارير سابقة أن CUO-مصادر القدرة النووية هي فعالة في إزالة الزرنيخ، على الرغم من وجود الملوثات الأخرى وأيونات منافسة محتملة 11. وتوقع النمذجة أنواع جديدة أن 97٪ من الأنواع الفاناديوم في PBW وسالبة الشحنة، والسماح لامتصاص لCUO-مصادر القدرة النووية، والعلاج دفعة أزالت 92٪ من الفاناديوم.

هذه هي أول دراسة للتحقيق في الآثار المترتبة على إزالة الملوثات محددة من PBW باستخدام CUO-NP، ومن ثم تقييم التغيرات في السمية الخلوية المرتبطة الإزالة. وتبين النتائج أن التحقيق التغييرات في السمية الخلوية مخاليط معقدة باستخدام نهج في المختبر قد يكون ممكنا، ولكن هذه الأساليب ليست بلا حدود. PBW لا يمكن استخدام وULL قوة على الخلايا، لأن البقاء على قيد الحياة، الخلايا المستزرعة تتطلب وسائط النمو المحددة والأسمولية محددة. ويمكن أيضا ألا تستخدم PBW + وسائل الاعلام على الخلايا دون تعديل درجة الحموضة. وكان الرقم الهيدروجيني للPBW 7.31 7.36 قبل وبعد العلاج ولكن؛ إضافة عناصر وسائط النمو خفضت درجة الحموضة إلى حوالي 6.8، وهذا يتوقف على التخفيف. ضبط الأس الهيدروجيني هو خطوة طبيعية في إعداد ولكن وسائل الإعلام ثقافة الخلية؛ ضبط الرقم الهيدروجيني للPBW + وسائل الإعلام قد غيرت التفاعلات الجزيئية للأنواع عنصر مع مكونات وسائل الإعلام. تم الجمع بين غير المعالجة وCUO-NP المعاملة PBW مع تركيز وسائط النمو EMEM-10X بنسب مختلفة للحصول على حلول اختبار (PBW + وسائل الإعلام). تم إجراء تحليل ICP-MS على وسائل الإعلام اختبار للتحقق من أن تركيزات المعادن تتأثر كثيرا CUO-NP-العلاج (الزرنيخ والنحاس والسيلينيوم، واليورانيوم، والفاناديوم) كانت بتركيزات المتوقع بعد تخفيفه من قبل عناصر وسائل الاعلام وتعديل الأسمولية. انخفاضفي الزرنيخ، السيلينيوم، والفاناديوم بعد CUO-NP-العلاج يتجلى في تركيز الخلافات بين PBW غير المعالجة + وسائل الإعلام وPBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام. تركيزات اليورانيوم أعلى في PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام مما كان متوقعا. البيانات ICP-MS (الجدول 1) تشير إلى أن المزيد من اليورانيوم تم إزالتها من PBW أثناء العلاج CUO-NP مما كان متوقعا من قبل النمذجة. وتوقع النمذجة أنواع جديدة (الجدول 2) أنه في الرقم الهيدروجيني 7.3، واتهم سلبا٪ فقط 35.5 من أنواع اليورانيوم. يتنبأ النموذج الذي الأنواع اليورانيوم الرئيسية، اليورانيل كربونات الكالسيوم (كا 2 UO 2 (CO 3) 3)، محايد.

