Name: אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים Biofilms (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-01T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 52 s
Description: חקור מנגנוני תחבורת אלקטרונים בביופילמים חיים באמצעות אלקטרודות מסולסלות וביפוטנציוסטט. שיטה זו מאפשרת מדידה מדויקת של מוליכות חשמלית בתנאים פיזיולוגיים ומספקת תובנות לגבי מטבוליזם תאי במערכות מיקרוביאליות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

M.D.Y, S.M.G-ס ו L.M.T. לאשר למשרד של חיל הים המחקר (פרס #N0001415WX01038 ו- N0001415WX00195), מעבדת המחקר של הצי הימי מעבדות ננוטכנולוגיה מכון המחקר; M.Y.E.-ש הוא נתמך על ידי ארה ב המחלקה של אנרגיה גרנט דה-FG02-13ER16415.

<ol><li>Boyd, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBoyd%2C+DA+%22Biofilms+in+Bioelectrochemical+Systems%22">Biofilms in Bioelectrochemical Systems</a>. , John Wiley & Sons, Inc. 177-210 (2015).</li>
<li>Natan, M. J., Wrighton, M. S. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470166383.ch6/summary">Chemically modified microelectrode arrays.</a> Prog Inorg Chem. 7, 391-494 (1990).</li>
<li>Paul, E. W., Ricco, A. J., Wrighton, M. S. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/j100254a028">Resistance of polyaniline films as a function of electrochemical potential and the fabrication of polyaniline-based microelectronic devices.</a> J Phys Chem-US. 89, 1441-1447 (1985).</li>
<li>Dalton, E. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/030101049080026T">Charge transport in electroactive polymers consisting of fixed molecular redox sites.</a> Chem Phys. 141, 143-157 (1990).</li>
<li>Chidsey, C. E. D., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroactive+Polymers+and+Macromolecular+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electroactive Polymers and Macromolecular Electronics.</a> Science. 231, 25-31 (1986).</li>
<li>Chidsey, C. E. D., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/j100398a051">Redox capacity and direct current electron conductivity in electroactive materials.</a> J Phys Chem-US. 90, 1479-1484 (1986).</li>
<li>Gregoire, K. P., Glaven, S. M., Hervey, J., Lin, B., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/161/13/H3049.full">Enrichment of a High-Current Density Denitrifying Microbial Biocathode.</a> J Electrochem Soc. 161, H3049-H3057 (2014).</li>
<li>Siegert, M., Yates, M. D., Spormann, A. M., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.5b00367">Methanobacterium dominates biocathodic Archaeal communities in methanogenic microbial electrolysis cells.</a> ACS Sus Chem Eng. 3, 1668-1676 (2015).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+previously+uncharacterized%2C+nonphotosynthetic+member+of+the+Chromatiaceae+is+the+primary+CO2-fixing+constituent+in+a+self-regenerating+biocathode%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">A previously uncharacterized, nonphotosynthetic member of the Chromatiaceae is the primary CO2-fixing constituent in a self-regenerating biocathode.</a> Appl Environ Microbiol. 81, 699-712 (2015).</li>
<li>Marshall, C. W., Ross, D. E., Fichot, E. B., Norman, R. S., May, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+Operation+of+Microbial+Electrosynthesis+Systems+Improves+Acetate+Production+by+Autotrophic+Microbiomes%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">Long-term Operation of Microbial Electrosynthesis Systems Improves Acetate Production by Autotrophic Microbiomes.</a> Environ Sci Technol. 47, 6023-6029 (2013).</li>
<li>Strik, D. P. B. T. B., Picot, M., Buisman, C. J. N., Barrière, F. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/elan.201200358/full">pH and Temperature Determine Performance of Oxygen Reducing Biocathodes.</a> Electroanalysis. 25, 652-655 (2013).</li>
<li>Strycharz, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reductive+dechlorination+of+2-chlorophenol+by+Anaeromyxobacter+dehalogenans+with+an+electrode+serving+as+the+electron+donor%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Microbiol+Report%22%5BJournal%5D)">Reductive dechlorination of 2-chlorophenol by Anaeromyxobacter dehalogenans with an electrode serving as the electron donor.</a> Environ Microbiol Report. 2, 289-294 (2010).</li>
