אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים Biofilms

המטרה הכוללת של הליך ניסיוני זה היא לקבוע את כמות הזרם שניתן להעביר דרך חומר חי באתרו וכן את המנגנון המופעל על ידי החומר החי להובלת הזרם. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום האלקטרוכימיה המיקרוביאלית כגון, כיצד ביופילמים מסוימים יכולים להעביר אלקטרונים על פני מאות מיקרונים כדי לתמוך בחילוף החומרים התאי? היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהאלקטרודות המשולבות נותנות יחס אות לרעש גבוה מאוד וניתן להתאים אותן לתצורות כור רבות ושונות.

שיטות אלה יכולות לספק תובנה לגבי הובלת אלקטרונים חוץ-תאית באורך תאים מרובים בביופילמים. ניתן ליישם אותו גם על מערכות אחרות, כגון סרטי פולימר מוליכים חשמלית. חוקרים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שהיא דורשת דו-פוטנציוסטט כדי להגדיר את הפוטנציאלים של שתי האלקטרודות בנפרד ולמדוד זרם בכל אלקטרודה בנפרד.

כדי להתחיל, השג אלקטרודות IDA זמינות מסחרית בדוגמת מצע לא מוליך או סנתז אותן בשיטות ליטוגרפיות סטנדרטיות. הכן אפוקסי כסף מוליך לפי הוראות היצרן עם מוט ערבוב או קצה פיפטה. לאחר מכן, הניחו חוט על כל כרית זהב ואבטחו אותם במקומם באמצעות סרט מעבדה.

מכסים את החוט והכרית באפוקסי כסף באמצעות מוט ערבוב או קצה פיפטה. העבירו בזהירות את המכשיר לתנור של 80 מעלות צלזיוס למשך שעה לריפוי. לאחר ריפוי האפוקסי, השתמש במולטימטר כדי להבטיח מוליכות חשמלית בין קצה החוט לרפידות.

ההתנגדות בין החוט לרפידות צריכה להיות פחות מחמישה אוהם. כמו כן, השתמש במולטימטר כדי לוודא שאין אפוקסי מוליך המחבר רפידות אלקטרודות מרובות, מכיוון שהדבר יכול לקצר את המערך. אם אפוקסי מוליך מחבר מספר מובילים, השתמש בסופר כדי לבודד את המוליכים.

לאחר מכן, הסר את קצה צינור הצנטריפוגה החרוטי בנפח 15 מיליליטר כדי להשתמש בו כתבנית לחומר הבידוד. השתמש במחט בגודל 21 כדי ליצור שני חורים קטנים בתחתית התבנית כדי שהחוטים יבלטו דרכם. הכנס את ה-IDA לתבנית והכנס את החוטים דרך החורים בתחתית התבנית.

לאחר מכן, הכינו חומר בידוד תרמי חשמלי ועמיד למים. שרפי פוליאוריטן מעכבי בעירה מתאימים לרוב. הכניסו את המבודד לתוך התבנית כך שאפוקסי הכסף מכוסה לחלוטין ואפשרו למבודד להתייבש לפי מפרט היצרן.

כדי להגדיר את התא האלקטרוכימי, הכנס את ה-IDA, אלקטרודת הנגד ואלקטרודת הייחוס לתוך התא האלקטרוכימי. מלאו את התא האלקטרוכימי במדיום סטרילי המתאים לגידול ביופילם. עבור Geobacter sulfurreducens, השתמש במדיום מים מתוקים למעט פומרט.

לאחר מכן, חבר את האלקטרודות לביפוטנציוסטט. חבר אלקטרודת IDA אחת לעופרת העבודה, את האלקטרודה השנייה של IDA לשני מובילי העבודה, את אלקטרודת הייחוס למוליך הייחוס ואת האלקטרודה הנגדית להובלה הנגדית. בצע ניסוי בקרה על ידי ביצוע וולטמטריה מחזורית על אלקטרודה אחת והחזקת אלקטרודה שתיים במעגל פתוח כדי להבטיח שהאלקטרודות אינן מחוברות.