كانت احظت إزالة 78٪ من اليورانيوم على الأرجح بسبب مزيج من امتصاص اليورانيوم وهطول الأمطار (كما هو كربونات الكالسيوم المعدنية اليورانيل). على أساس النمذجة الجيوكيميائية، ونسبة من اليورانيوم إزالتها عن طريق الامتصاص أقل من احتساب السماح للتركيز العالي في CUO-NPPBW المعالجة بالإثير + وسائل الإعلام. آلية إزالة اليورانيوم بحلول CUO-NP-العلاج غير واضحة وتحتاج إلى مزيد من التحقيق. وكان من المتوقع عندما أضيف إلى PBW لكن EMEM-10X زيادة في تركيز الكالسيوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم. لم CUO-NP-العلاج لا تنتج تغييرا كبيرا في هذه العناصر حتى كان ينظر لا فرق في غير المعالجة مقابل PBW CUO-NP المعاملة + وسائل الإعلام. كما أن أسلوب الجمع بين البيئي الفعلي مع مكونات إعلامية ناجحة في تمثيل تغييرات التي تلاحظ في تركيزات العناصر بسبب العلاج؛ إلا أن طبيعة المؤكسد للPBW تقتصر كيف يمكن جعل PBW + وسائل الإعلام. في محاولة لزيادة الحد الأقصى لتركيز العناصر في وسائل الإعلام اختبار، ومسحوق وسائل الاعلام خلية ثقافة مختلطة أصلا مع غير المعالجة وCUO-NP المعاملة PBW لجعل PBW + وسائل الإعلام. وكثيرا ما أدى إلى وسائل الإعلام المسحوقة في ترسيب أملاح الكالسيوم وزيادة الأسمولية من PBW + وسائل الاعلام التي تتطلب تخفيف أكبر مع المياه RO، وتنتج تركيزاتtrations قريبة من تلك التي حصلت مع السائل 10X وسائل الإعلام. وهذه القضايا على الأرجح PBW محددة نظرا لحالته المؤكسدة وربما لا تكون مشكلة مع غيرها من الخلائط أقل حساسية.

وقد تم اختيار فحص MTT لتقييم السمية الخلوية لأنها معيار فحص عالية الإنتاجية الاعتراف بأن يقيم على الصحة العامة للخلايا عن طريق قياس النشاط الميتوكوندريا. هذا الأسلوب له مزاياه وعيوبه. شكل 96-جيدا مفيد للحصول على نقاط بيانات متعددة ولكن؛ وكانت الغالبية العظمى من الخلايا في يوم 5 غير صحية المظهر، وتقريب ولم تعد تعلق على لوحة. تم التقاط الصور في الشكل 2 قبل إزالة وسائل الإعلام باستخدام فراغ؛ شفط عن وسائل الإعلام، ومن ثم إضافة الحل MTT قد إزالة الخلايا غير مرتبط أو فصل الخلايا الملتصقة سيئة، والمساهمة في هضبة الشاملة للإشارة MTT بعد اليوم الثاني شهدت مع غير المعالجة PBW. والافتراض هو أن الخلايا العائمة الميتة أو التي تحتضر وسنلي يتم تقييم الخلايا المرفقة باستخدام هذا الأسلوب. ومن المهم أيضا النظر في القيود المفروضة على فحص MTT فيما يتعلق الدراسات التي تستخدم الجسيمات النانوية.

أفادت دراسات سابقة أن، عندما يطبق مباشرة إلى الخلايا المستزرعة، قد يكون النانوية سمية الكامنة، وراء خصائص قاعدة الكيميائية، اعتمادا على خصائصها الفريدة المادية مثل حجم وشكل 32،33. في هذه الدراسة الحالية، لم نكن تطبيق CUO-مصادر القدرة النووية مباشرة على الخلايا. بدلا من ذلك، تعرضت الخلايا لPBW التي كانت تعامل في السابق مع CUO-مصادر القدرة النووية، طرد لإزالة غالبية CUO-مصادر القدرة النووية ثم يصفى مرتين لإزالة المزيد من CUO-مصادر القدرة النووية قبل استخدام PBW لإعداد PBW + وسائل الإعلام. أظهرت النتائج MS زيادة في النحاس بعد العلاج. هذا يمكن أن يكون أيونات النحاس التي حلت من الجسيمات النانوية أثناء العلاج أو CUO-مصادر القدرة النووية التي قد مرت من خلال الخطوات الطرد المركزي / الترشيح للبقاء في PBW تعامل شالحوار الاقتصادي الاستراتيجي لجعل PBW + وسائل الإعلام. CUO-مصادر القدرة النووية تتراوح في حجمها 12-18 نانومتر مع BET قياس مساحة 85 ± 1 م 2 / ز 11 ولكن من المعروف لتجميع واستنادا إلى زيادة طفيفة في تركيزات النحاس في PBW المعالجة، أكثر من النحاس وبغض النظر من المصدر وإزالتها بعد الطرد المركزي والترشيح. التأكيد البصري لتحسين صحة الخلايا والتقاء دعم النتائج MTT فحص لتحسين الجدوى بسبب العلاج CUO-NP من PBW (الشكل 2). الدراسات المستقبلية باستخدام أساليب أخرى يمكن تقييم (أو تميز) آثار الخلط المشابهة التي تسببها CUO-مصادر القدرة النووية.

