وصف الإلكترون النقل عبر الأغشية الحيوية الحية

الهدف العام من هذا الإجراء التجريبي هو تحديد كمية التيار التي يمكن إجراؤها من خلال مادة حية في الموقع بالإضافة إلى الآلية التي تستخدمها المادة الحية لنقل التيار. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الكيمياء الكهربائية الميكروبية مثل ، كيف يمكن لبعض الأغشية الحيوية تحريك الإلكترونات عبر مئات الميكرونات لدعم التمثيل الغذائي الخلوي؟ الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن الأقطاب الكهربائية المتداخلة تعطي نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية جدا ويمكن تحجيمها لتناسب العديد من تكوينات المفاعلات المختلفة.

يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة لنقل الإلكترون خارج الخلية بطول الخلايا المتعددة في الأغشية الحيوية. يمكن تطبيقه أيضا على أنظمة أخرى ، مثل أفلام البوليمر الموصلة للكهرباء. سيكافح الباحثون الجدد في هذه الطريقة لأنها تتطلب ثنائية القدرة لضبط إمكانات كلا القطبين بشكل منفصل وقياس التيار في كل قطب على حدة.

للبدء ، احصل على أقطاب IDA المتوفرة تجاريا المزخرفة على ركيزة غير موصلة أو قم بتصنيعها باستخدام طرق الطباعة الحجرية القياسية. قم بإعداد الايبوكسي الفضي الموصل وفقا لتعليمات الشركة المصنعة باستخدام قضيب خلط أو طرف ماصة. بعد ذلك ، ضع سلكا على كل وسادة ذهبية وثبتها في مكانها باستخدام شريط مختبر.

قم بتغطية السلك والوسادة بالإيبوكسي الفضي باستخدام قضيب خلط أو طرف ماصة. انقل الجهاز بحذر إلى فرن 80 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة للعلاج. بعد علاج الايبوكسي ، استخدم مقياسا متعددا لضمان التوصيل الكهربائي بين نهاية السلك والوسادات.

يجب أن تكون المقاومة بين السلك والوسادات أقل من خمسة أوم. أيضا ، استخدم جهاز القياس المتعدد للتحقق من عدم وجود إيبوكسي موصل يربط وسادات أقطاب كهربائية متعددة ، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقصير المصفوفة. إذا كان الإيبوكسي الموصل يربط خيوطا متعددة ، فاستخدم الكاتب لعزل الخيوط المحتملة.

بعد ذلك ، قم بإزالة طرف أنبوب الطرد المركزي المخروطي سعة 15 مليلتر لاستخدامه كقالب للمادة العازلة. استخدم إبرة قياس 21 لعمل فتحتين صغيرتين في قاع القالب حتى تبرز الأسلاك من خلالها. أدخل IDA في القالب وأدخل الأسلاك من خلال الفتحات الموجودة في الجزء السفلي من القالب.

بعد ذلك ، قم بإعداد مادة عازلة حرارية كهربائية ومقاومة للماء. غالبا ما تكون راتنجات البولي يوريثين المثبطة للهب مناسبة. ماصة العازل في القالب بحيث يتم تغطية الإيبوكسي الفضي بالكامل والسماح للعازل بالجفاف وفقا لمواصفات الشركة المصنعة.

لإعداد الخلية الكهروكيميائية ، أدخل IDA ، والقطب المضاد ، والقطب المرجعي في الخلية الكهروكيميائية. املأ الخلية الكهروكيميائية بوسط معقم مناسب لنمو الأغشية الحيوية. بالنسبة إلى Geobacter sulfurreducens، استخدم وسط المياه العذبة باستثناء الفومارات.

بعد ذلك ، قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بثنائي الملاذ. قم بتوصيل قطب IDA برصاص العمل ، وقطب IDA الآخر برصاص العمل الثاني ، والقطب المرجعي بالرصاص المرجعي ، والقطب المضاد بالرصاص المضاد. قم بإجراء تجربة تحكم عن طريق إجراء قياس الفولتتا الدوري على القطب الأول والضغط على القطب الثاني في دائرة مفتوحة للتأكد من عدم توصيل الأقطاب الكهربائية.