<li>Yates, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.estlett.7b00335">Microbial Electrochemical Energy Storage and Recovery in a Combined Electrotrophic and Electrogenic Biofilm.</a> Environ Sci Technol Lett. 4, 374-379 (2017).</li>
<li>Tender, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harnessing+microbially+generated+power+on+the+seafloor%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Harnessing microbially generated power on the seafloor.</a> Nature Biotechnology. 20, 821-825 (2002).</li>
<li>Yates, M. D., Siegert, M., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319914022733">Hydrogen evolution catalyzed by viable and non-viable cells on biocathodes.</a> Int J Hydrogen Energ. 39, 16841-16851 (2014).</li>
<li>Fokina, O., Eipper, J., Winandy, L., Kerzenmacher, S., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+the+performance+of+a+biofuel+cell+cathode+with+laccase-containing+culture+supernatant+from+Pycnoporus+sanguineus%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technol%22%5BJournal%5D)">Improving the performance of a biofuel cell cathode with laccase-containing culture supernatant from Pycnoporus sanguineus.</a> Bioresource Technol. 175, 445-453 (2015).</li>
<li>Yates, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermally+activated+long+range+electron+transport+in+living+biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Chem+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Thermally activated long range electron transport in living biofilms.</a> Phys Chem Chem Phys. 17, 32564-32570 (2015).</li>
<li>Yates, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+conductivity+of+living+Geobacter+sulfurreducens+biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nano%22%5BJournal%5D)">Measuring conductivity of living Geobacter sulfurreducens biofilms.</a> Nat Nano. 11, 910-913 (2016).</li>
<li>Snider, R. M., Strycharz-Glaven, S. M., Tsoi, S. D., Erickson, J. S., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-range+electron+transport+in+Geobacter+sulfurreducens+biofilms+is+redox+gradient-driven%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Long-range electron transport in Geobacter sulfurreducens biofilms is redox gradient-driven.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 109, 15467-15472 (2012).</li>
<li>Strycharz-Glaven, S. M., Snider, R. M., Guiseppi-Elie, A., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/ee/c1ee01753e">On the electrical conductivity of microbial nanowires and biofilms.</a> Energ Environ Sci. 4, 4366-4379 (2011).</li>
<li>Malvankar, N. S., Tuominen, M. T., Lovley, D. R. <a target="_blank" href="https://www.tib.eu/en/search/id/BLSE%3ARN307893550/Comment-on-On-electrical-conductivity-of-microbial/">Comment on "On electrical conductivity of microbial nanowires and biofilms" by S. M. Strycharz-Glaven, R. M. Snider, A. Guiseppi-Elie and L. M. Tender, Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4366.</a> Energy Environ. Sci. 5, 6247-6249 (2012).</li>
<li>Malvankar, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+metallic-like+conductivity+in+microbial+nanowire+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks.</a> Nat Nanotechnol. 6, 573-579 (2011).</li>
<li>Strycharz-Glaven, S. M., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/ee/c2ee03056j/">Reply to the 'Comment on "On electrical conductivity of microbial nanowires and biofilms"' by N. S. Malvankar, M. T. Tuominen and D. R. Lovley, Energy Environ. Sci., 2012, 5.</a> Energy Environ. Sci. 5, 6250-6255 (2012).</li>
<li>Strycharz-Glaven, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/celc.201402168/abstract">Electron Transport through Early Exponential-Phase Anode-Grown Geobacter sulfurreducens Biofilms.</a> Chem Electro Chem. 1, 1957-1965 (2014).</li>