כדי לגדל את הביופילם האלקטרואקטיבי הרלוונטי, יש לחסן את הכור האלקטרוכימי מתרבית מלאי או העשרה של המיקרואורגניזמים הפעילים אלקטרוכימית הרצויים באמצעות טכניקות מיקרוביולוגיות אספטיות סטנדרטיות. לבדיקות סטנדרטיות, יש לחסן ביחס של 1 עד 20 בין נפח החיסון לכור. הגדר את הערבוב בכור לרמה הרצויה והגדר את החממה או אמבט המים לטמפרטורה הרצויה בהתבסס על תנאי הגידול של הביופילם המעניין.

דגרו את המערכת על סמך דרישות ספציפיות של המיקרואורגניזם המעניין עד שהביופילם יגשר על הפער המפריד בין שתי האלקטרודות. עבור גופרית Geobacter נייחת מפחיתה ביופילם, דגירה במשך שבעה עד עשרה ימים בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס. התחל בהגדרת הפרמטרים הניסיוניים שישמשו לקביעת התלות הפוטנציאלית הנוכחית במדידות השער כמתואר בפרוטוקול הטקסט.

הגדר את תוכנת bipotentiostat לביצוע מדידות השער על פני הטווח שנבחר בנפח ניקוז המקור שנבחר ובקצב הסריקה הרצוי. בנוסף, בצע מדידה בסיסית כמתואר בפרוטוקול הטקסט. בצע מדידות שער תוך שימוש באותם תנאים תחת תחלופה עם תורם או מקבל אלקטרונים מסיסים הנמצאים ללא תחלופה ללא תנאי תורם אלקטרונים מסיסים או מקבל.

השג כור בקרה כדי להבטיח שנקודת ההגדרה והטמפרטורה בפועל של המדיום זהים. הנח מדחום או צמד תרמי בכור בקרה שבו יהיה ה-IDA. לאחר מכן, בצע מדידות זרם מתח מקור על פני טווח הטמפרטורות שנבחרו בתנאי תחלופה ואי-תחלופה באמצעות הביפוטנציוסטט.

לשם כך, הגדר והחזק את ה-IDA בפוטנציאל השער שמניב זרם מוליך מקסימלי באמצעות הביפוטנציוסטט. רשום את הזרם המוליך המרבי באמצעות הביפוטנציוסטט בזמן שהטמפרטורה עוברת בין טווח הטמפרטורות שנבחרו באמצעות הפקדים המשולבים של אמבט המים או החממה. מחזורי הטמפרטורה מנקודת הגדרה אחת לשנייה ובחזרה כנגד שימוש בפקדים המשולבים של החממה או אמבט המים.

זה קובע את הפיכות התגובה כדי להבטיח שמחזור הטמפרטורה לא יפגע בביופילם. לבסוף, אפס את הטמפרטורה בחזרה לטמפרטורת הגידול הרגילה ואפשר למערכת להתייצב. מוצגות כאן תוצאות מייצגות של IDA שמתפקד כראוי במדיום מים מתוקים.

לעומת אחד שבו האלקטרודות קוצרו. מדידות שער אלקטרוכימיות מייצגות המבוצעות על גופרית Geobacter מפחיתה ביופילם בתנאים ללא תחלופה עם מתח מתח מקור של 10 מילי-וולט מציגות את הזרם המוליך בצורת שיא לעומת עקומת פוטנציאל השער האופיינית למוליכות חמצון חיזור. כאן, נתונים גולמיים מייצגים מראים את התלות של הזרם המוליך בטמפרטורה של מדיום הכור.

הירידה בזרם המוליך עם ירידה בטמפרטורה היא מאפיין נוסף של מוליכי חמצון. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך כיומיים אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה חשוב לזכור לוודא שרצועות ה-IDA אינן מקוצרות לפני חיסון הכור.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על טיפול כאשר היא מיושמת כדי לחקור כיצד לשבש את חילוף החומרים התאי של פתוגנים היוצרים ביופילם. ניתן ליישם הליך זה על כל חומר חי המסוגל להעביר אלקטרונים על מנת לענות על שאלות נוספות, כגון המתאם בין רפולוגיה של ביופילם למוליכות.