لزراعة الأغشية الحيوية ذات الفعالية الكهربائية ذات الصلة ، قم بتلقيح المفاعل الكهروكيميائي من مزرعة مخزون أو إثراء الكائنات الحية الدقيقة النشطة كهروكيميائيا المرغوبة باستخدام التقنيات الميكروبيولوجية المعقمة القياسية. بالنسبة للاختبارات القياسية ، قم بالتلقيح بنسبة 1 إلى 20 من حجم اللقاح إلى المفاعل. اضبط التحريك في المفاعل على المستوى المطلوب واضبط الحاضنة أو الحمام المائي على درجة الحرارة المطلوبة بناء على ظروف نمو الأغشية الحيوية ذات الاهتمام.

احتضان النظام بناء على المتطلبات المحددة للكائنات الحية الدقيقة ذات الأهمية حتى يسد الأغشية الحيوية الفجوة التي تفصل بين القطبين. بالنسبة للغشاء الحيوي الثابت Geobacter Defreciens ، احتضن لمدة سبعة إلى عشرة أيام عند 30 درجة مئوية. ابدأ إعداد المعلمات التجريبية التي سيتم استخدامها لتحديد الاعتماد المحتمل الحالي لقياسات البوابات كما هو موضح في بروتوكول النص.

قم بإعداد برنامج bipotentiostat لإجراء قياسات البوابات على النطاق المحدد عند جهد تصريف المصدر المحدد وبمعدل المسح المطلوب. بالإضافة إلى ذلك، قم بإجراء قياس خط الأساس كما هو موضح في بروتوكول النص. قم بإجراء قياسات البوابات باستخدام نفس الظروف تحت معدل الدوران مع متبرع أو متقبل للإلكترون قابل للذوبان موجود في حالة عدم دوران بدون متبرع أو متقبل للإلكترون قابل للذوبان.

احصل على مفاعل تحكم للتأكد من أن نقطة الضبط ودرجة الحرارة الفعلية للوسط هي نفسها. ضع مقياس حرارة أو مزدوج حراري في مفاعل تحكم حيث ستكون IDA. بعد ذلك ، قم بإجراء قياسات تيار إجهاد المصدر على نطاق درجات الحرارة المختارة في ظل ظروف الدوران وعدم الدوران باستخدام ثنائي البوتينسيوستات.

للقيام بذلك، قم بتعيين IDA والاحتفاظ به عند جهد البوابة الذي ينتج أقصى تيار يتم إجراؤه باستخدام bipotentiostat. سجل الحد الأقصى للتيار الذي يتم إجراؤه باستخدام bipotentiostat أثناء تدوير درجة الحرارة بين نطاق درجات الحرارة المحددة باستخدام أدوات التحكم الموجودة على متن الحمام المائي أو الحاضنة. قم بتدوير درجة الحرارة من نقطة محددة إلى أخرى والعودة إلى الخلف باستخدام أدوات التحكم الموجودة على متن الحاضنة أو الحمام المائي.

يحدد هذا قابلية انعكاس التفاعل للتأكد من أن دورة درجة الحرارة لا تضر بالأغشية الحيوية. أخيرا ، أعد ضبط درجة الحرارة إلى درجة حرارة النمو الطبيعية واسمح للنظام بالاستقرار. وتظهر هنا النتائج التمثيلية لمؤسسة تنازل المؤسسة الدولية للتنمية التي تعمل بشكل صحيح في وسط المياه العذبة.

مقابل واحد حيث تم تقصير الأقطاب الكهربائية. تظهر قياسات البوابات الكهروكيميائية التمثيلية التي يتم إجراؤها على الأغشية الحيوية التي تقلل الكبريت من Geobacter في ظل ظروف عدم الدوران مع جهد إجهاد المصدر البالغ 10 مللي فولت خاصية التيار الموصل مقابل منحنى محتمل البوابة لموصلية الأكسدة والاختزال. هنا ، تظهر البيانات الأولية التمثيلية اعتماد التيار الموصل على درجة حرارة وسط المفاعل.

يعد الانخفاض في التيار الموصل مع انخفاض درجة الحرارة سمة أخرى من سمات موصلات الأكسدة والاختزال. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في غضون يومين تقريبا إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر التأكد من عدم تقصير نطاقات IDA قبل تلقيح المفاعل.

تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو العلاج عند تطبيقها لدراسة كيفية تعطيل التمثيل الغذائي الخلوي لمسببات الأمراض المكونة للأغشية الحيوية. يمكن تطبيق هذا الإجراء على أي مادة حية قادرة على نقل الإلكترونات من أجل معالجة أسئلة إضافية ، مثل العلاقة بين ريفولوجيا الأغشية الحيوية والتوصيلية.