وقد تم اختيار الكلى الجنينية البشرية (كلوة 293) والإنسان سرطان الكبد (HEP G2) خلايا لاختبار السمية. هذه هي خطوط الخلايا القياسية التي هي ذات الصلة سريريا إلى المعادن الثقيلة سمية الجهاز 24،25،34-40. تم استخدام كثافة البذر المنخفضة للفحوصات MTT. وكانت المصنفة الخلايا في 500 خلية / جيد، يسمح لاستردادلمدة 24 ساعة، وبعد ذلك عرضت على وسائل الإعلام الاختبار. كانت كثافة البذر منخفضة اللازمة لتحقيق منحنى النمو بمرحلة سجل اليوم حوالي 5، قبل أن يصبح الإفراط في متموجة وثابتة في يوم 6 أو 7. تشاكرابورتي وآخرون (2010) ذكرت أنه في دراسة سمية الكادميوم على الكلى مثقف خلايا النبيبات الدانية (PTC)، confluency وحالة انتشار (تكاثر مقابل هادئة) تأثر ردا على التعرض الكادميوم: أظهرت الخلايا متموجة الفرعية المنتشرة المزيد من السمية الخلوية من خلايا متكدسة (هادئة). HEP وكلوة الخلايا المعرضة لPBW في تركيزات أعلى (أكبر confluency) مشابهة لتلك التي تستخدم لفحص آخر (النتائج غير معروضة) لم تظهر التغييرات القوية في التشكل رؤيتها فحص MTT. هناك حاجة إلى مزيد من التحقيق في التغيرات في السمية الخلوية باستخدام خطوط الخلايا غير ملتصقة أو البروتوكولات التي الحصاد وجمع كل الخلايا (مثل التدفق الخلوي).

قيود آخر من طريقة MTT في الدراسات لناالنانوية جي هو أن بعض أنواع الجسيمات النانوية قد تتداخل مع التغذية الخلوية. تحتوي وسائل الإعلام ثقافة الخلية عادة مصادر البروتين المضافة، مثل مصل بقري جنيني (FBS)، لتكملة نمو الخلايا. وقد أظهرت الدراسات أن معدن أكسيد جسيمات متناهية الصغر يمكن أن تستنفد مكونات النمو المهمة في FBS، نظرا لزيادة قدرة امتصاص الجسيمات النانوية. وقد ثبت أن جزيئات أكسيد المعادن لتصل إلى FBS من خلال التفاعل مع الكالسيوم 41. اعتمادا على درجة الحموضة من الحل، ويمكن النانوية المعدنية تحمل شحنة موجبة أو سالبة. وقد أظهرت الدراسات السمية الخلوية وأضافت أن الجسيمات النانوية المعدنية لزراعة الخلايا وسائل الاعلام كثف الكاتيونات، بما في ذلك الكالسيوم 2+، ثم قم بإزالة FBS / الألبومين في الدم عن طريق ملزمة ل2+ مجمع NP-كاليفورنيا إلى الكالسيوم المواقع على البروتينات في FBS ملزمة. هذا يقلل من تركيز الكالسيوم 2+ وFBS من وسائل الإعلام، يتضورون جوعا في الأساس الخلايا وزيادة السمية الخلوية نسبت إلى غnoparticles 41. وعلاوة على ذلك، قبل التعرض للجزيئات النانوية لFBS / كا 2+ المغلفة النانوية، وخفض تأثيرها السامة للخلايا. ومع ذلك، لم نكن فضح مباشرة وسائل الإعلام لCUO-مصادر القدرة النووية. أيضا، أي انخفاض كبير في كا شوهدت 2+ التركيزات في PBW بعد العلاج مع CUO-مصادر القدرة النووية، مما يدل على عدم استيعاب كبير من الكالسيوم 2+ على CUO-مصادر القدرة النووية فتيلة لهم ربط مع FBS. ومع ذلك، فإن تركيز الكالسيوم في PBW عالية بما فيه الكفاية أن انخفاض الناجم عن جسيمات متناهية الصغر قد لا يكون واضحا. فإنه لا يزال من غير المرجح أن CUO-مصادر القدرة النووية المستخدمة في هذه الدراسة يتم امتصاص كميات كبيرة من الكالسيوم أثناء المعالجة، لأنه لم يكن هناك أي انخفاض في القدرات امتصاص الزرنيخ من CUO-المصادر في PBW، الذي يحتوي على مستويات عالية من الكالسيوم مقارنة مع الدراسات السابقة مع المياه الجوفية مع الكالسيوم أقل تركيزات 13.