<li>Chidsey, C. E., Feldman, B. J., Lundgren, C., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ac00294a026">Micrometer-spaced platinum interdigitated array electrode: fabrication, theory, and initial use.</a> Anal Chem. 58, 601-607 (1986).</li>
<li>Li, C., Lesnik, K. L., Fan, Y., Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redox+Conductivity+of+Current-Producing+Mixed+Species+Biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Redox Conductivity of Current-Producing Mixed Species Biofilms.</a> PLOS ONE. 11, e0155247(2016).</li>
<li>Malvankar, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+metallic-like+conductivity+in+microbial+nanowire+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nano%22%5BJournal%5D)">Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks.</a> Nat Nano. 6, 573-579 (2011).</li>
<li>Ing, N. L., Nusca, T. D., Hochbaum, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Geobacter+sulfurreducens+pili+support+ohmic+electronic+conduction+in+aqueous+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Chem+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Geobacter sulfurreducens pili support ohmic electronic conduction in aqueous solution.</a> Phys Chem Chem Phys. 19, 21791-21799 (2017).</li>
<li>Fricke, K., Harnisch, F., Schröder, U. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2008/EE/B802363H">On the use of cyclic voltammetry for the study of anodic electron transfer in microbial fuel cells.</a> Energ Environ Sci. 1, 144-147 (2008).</li>
<li>Marsili, E., Rollefson, J. B., Baron, D. B., Hozalski, R. M., Bond, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+biofilm+voltammetry%3A+direct+electrochemical+characterization+of+catalytic+electrode-attached+biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Microbial biofilm voltammetry: direct electrochemical characterization of catalytic electrode-attached biofilms.</a> Appl Environ Microbiol. 74, 7329-7337 (2008).</li>
<li>Kankare, J., Kupila, E. -L. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/002207289280074E">In-situ conductance measurement during electropolymerization.</a> J Electroanal Chem. 322, 167-181 (1992).</li>
<li>Byun, H. S., Pirbadian, S., Nakano, A., Shi, L., El-Naggar, M. Y. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/celc.201402211/abstract">Kinetic Monte Carlo Simulations and Molecular Conductance Measurements of the Bacterial Decaheme Cytochrome MtrF.</a> Chem Electro Chem. 1, 1932-1939 (2014).</li>
<li>El Kasmi, A., Wallace, J. M., Bowden, E. F., Binet, S. M., Linderman, R. J. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja973417m">Controlling interfacial electron-transfer kinetics of cytochrome c with mixed self-assembled monolayers.</a> J Am Chem Soc. 120, 225-226 (1998).</li>
<li>Bortolotti, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz200734a">The Reorganization Energy in Cytochrome c is Controlled by the Accessibility of the Heme to the Solvent.</a> J Phys Chem Lett. 2, 1761-1765 (2011).</li>
<li>Gallaway, J. W., Calabrese Barton, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+Redox+Polymer-Mediated+Enzyme+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Kinetics of Redox Polymer-Mediated Enzyme Electrodes.</a> J Am Chem Soc. 130, 8527-8536 (2008).</li>
<li>Thackeray, J. W., White, H. S., Wrighton, M. S. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/j100269a048">Poly(3-methylthiophene)-coated electrodes: optical and electrical properties as a function of redox potential and amplification of electrical and chemical signals using poly(3-methylthiophene)-based microelectrochemical transistors.</a> J Phys Chem-US. 89, 5133-5140 (1985).</li>
<li>Jugnet, Y., Tourillon, G., Duc, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+of+Intrinsic+Extended+%CF%80-Bonding+Band+and+Metalliclike+Behavior+in+Undoped+and+Doped+Electropolymerized+Poly+%283-methylthiophene%29+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Evidence of Intrinsic Extended π-Bonding Band and Metalliclike Behavior in Undoped and Doped Electropolymerized Poly (3-methylthiophene) Films.</a> Phys Rev Lett. 56, 1862-1865 (1986).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

