우라늄에서 구리 산화물 나노 입자에 의한 미량 원소의 제거<em> 현장에서</em> 복구 블리드 물과 세포 생존에 미치는 영향
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
현장 복구에 (ISR)는 미국에서 우라늄 추출의 주된 방법이다. ISR 동안 우라늄 광석 본체로부터 침출 및 이온 교환을 통해 추출 하였다. 결과 생산 블리드 물 (PBW)은 비소 및 기타 중금속과 같은 오염 물질이 포함되어 있습니다. 활성 ISR 우라늄 PBW 시설에서의 시료는 구리 산화물 나노 입자 (NP에의 CuO-)으로 처리 하였다. 비소, 셀레늄, 우라늄, 바나듐을 포함 PBW 감소 우선 순위 오염 물질의 CuO를-NP 처리. 미처리의 CuO-NP는 PBW는 MTT (3- (4,5- 디메틸 티아 졸 -2- 일) -2,5- 디 페닐 테트라 졸륨 브로마이드)에 의해 결정 하였다 세포 성장과 생존 미디어 변화 액체 성분으로서 사용 하였다 처리 분석법 인간 배아 신장 (HEK 293)과 인간의 간세포 암 (간염의 G2) 세포에서. NP-CuO를 치료 및 개선 HEP HEK 세포 생존율과 연관이 있었다. 이 방법의 제한은 성장 미디어 구성 요소에 의해 osmol 동안 PBW의 희석을 포함품 질 조정뿐만 아니라 필요한 pH 조정. 이 방법은 희석에 의한 효과와 그러나 전통적 약산성이다 PBW의 pH 변화에 그 넓은 문맥으로 제한된다; 이 방법은 중립 해역에서의 CuO-NP 치료를 평가하는 폭 넓은 사용을 가질 수있다.
Introduction
약 US 전기 공급의 20 %가 에너지 자립을 높이기 위해 전국 인센티브에 부분적으로 기초하여 핵 에너지가 제공되고, US 원자력 용량이 1 증가 할 것으로 예상된다. 핵 에너지의 세계적인 성장은 미국이 외부에 발생하는 성장의 많은으로 계속 될 것으로 예상된다. 2013 년으로, 미국 우라늄의 83 %를 수입했지만, 준비금의 952,544 톤은 미국 3,4에 존재합니다. 2013 년 7 새로운 시설 응용 프로그램 및 와이오밍, 뉴 멕시코, 네브라스카 5 ~ 14 재시작 / 확장 응용 프로그램이 있었다. 미국에서는 우라늄은 주로 현장 복구 (ISR) (6) 처리에 통해 추출된다. ISR은 적은 토지 지장을하고 환경 오염 물질 (7)을 해제 할 수 있습니다 미행 더미를 만드는 방지 할 수 있습니다. ISR는 우라늄 통해 침출수로부터 추출 된 후 지하 광석 본체로부터 우라늄 침출 수계 산화제 용액을 사용하여이온 교환 과정 (8). 광석 본체 네거티브 물 균형을 유지하기 위해, 침출수의 일부라는 생산 물 (PBW)를 출혈 빠졌을. PBW의 일부가 역삼 투 (RO)과 사용 정화된다 마이닝 프로세스에 재 도입하지만 독성 오염물이 허용되는 표면 상태를 관리 기관에 의해 결정된 레벨로 감소 될 수 있다면 PBW 또한 유익한 산업용 또는 농업 용도를 가질 수있다 지하수 9. 현재, 대부분의 ISR 우라늄 시설 PBW에서 오염 물질을 제거하는 RO를 사용합니다. 그러나, RO 처리는 에너지 집약적이며, 규제 처분을 필요로 유독성 폐기물에 소금물을 생산하고 있습니다.
많은 물 제염 방법은 흡착제, 막, 및 이온 교환을 포함하여 존재한다. 이들 중, 흡착 가장 흔히 사용되며, 합성 된 나노 입자의 최근 발전은 흡착 계 물 제염의 기능 (10)을 처리를 개선하고있다. 구리 OXI이전 광범위 우라늄 ISR PBW에 조사되지 않았던 데 나노 입자 (CuO를-NP에), 지하수의 오염 물질 제거에 대한 최근 연구에서의 CuO-된 NP는 전후 수처리 단계를 필요로하지 않는 포함한 독특한 특성을, (이 밝혀졌다 예를 들어, pH와 산화 환원 전위)을 조정하고 다른 pH 값, 염분 농도, 또는 경쟁 이온) (11), 예 (다른 물 조성물에 실적. 또한, CuO를-NP에 쉽게 재생의 CuO-NP에 재사용 할 수있는 후 수산화 나트륨 (NaOH)으로 침출에 의해 재생된다. 자연수에서의 CuO-NP 미량 금속 필터링 기능의 세부 사항은 이전에 11 ~ 14을 발표했다.
수처리에 유용하지만, 금속 산화물 나노 입자는 살아있는 유기체에 독성이있을 수 있지만, 독성의 정도는 나노 입자의 특성과 성분 10,15,16에 부분적으로 의존한다. 따라서 simult을 연구하는 것이 중요하다필드 애플리케이션 전에 aneous 오염 물질 제거 및 나노 입자 독성. 현재의 연구는 (비소, 셀레늄, 바나듐 및 우라늄 포함) PBW 우선 오염물을 제거의 CuO-NP에의 능력을 결정하고, 세포 독성에 PBW의 CuO-NP 치료의 효과를 평가 하였다.
PBW 활성 ISR 우라늄 시설에서 수거하고, 우선 순위에 오염물 제거의 CuO-NP 치료의 효능을 결정하기 위해 이용 하였다. 의 CuO-NP 치료 전후 PBW 세포 독성도 평가 하였다. PBW는 환경 관련 혼합물을 포함하는 혼합물의 독성 연구에 중점을 배치하는 유해 물질 및 질병 레지스트리 (ASTDR)에 대한 복잡한 지질 학적 (환경 / 산업) 혼합물 모두 환경 보건 과학 (NIEHS)의 국립 연구소 및 기관입니다 그들이 자연 또는 산업 환경뿐만 아니라 시험 관내 시험에서 촉진 존재하는 추가 생체 내 실험을위한 화학 물질의 우선 순위17-19. 저용량 혼합물 만성 노출은 적어도 대부분의 실험 연구의 짧은 기간 내에 명백한 효과를 생산하지 만성 때문에, 저용량 혼합물 노광들의 연구에 도전한다. 유사하게, 화학 혼합물의 시험 관내 연구에서 대부분은 2 이상의 금속 (20, 21)의 정의 연구소에서 만든 혼합물에 셀을 노출. 이러한 연구는 기준 정보를 제공하지만, 단순화 된 혼합물은 혼합물의 성분들의 전체 범위가 존재하는 고유의 환경 샘플에서 발생할 수있는 복잡한 길항제와 상승 작용을 복제하지 않는다.
본 연구의 목표는 PBW에 대한 대체 오염물 제거 공정을 검사 및 배양 된 세포를 사용하여 세포 독성에 PBW (CuO를-NP)의 치료 효과를 평가했다. 결과는 오염 제거를 위해보다 효율적으로 또는 환경 친화적 인 방법의 개발을 통해 우라늄 산업 유익 할 수있다. 이 연구는 제공첫 번째 증거의 CuO-NPS에서 PBW의 우선 순위 오염 물질의 감소는 포유 동물 세포 (22)에 세포 독성을 줄일 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이전의 연구의 CuO-NPS에서 지하수 11,13,30,31에서 비소를 제거 보도했다. 본 연구는 이러한 이전의 연구 결과를 지원하며 CuO를 – 국민 연금 PBW에서 추가 오염 물질을 제거하는 것이보고합니다. 이 연구는 또한의 CuO-NP에 다른 오염 물질과 잠재적 경쟁 이온 (11)의 존재에도 불구하고, 비소 제거에 효과적이라는 이전의 보고서를 확인합니다. 분화 모델링의 CuO-NP에에 흡착을 허용, PBW에서…
Divulgaciones
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
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| CuCl2 | Sigma | 203149 | |
| Borosilicate glass balls | VWR | 26396-639 | 6 mm |
| Nitric Acid | Fisher | A509-P500 | Trace metal grade |
| 0.45 mm syringe filter | Fisher | SLHA 033S S | |
| 10X EMEM | Fisher | BW12-684F | |
| Fetal Bovine Serum | ATCC | 30-2020 | |
| L-glutamine | Fisher | BP379-100 | |
| NaHCO3 | Sigma | S5761 | |
| Penicillin/Streptomycin | ATCC | 30-2300 | |
| 0.22 mm vacuum filter unit | Fisher | 09-740-28C | |
| HEK293 | ATCC | CRL-1573 | |
| HEPG2 | ATCC | HB-8065 | |
| Trypsin | Sigma | SV3003101 | |
| MTT | Sigma | M2128 | |
| D-penicillamine | Fisher | ICN15180680 | |
| 96-well plates | Fisher | 07-200-92 | |
| DMSO | Fisher | D12814 | |
| Spectra Max 190 | Molecular Devices | ||
| Visual MINTEQ version 3.0 | KTH Royal Institute of Technology | ||
| ICP-MS | Agilent | Details of instruments, models and detection limits were published in Reddy et al., 2013. | |
| IC DIONEX DX 500 | Dionex | Details of instruments, models and detection limits were published in Reddy et al., 2013. | |
| VWR Incubator | VWR |
Referencias
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