Caractérisation de Transport des électrons par l’intermédiaire de Biofilms de vie

L’objectif général de cette procédure expérimentale est de déterminer la quantité de courant qui peut être conduite à travers un matériau vivant in situ, ainsi que le mécanisme employé par le matériau vivant pour transporter le courant. Cette méthode pourrait aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’électrochimie microbienne telles que : comment certains biofilms peuvent-ils déplacer des électrons sur des centaines de microns pour soutenir le métabolisme cellulaire ? Le principal avantage de cette technique est que les électrodes interdigitées offrent un rapport signal/bruit très élevé et peuvent être mises à l’échelle pour s’adapter à de nombreuses configurations de réacteurs différentes.

Ces méthodes peuvent donner un aperçu du transport d’électrons extracellulaires de plusieurs longueurs dans les biofilms. Il peut également être appliqué à d’autres systèmes, tels que les films polymères conducteurs d’électricité. Les chercheurs qui découvrent cette méthode auront du mal car elle nécessite un bipotentiostat pour régler les potentiels des deux électrodes séparément et mesurer le courant à chaque électrode séparément.

Pour commencer, procurez-vous des électrodes IDA disponibles dans le commerce et modelées sur un substrat non conducteur ou synthétisez-les à l’aide de méthodes lithographiques standard. Préparez de l’époxy argenté conducteur selon les instructions du fabricant à l’aide d’une tige de mélange ou d’une pointe de pipette. Ensuite, placez un fil sur chaque tampon d’or et fixez-les en place à l’aide de ruban adhésif de laboratoire.

Couvrez le fil et le tampon d’époxy argenté à l’aide d’une tige de mélange ou d’une pointe de pipette. Déplacez délicatement l’appareil dans un four à 80 degrés Celsius pendant une heure pour durcir. Une fois l’époxy durci, utilisez un multimètre pour assurer la conductivité électrique entre l’extrémité du fil et les tampons.

La résistance entre le fil et les pastilles doit être inférieure à cinq ohms. Utilisez également le multimètre pour vérifier qu’aucun époxy conducteur ne relie plusieurs électrodes, car cela peut court-circuiter le réseau. Si l’époxy conducteur connecte plusieurs fils, utilisez le scribe pour isoler les fils.

Ensuite, retirez l’extrémité d’un tube à centrifuger conique de 15 millilitres pour l’utiliser comme moule pour le matériau isolant. Utilisez une aiguille de calibre 21 pour faire deux petits trous dans le fond du moule pour que les fils dépassent à travers. Insérez l’IDA dans le moule et insérez les fils à travers les trous au fond du moule.

Ensuite, préparez un matériau isolant thermique, électrique et imperméable. Les résines polyuréthane ignifuges conviennent souvent. Pipetez l’isolant dans le moule de manière à ce que l’époxy argenté soit complètement recouvert et laissez l’isolant sécher selon les spécifications du fabricant.

Pour configurer la pile électrochimique, insérez l’IDA, la contre-électrode et l’électrode de référence dans la pile électrochimique. Remplissez la cellule électrochimique avec un milieu stérile adapté à la croissance du biofilm. Pour Geobacter sulfurreducens, utilisez un milieu d’eau douce à l’exclusion du fumarate.

Ensuite, connectez les électrodes à un bipotentiostat. Connectez une électrode IDA à la sonde de travail, l’autre électrode IDA à la sonde de travail deux, l’électrode de référence à la sonde de référence et la contre-électrode à la sonde de compte. Effectuez une expérience de contrôle en effectuant une voltampérométrie cyclique sur la première électrode et en maintenant la deuxième électrode en circuit ouvert pour vous assurer que les électrodes ne sont pas connectées.

Pour cultiver le biofilm électroactif pertinent, inoculez le réacteur électrochimique à partir d’une culture mère ou d’un enrichissement des micro-organismes électrochimiquement actifs souhaités à l’aide de techniques microbiologiques aseptiques standard. Pour les essais standard, inoculer dans un rapport de 1 à 20 entre le volume de l’inoculum et celui du réacteur. Réglez l’agitation dans le réacteur au niveau souhaité et réglez l’incubateur ou le bain-marie à la température souhaitée en fonction des conditions de croissance du biofilm d’intérêt.

Incuber le système en fonction des exigences spécifiques du micro-organisme d’intérêt jusqu’à ce que le biofilm comble l’espace séparant les deux électrodes. Pour le biofilm stationnaire de Geobacter sulfurreducens, incuber pendant sept à dix jours à 30 degrés Celsius. Commencer la configuration des paramètres expérimentaux qui seront utilisés pour déterminer la dépendance potentielle actuelle pour les mesures de déclenchement, comme décrit dans le protocole texte.

Configurez le logiciel bipotentiostat pour effectuer les mesures de déclenchement sur la plage sélectionnée à la tension de drain de la source sélectionnée et à la vitesse de balayage souhaitée. De plus, effectuez une mesure de référence comme décrit dans le protocole de texte. Effectuer des mesures de déclenchement en utilisant les mêmes conditions sous renouvellement, avec un donneur ou un accepteur d’électrons solubles présent dans des conditions de non-renouvellement, sans conditions de donneur ou d’accepteur d’électrons solubles.

Procurez-vous un réacteur de contrôle pour vous assurer que le point de consigne et la température réelle du fluide sont les mêmes. Placez un thermomètre ou un thermocouple dans un réacteur de contrôle où se trouverait l’IDA. Ensuite, effectuez des mesures de courant de déformation source sur la plage de températures sélectionnée dans des conditions de retournement et de non-retournement à l’aide du bipotentiostat.

Pour ce faire, réglez et maintenez l’IDA au potentiel de grille qui produit le courant conduit maximal à l’aide du bipotentiostat. Enregistrez le courant conduit maximal à l’aide du bipotentiostat pendant que la température est cyclée entre la plage de températures sélectionnée à l’aide des commandes embarquées du bain-marie ou de l’incubateur. Faites passer la température d’un point de consigne à l’autre et inversez-la à l’aide des commandes intégrées de l’incubateur ou du bain-marie.

Cela détermine la réversibilité de la réaction pour s’assurer que le cycle de température n’endommage pas le biofilm. Enfin, rétablissez la température à la température de croissance normale et laissez le système se stabiliser. Voici les résultats représentatifs d’un IDA qui fonctionne correctement dans un milieu d’eau douce.

Par rapport à un où les électrodes ont été court-circuitées. Des mesures électrochimiques représentatives de déclenchement effectuées sur un biofilm Geobacter sulfurreducens dans des conditions de non-renouvellement avec une tension de déformation de source de 10 millivolts présentent la courbe de courant conduit en fonction du courant de grille en forme de crête en fonction du potentiel de grille caractéristique de la conductivité redox. Ici, des données brutes représentatives montrent la dépendance du courant conduit sur la température du milieu du réacteur.

La diminution du courant conduit avec la diminution de la température est une autre caractéristique des conducteurs redox. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en deux jours environ si elle est exécutée correctement. Lors de cette procédure, il est important de ne pas oublier de s’assurer que les bandes IDA ne sont pas court-circuitées avant d’inoculer le réacteur.

Les implications de cette technique s’étendent à la thérapie lorsqu’elle est appliquée pour étudier comment perturber le métabolisme cellulaire des agents pathogènes formant un biofilm. Cette procédure peut être appliquée à tout matériau vivant capable de transporter des électrons afin de répondre à des questions supplémentaires, telles que la corrélation entre la réfologie du biofilm et la conductivité.