במהלך התקנת אידה, חיוני לבדוק כי המקור וצינור הניקוז לא לקצר יחד לפני מדידות המגביל אלקטרוכימי, כמו זה תשנה אתSD לעומת עקומת EG יכול להוביל לתוצאות שגויות פרשנויות. חשוב גם לבחור VSD ו- v כך הנוכחי הוא באופן ליניארי תלויים VSD ועצמאית של v. אם זה לא המקרה, ואז המשוואות המתוארים לעיל לא יכול להיות מנוצל כדי לחשב את המוליכות.
לפחות שני זרמים רקע חייב להיות נחשב ומוסר מן המידות הנוכחית מתנהל. הראשון הוא הרקע הנוכחי עקב Faradaic טעינה/פריקת cofactors חמצ...

אלקטרון חוץ-תאית תחבורה (EET) הוא תהליך המאפשר מיקרואורגניזמים מסוימים להעברת אלקטרונים בין תהליכים מטבוליים תאיים לבין אלקטרונים לא מסיסים acceptors או תורמים השוכנים מחוץ לתא, החל מינרלים טבעיים כדי אלקטרודות. במקרים מסוימים, EET מאפשר מיקרואורגניזמים ליצור biofilms עבה מרובת-תאים מוליכי על משטחים אלקטרודה, שבו תאים לא במגע ישיר עם האלקטרודה יכול עדיין להשתמש זה מקבל אלקטרון מטבולית או תורם. יש עניין רב כזה biofilms כמו זרזים אלקטרודה ליישומים שונים, כגון חיידקים electrosynthesis, חישה מזהם/הסרה, ו דור אנרגיה מרחוק, אחסון,7,8,9 ,10,11,12,13,14 בשל המגוון של תהליכים מטבוליים שבוצעה על-ידי מיקרואורגניזמים, העמידות של חיידקים פתוגנים המועברים במזון בהשוואה כדי מבוססי אנזים bioelectrodes. 15 , 16 . בנוסף, מסלולים EET פוטנציאלי עלול להיות מנוצל כדי חשמלית פקד או אות לשינויים המתרחשים באופן טבעי או מהונדסים גנטית תהליכים מטבוליים חיידקים מעורבים, לדוגמה, הייצור של המוצר הרצוי או זיהוי של analyte המטרה או התמריץ. מוליכות חשמלית של biofilms electrocatalytic, אשר מגדיר אותם מלבד חומרים ביולוגיים אחרים, הוא היבט מרכזי של הנכסים שלהם electrocatalytic, ובכל זאת ליטל מובנת על תהליך EET כבסיס בסביבת אלקטרודה, זה אשר ידוע מאוד שנויה במחלוקת. 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24
המתוארים כאן היא שיטה 2-אלקטרודות למדידת מוליכות דרך biofilms חי, שגודלו אלקטרודה באמצעות אלקטרודה interdigitated מערכים (IDAs). IDAs מורכב מקבילים אלקטרודות מלבני בדוגמת במשטח זכוכית שטוחה כזאת כל להקה מחובר בשני צידי מערך וכתוצאה מכך ב- 2 אלקטרודות (המקור, ניקוז). בחינה זהירה של אידה (ראה למשל, דמותו 6.12b של ref #1) חושף את הפערים המפריד בין להקות סמוכים הם גם מחובר באופן כזה שהם מהווים רווח יחיד זה אורג הלוך ושוב על פני המערך המפריד בין שתי אלקטרודות. התוצאה היא פער ארוך וצר המפריד בין האלקטרודות המקור, ניקוז, מניב מקור גבוהה מאוד-ניקוז הזרמים כאשר חומר מוליך הוא נוצר, יצוק, polymerized או גדל (במקרה של סוג biofilms נחשב כאן) על המערך. בנוסף, גודל קטן של האלקטרודות תוצאות ברקע קטן הנוכחי בשל קיבוליות טעינה, חל שינוי במצב חמצון של חומר מוליך עם שינוי שער פוטנציאל, מאז כמות החומר הדרוש כדי להפוך את מוליכות מדידות באמצעות IDAs הוא כל כך קטן. הטכניקה של מבוסס-אידה gating אלקטרוכימי המתוארים כאן, שפותחה לאפיין פולימרים מוליכים סרט דק,2,3,4,25 רק לאחרונה הוחל במערכות החיים. 18 טכניקה נוספת למדידת מוליכות של החיים biofilms מנוצל תבנית גדולה לפצל אלקטרודות המקור, ניקוז מקור מטר לקביעת השער פוטנציאליים. 26 , 27 . אולם, החשש שיטות אלה יש כבר מפורט בעבר. 18
להלן הפרוטוקול מכמס הניסיון שלנו עם ביצוע מדידות מוליכות של חיים biofilms MCL Geobacter sulfurreducens ו- biocathode. Sulfurreducens ג הוא אלקטרודה מודל הפחתת אורגניזם מסוגל להשתמש בחומרים לא מסיסים, כולל אלקטרודות, כמו מקבל אלקטרון מטבולית הבלעדית. בנוסף, היא יוצרת biofilms עבה מסוגלים להעביר אלקטרונים על אורכי תאים מרובים, שהופך אותו אורגניזם מודל אידיאלי ללמוד העברת-אלקטרונים למרחקים ארוכים חוץ-תאית אנודי. אנחנו גם לכלול פרטים לצורך המחקר של biocathode MCL, biofilm אירובי, autotrophic מעורבות הקהילה מבודד הקתודה של תא דלק בנתיק מיקרוביאלי. MCL Biocathode (על שם שלושת המרכיבים העיקרי – Marinobacter, Chromatiaceaea ו- Labrenzia) הוא מסוגל מחמצן אלקטרודה כמו תורם אלקטרון הבלעדי שלה, בהעברת אלקטרונים על אורכי תאים מרובים, ביצוע זה מערכת cathodic מעניין ללמוד. בנוסף, biocathode MCL יש את מוליכות שדווחו הגבוהה ביותר עבור מערכת חיה עד היום בשיטות אלה. ההכללה של אלה biofilms electroactive מגוונות של פרוטוקול זה נועד להדגיש כי טכניקה זו ישימה כדי למדוד את התעבורה של אלקטרונים דרך כל biofilm חי חשמלית אינטראקציה עם אלקטרודות.