وتظهر البيانات التي CUO-مصادر القدرة النووية إزالة الزرنيخ، السيلينيوم الفاناديوم وأوراnium، وهذا يترافق مع تحسين بقاء الخلية كلوة وHEP في فحص MTT. آلية (ق) من خلالها تحسين قابلية لم يتم بعد تحديدها، ولكن قد يكون عائدا لإزالة الملوثات ذات الأولوية التي كتبها CUO-NP، بين آليات أخرى. يوضح الدراسة الحالية أيضا أن أساليب زراعة الخلايا القياسية يمكن استخدامها لتقييم مدى فعالية أسلوب معالجة المياه جسيمات متناهية الصغر ISR، ويحتمل أن السماح لمجموعة من الدراسات الآلية أن يكتمل، قبل أن ينتقل إلى الجسم الحي في الدراسات الحيوانية أكثر تكلفة وتستغرق وقتا طويلا . بالإضافة إلى ذلك، قد CUO-مصادر القدرة النووية يكون أكثر تنوعا لعمليات التعدين ومعالجة المعادن مخاليط من الماصة التقليدية مثل أكاسيد الألمنيوم والحديد والتيتانيوم، والمنغنيز، ومنذ CUO-مصادر القدرة النووية لا تحتاج إلى تعديل درجة الحموضة أو أكسدة المياه لإزالة الزرنيخ، وCUO-مصادر القدرة النووية إزالة كل الزرنيخ وزرنيخات في وجود منافسة الأنيونات الفوسفات والسليكات وكبريتات. أيضا، CUO-مصادر القدرة النووية يمكن تجديدها وإعادة-مستعملة، وخفض تكاليف كاشف ومقدار قضى تركات معالجة النفايات في حاجة إلى التخلص من 12.

وتشمل القيود المحتملة للبروتوكول MTT كثافة منخفضة الخلية في وقت التعرض، مفرزة من الخلايا وفقدان الإشارة والتجويع الخلية واحتمال التعرض المباشر للخلايا لCUO-NP يغير MTT التفاعل. ويمكن معالجة كثافة الخلايا والقضايا مفرزة باستخدام اختبار بديل مثل التدفق الخلوي، والذي يسمح للكثافة البذر أعلى وكذلك جمع كل الخلايا (أي، سواء العائمة والمرفقة). يمكن تقييم الأسئلة المجاعة الخلية عن طريق قياس تركيز عامل النمو في وسائل الإعلام بشكل دوري خلال فترة العلاج. وسيركز العمل في المستقبل على تطبيق البروتوكول الحالي لفحوصات السمية الخلوية المختلفة التي من شأنها معالجة إذا كان ذلك ممكنا CUO-NP التعرض تغيير النشاط الفحص والقياسات المجاعة الخلية خلال فترة العلاج وأيضا اختبار قدرة CUO-مصادر القدرة النووية لإزالة contaminaاليلة وتؤثر على السمية الخلوية من أنواع أخرى من مخاليط معقدة، مثل النفايات من مواقع الممتاز والبرك التخلص من النفايات. إن مثل هذه الدراسات تتناول أيضا ما إذا كانت أساليب كانت قوية في مختلف البيئات.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

Materials

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

References

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

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

100

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved