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單細胞ICP-MS應用:藻類吸附環境中重金屬

瀏覽次數:1394 發布日期:2020-6-15  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
人類向環境排放的重金屬日益增多,不僅污染了土壤和水體環境,也給人類本身的健康造成極大的危害。傳統的治理水體中重金屬方法,如沉淀法、活性炭法、螯合樹脂法等,操作繁瑣,費用昂貴。而藻類是一種非常有希望的替代方法,對重金屬吸附和富集能力較強,不產生二次污染,原料廉價易得分布廣。藻類吸附重金屬的研究,已經成為一個熱點。
 
  對藻類吸附重金屬的定量和定性研究,會使用到ICP-MS。目前,利用ICP-MS 對于細胞內金屬含量的常規測定方法為:通過離心或過濾將細胞從其天然培養介質中分離出來,再用新鮮介質進行清洗,然后用酸消解后上機檢測。采用這種方法可以得到一定數量細胞中金屬的總量,而無法獲得單個細胞的相關數據。只能通過假定所有細胞內含有的金屬顆粒或離子濃度相同,通過計算獲得。
 
  單細胞ICP-MS具有可以精確地對單個細胞中金屬離子或納米顆粒進行定量的優勢,一次性檢測的細胞數量也大于顯微鏡方法。可以用于監控單細胞對金屬離子和納米顆粒的攝入和排出行為,從而改進藻類吸附重金屬的方法,并對生物曝露風險進行研究和評估。
 
  本文利用SC-ICP-MS 技術測定單個淡水中藻類(Cyptomonas ovata)對金離子和金納米顆粒的攝入行為。
 
  樣品
 
  細胞培養液的濃度為200,000 細胞/mL,分別曝露于不同濃度的金離子和金納米顆粒(60 nm,NIST 8013)溶液中。藻類曝露過程研究在20 ℃下進行,以光照12 小時、黑暗12 小時為一個循環,循環三次,共72 小時。


 
  藻類細胞在不同濃度的金離子濃度和金納米濃度溶液下暴露
 
  測定時,取出1mL樣品,經過下面的前處理后,進行單細胞ICP-MS分析。


 
  實驗
 
  使用NexION 2000 ICP-MS,Asperon ™單細胞霧室, Syngistix ™操作軟件配備單細胞模塊。


 

 
  NexION 2000 ICP-MS及實驗條件
 
  實驗結果


 
  上圖顯示了隨著曝露時間的增加,含有金元素的細胞數量增加,同時含有多個納米顆粒的細胞數量也增加。單個60 nm 金顆粒對應著約1800 ag,上圖(A)-(D)中,橫坐標1700 ag 附近有一個很明顯的峰值,代表細胞內含有一個納米顆粒(1NP/1C)。隨著曝露時間從2 小時(圖(A))到74 小時(圖(D))3400 ag 處和5200 ag 處出現了信號峰,代表細胞內出現了兩個和三個納米顆粒(2NP/1C 和3NP/1C)。


 
  SC-ICP-MS 的主要優勢之一在于不僅能測定含有納米顆粒的細胞的數量,還能夠確認含有一個或多個納米顆粒的細胞的比例。上圖顯示了不同培養液納米顆粒濃度中,含有不同數量納米顆粒的細胞的百分含量隨時間的變化情況。無論是隨著曝露時間的增加,還是培養液納米顆粒濃度增加(從200,000 到600,000 part/mL), 含有1 個納米顆粒的細胞數量都增加。相同的趨勢也出現在培養液納米顆粒濃度為600,000 part/mL 時,含有兩個和三個納米顆粒的細胞數量。當培養液濃度為200,000 part/mL 時,含有兩個及以上納米顆粒的細胞數量太少,其數量跟曝露時間的相關性不明顯。


 
  為觀察細胞對金離子的攝入行為,藻類細胞被分別曝露于1、2、3 μg/L 金離子溶液中74 小時,曝露過程中,在第2、第28 和第74 小時對溶液取樣進行分析。無論培養液金離子起始濃度是多少,隨著時間的增加,每個細胞中含有金離子的平均值(ag/cell)都明顯下降。隨著曝露時間和初始金離子濃度增加,含有金的細胞百分比呈現增加的趨勢。這些數據說明,存在某種細胞作用機制,限制了細胞對金的攝入,而這種機制受培養液中金離子濃度的顯著影響。
 
  實驗中,還驗證了Asperon ™單細胞霧室可保證細胞100%存活率,空白實驗,以及驗證納米顆粒存在細胞內部等實驗。
 
  結論
 
  本文介紹了SC-ICP-MS 在檢測藻類細胞內部金屬離子和納米顆粒含量的能力。隨著曝露在金納米顆粒培養液的時間和培養液濃度的增加,含有一個納米顆粒的細胞比例增加;而含有2 個或3 個納米顆粒的細胞比例只在高培養液濃度(600,000 part/mL)時才隨時間而增加。與此相對,在金離子培養液中,隨著曝露時間和培養液濃度的增加,含有金的細胞數量有所增加,但每細胞中含有的金并沒有增加。
 
  想要了解更多詳情,請掃描二維碼下載完整的應用報告。
 

發布者:瑞孚迪(Revvity)
聯系電話:021-60645803
E-mail:gc.marcom@revvity.com

標簽: ICP-MS
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