<table><tbody><tr><td>IDAs</td><td>CH Instruments</td><td>012125</td><td>מיוצר על ידי ALS-Japan; נמכר על ידי CH Instruments</td></tr><tr><td>Wire</td><td>Digikey</td><td>W7-ND</td><td></td></tr><tr><td>אפוקסי כסף מוליך</td><td>אלקטרונים מיקרוסקופיה מדעית</td><td>12670-EE</td><td></td></tr><tr><td>חומר בידוד</td><td>3M</td><td>2131-B</td><td>Scotchast תרכובת מעכבת בעירה</td></tr><tr><td>15 מ"ל צינור צנטריפוגה חרוטי</td><td>VWR</td><td>89004-368</td><td></td></tr><tr><td>מחט 21 גרם</td><td>VWR</td><td>BD-305165</td><td></td></tr><tr><td>5 מ"ל קצות פיפטה</td><td>VWR</td><td>82018-842</td><td></td></tr><tr><td>5 מ"ל פיפטור</td><td>VWR</td><td>89079-976</td><td></td></tr><tr><td>רכיבים בינוניים של מים מתוקים</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>כל כימיקלים מעבדתיים סטנדרטיים</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; אמוניום כלוריד</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; נתרן פוספט מונו-בסיסי</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; סודיום ביקרבונט</td><td></td><td></td><td></td></tr> רכיבים <tr><td>בינוניים של מי ים מלאכותיים</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>כל כימיקלים סטנדרטיים למעבדה</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; נתרן כלורי</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; מגנזיום כלוריד הקסהידרט</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; מגנזיום גופרתי heptahydrate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; אשלגן כלורי</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; נתרן ביקרבונט</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; סידן כלוריד דיהידרט</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; אמוניום כלוריד</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; אשלגן פוספט דו-בסיסי</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ag/AgCl אלקטרודה ייחוס</td><td>Basi</td><td>MF-2079</td><td></td></tr><tr><td>אלקטרודה נגד מוט גרפיט</td><td>מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית</td><td>70230</td><td></td></tr><tr><td>אמבט מים מחזורי</td><td>Thermo Scientific</td><td>152-5256</td><td></td></tr><tr><td>Bipotentiostat</td><td>Pine Instruments</td><td>WD-20</td><td>http://www.voltammetry.net/pine/aftermath/user</td></tr><tr><td>מוטות ערבוב</td><td>VWR</td><td>58947-114</td><td></td></tr><tr><td>G. גופרית מפחית תרבית</td><td>ATCC</td><td>51573</td><td></td></tr><tr><td>כור מעוטר</td><td>מכשירי אורן</td><td>RRPG085</td><td></td></tr></tbody></table>

אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים biofilms

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

כאן נדגים את השיטה של gating אלקטרוכימי שימוש כדי לאפיין מוליכות חשמלית של תוצרת אלקטרודה חיידקים פתוגנים המועברים במזון תחת תנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית. 1 מדידות אלה מבוצעים על החיים biofilms במדיום מימית שימוש במקור ולנקז אלקטרודות בדוגמת על משטח זכוכית בתצורה מיוחדת המכונה מערך interdigitated אלקטרודה (אידה). ממבנה biofilm גדל על פני הפער חיבור המקור, ניקוז. פוטנציאל מוחלים על האלקטרודות (ES ו- ED) יצירת זרם המקור-ניקוז (ISD) דרך biofilm בין האלקטרודות. התלות של מוליכות חשמלית על פוטנציאל שער (הממוצע של פוטנציאל המקור, ניקוז, EG = [ED + ES] / 2) נקבעת על-ידי שינוי בשער פוטנציאליים ומדידת לטמיון-המקור הנוצרת באופן שיטתי הנוכחי. התלות של מוליכות על שער פוטנציאליים מספק מכניסטית מידע אודות תהליך הובלה אלקטרון חוץ-תאית הבסיסית של מוליכות חשמלית של biofilm ספציפית תחת חקירה. שיטת מדידה המגביל אלקטרוכימי המתוארים כאן מבוססת באופן ישיר בשימוש על-ידי Wrighton ס מ2,3 , עמיתים, ר וו מורי-4,-5,-6 ועמיתיו בבית 1980 הוא לחקור פולימרים מוליכים סרט דק.

IDAs היו קווית, מבודדים ולא נבדק כדי לוודא כי שתי אלקטרודות היו חשמלית מבודדים אחד מהשני (איור 1). הכורים היו מורכבים, מחוסן עם sulfurreducens ג, מודגרות עד ממבנה biofilm מגשרת על הפער בין האלקטרודות. Biofilm sulfurreducens ג ניתן לראות באופן חזותי כדי לסקר את המערך. Biofilms אחרים עשויים לדרוש החוקר לעשות מדידות המגביל אלקטרוכימי כדי לראות אם שתי אלקטרודות חשמלית מקושר. מיקרוסקופ צריך לשמש גם כדי לוודא חיבור בין האלקטרודות של המערך. ניסויים...

פרוטוקול למדידת מוליכות חשמלית של חיים חיידקים פתוגנים המועברים במזון תחת תנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית מוצג.

אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

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.

characterizing-electron-transport-through-living-biofilms

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

מקור: Tokunou, Y. ואחרים, זיהוי אלקטרוכימי של השפעת איזוטופ קינטי של דויטריום על הובלת אלקטרונים חוץ-תאית ב-Shewanella oneidensis MR-1. J. Vis. Exp. (2018)סרטון זה מדגים את ההרכבה וההפעלה של מודל כור אלקטרוכימי שנועד לדמות יצירת ביופילם על פני אלקטרודות. גירוי אלקטרוכימי מבוקר מקדם הידבקות מיקרואורגנית, מה שמוביל להתפתחות הדרגתית של ביופילם מונו-שכבה חיידקית.

פיתוח ביופילם מונולייר חיידקי באמצעות כור אלקטרוכימי

מודגמת צמיחה כרונואמפרומטרית של ביופילמים מיקרוביאליים אלקטרואקטיביים אנודיים בכור אצווה מוזנת באמצעות מערך של שלוש אלקטרודות, הנשלט על ידי פוטנציוסטט. העברת האלקטרונים החוץ-תאית מאופיינת באמצעות וולטמטריה מחזורית בנוכחות תורם האלקטרונים ובהיעדר תורם האלקטרונים. מודגם ניתוח נתונים בסיסי.

ביופילמים מיקרוביאליים אלקטרואקטיביים המופקים משפכים: גידול, תחזוקה ואפיון בסיסי

מטרת נייר שיטות זה היא לתאר את השימוש במערכת microfluidic לפיתוח biofilms רב-מינים המכילים מינים מזוהים בדרך כלל ברובד השיניים supragingival אנושי. שיטות לתיאור ארכיטקטורת biofilm, כדאיות biofilm, וגישה לbiofilm קציר לניתוחים תלוית תרבות או תרבות העצמאית מודגשות.

שימוש בתפוקה גבוהה<em&gt; במבחנה</em&gt; מערכת Microfluidic לפתח Biofilms Multi-מינים שבעל פה

לביופילמים יש אינטראקציות מורכבות עם הסביבה הסובבת אותם. כדי לחקור באופן מקיף אינטראקציות בין ביופילם לסביבה, אנו מציגים כאן סדרה של שיטות ליצירת סביבה כימית הטרוגנית להתפתחות ביופילם, לכימות מהירות זרימה מקומית ולניתוח הובלת מסה בתוך מושבות ביופילם ובסביבתן.

שיטות לאפיון Co-הפיתוח של Biofilm ובית גידול הטרוגניות

מחקר זה מציג את הפיתוח של מתודולוגיות הניתנות לשחזור לחקר מעכבי ביופילם והשפעותיהם על Bacillus subtilis multicellularity.

מתודולוגיות לימוד<em&gt; B. subtilis</em&gt; Biofilms כמודל לאפיון מולקולה קטנה Biofilm מעכבי

מאמר זה מציג שיטה לגידול ממבנה biofilm עבור בחיי עיר יון משני זמן-של-טיסה ספקטרומטר מסה למיפוי כימי במצב רטוב, מופעל על ידי כור microfluidic, מערכת לניתוח-הממשק ואקום נוזלי. מר Shewanella oneidensis -1 עם פלורסצנטיות ירוק חלבון שימשה כמודל.

בחיי עיר אפיון Biofilms MR1 Shewanella oneidensis על ידי SALVI וסימס תוף

כאן אנו מציגים פרוטוקול של כל תא אלקטרוכימי ניסויים ללמוד את התרומה של פרוטון תחבורה לקצב התחבורה אלקטרון חוץ-תאית באמצעות cytochromes הממברנה החיצונית מתחם Shewanella oneidensis מר-1.

אלקטרוכימי זיהוי של דאוטריום קינטי איזוטופ אפקט על חוץ-תאית אלקטרון התחבורה מר Shewanella oneidensis -1

Cytometry זרימה בשילוב עם קיבוץ באשכולות חזותית מציע שיטה קלה לשימוש ומהיר עבור הלומדים biofilms הימית. זה יכול לשמש biofilm אפיון, זיהוי שינויים במבנה הקהילה biofilm, וזיהוי של חלקיקים והאביוטיים שמוטבע על biofilm.

אפיון Biofilms ימיים עם Cytometry זרימה

כאן אנו מציגים פרוטוקול לאפיון העברת אלקטרונים חוץ-תאית מתווכת (EET) בחיידקי חומצה לקטית באמצעות מערכת ביואלקטרוכימית תלת-אלקטרודתית בעלת שני תאים. אנו מדגימים שיטה זו עם Lactiplantibacillus plantarum ומתווך חמצון-חיזור 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid ומספקים תיאור יסודי של הטכניקות האלקטרוכימיות המשמשות להערכת EET מתווך.

אפיון מעבר אלקטרונים חוץ-תאי מתווך בחיידקי חומצה לקטית עם מערכת ביואלקטרוכימית תלת-אלקטרודתית דו-תאית

תכונות פני השטח של ננו-חלקיק חשובות לאינטראקציה שלהם עם המדיום שמסביב. לכן, שינוי פני השטח של ננו-צינורות פחמן יכול להיות קריטי להובלתם ושימורם דרך מדיה נקבובית. כאן, ניסויי עמודות בקנה מידה מעבדתי משמשים להבנת ההובלה והשימור האפשריים של ננו-חלקיקים אלה.

הובלה של פחמן-שונה Surface דרך טור קרקע

חקור מנגנוני תחבורת אלקטרונים בביופילמים חיים באמצעות אלקטרודות מסולסלות וביפוטנציוסטט. שיטה זו מאפשרת מדידה מדויקת של מוליכות חשמלית בתנאים פיזיולוגיים ומספקת תובנות לגבי מטבוליזם תאי במערכות מיקרוביאליות.

אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים Biofilms

גלה סרטונים נוספים