특성화 생활 Biofilms 통해 전자 전송

이 실험 절차의 전반적인 목표는 살아있는 물질을 통해 현장에서 전도될 수 있는 전류의 양과 살아있는 물질이 전류를 운반하기 위해 사용하는 메커니즘을 결정하는 것입니다. 이 방법은 다음과 같은 미생물 전기화학 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다., 특정 생물막이 어떻게 세포 대사를 지원하기 위해 수백 미크론 이상의 전자를 이동할 수 있습니까? 이 기술의 주요 장점은 교차 전극이 매우 높은 신호 대 잡음비를 제공하고 다양한 반응기 구성에 맞게 확장할 수 있다는 것입니다.

이러한 방법은 생물막에서 다중 세포 길이의 세포 외 전자 수송에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 전기 전도성 고분자 필름과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 이 방법을 처음 접하는 연구원들은 두 전극의 전위를 개별적으로 설정하고 각 전극에서 전류를 개별적으로 측정하기 위해 바이포텐시오스탯이 필요하기 때문에 어려움을 겪을 것입니다.

먼저 비전도성 기판에 패턴화된 상업적으로 이용 가능한 IDA 전극을 얻거나 표준 리소그래피 방법을 사용하여 합성합니다. 제조업체의 지침에 따라 혼합 막대 또는 피펫 팁을 사용하여 전도성 은 에폭시를 준비합니다. 그런 다음 각 금판에 와이어를 놓고 실험실 테이프를 사용하여 제자리에 고정합니다.

믹싱 로드나 피펫 팁을 사용하여 와이어와 패드를 은 에폭시로 덮습니다. 경화를 위해 장치를 섭씨 80도의 오븐으로 조심스럽게 1시간 동안 옮깁니다. 에폭시가 경화된 후 멀티미터를 사용하여 와이어 끝과 패드 사이의 전기 전도성을 확인하십시오.

와이어와 패드 사이의 저항은 5옴 미만이어야 합니다. 또한 어레이를 단락시킬 수 있으므로 멀티미터를 사용하여 여러 전극 패드를 연결하는 전도성 에폭시가 없는지 확인하십시오. 전도성 에폭시가 여러 리드를 연결하는 경우 스크라이브를 사용하여 리드를 분리하십시오.

그런 다음 절연 재료의 몰드로 사용할 15ml 원추형 원심분리기 튜브의 끝을 제거합니다. 21 게이지 바늘을 사용하여 와이어가 돌출될 수 있도록 금형 바닥에 두 개의 작은 구멍을 만듭니다. IDA를 금형에 삽입하고 금형 바닥의 구멍을 통해 와이어를 삽입합니다.

다음으로, 열 전기 및 방수 절연 재료를 준비합니다. 난연성 폴리우레탄 수지가 종종 적합합니다. 은 에폭시가 완전히 덮이도록 절연체를 금형에 피펫으로 삽입하고 절연체가 제조업체의 사양에 따라 건조되도록 합니다.

전기화학 셀을 설정하려면 IDA, 상대 전극 및 기준 전극을 전기화학 셀에 삽입합니다. 전기화학 셀을 생물막 성장에 적합한 멸균 매체로 채웁니다. Geobacter sulfurreducens의 경우 푸마르산염을 제외한 담수 매체를 사용하십시오.

다음으로, 전극을 bipotentiostat에 연결합니다. 하나의 IDA 전극을 작업 리드 1에 연결하고, 다른 IDA 전극을 작업 리드 2에, 참조 전극을 참조 리드에, 카운터 전극을 카운터 리드에 연결합니다. 전극 1에 대해 순환 전압전류법을 수행하고 전극 2를 개방 회로에 유지하여 전극이 연결되지 않았는지 확인하여 제어 실험을 수행합니다.

관련 전기활성 생물막을 성장시키려면 표준 무균 미생물 기술을 사용하여 원하는 전기화학적 활성 미생물의 원료 배양 또는 농축에서 전기화학 반응기를 접종합니다. 표준 테스트의 경우, 접종물 대 반응기 부피의 1 대 20 비율로 접종합니다. 반응기의 교반을 원하는 수준으로 설정하고 관심 생물막의 성장 조건에 따라 인큐베이터 또는 수조를 원하는 온도로 설정합니다.

생물막이 두 전극을 분리하는 간극을 메울 때까지 관심 미생물의 특정 요구 사항에 따라 시스템을 배양합니다. 고정식 Geobacter sulfurreducens 생물막의 경우 섭씨 30도에서 7-10일 동안 배양합니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 게이팅 측정에 대한 현재 잠재적 종속성을 결정하는 데 사용할 실험 매개변수의 설정을 시작합니다.

선택한 소스 드레인 전압 및 원하는 스캔 속도에서 선택한 범위에 대한 게이팅 측정을 수행하도록 bipotentiostat 소프트웨어를 설정합니다. 또한 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 기준선 측정을 수행합니다. 용해성 전자 공여체 또는 수용체 조건이 없는 비회전율에 존재하는 용해성 전자 공여체 또는 수용체가 있는 회전율 하에서 동일한 조건을 사용하여 게이팅 측정을 수행합니다.

매체의 설정점과 실제 온도가 동일한지 확인하기 위해 제어 반응기를 구하십시오. 온도계 또는 열전대를 IDA가 있는 제어 반응기에 놓습니다. 그런 다음 bipotentiostat를 사용하여 턴오버 및 비턴오버 조건에서 선택한 온도 범위에 대한 소스 스트레인 전류를 측정합니다.

이렇게 하려면 bipotentiostat를 사용하여 최대 전도 전류를 생성하는 게이트 전위에서 IDA를 설정하고 유지합니다. 수조 또는 인큐베이터의 온보드 제어 장치를 사용하여 선택한 온도 범위 사이에서 온도를 순환하는 동안 bipotentiostat를 사용하여 최대 전도 전류를 기록합니다. 한 설정점에서 다른 설정점으로 온도를 순환하고 인큐베이터 또는 수조의 온보드 제어 장치를 사용하는 것과 반대로 온도를 순환합니다.

이것은 온도 사이클링이 생물막에 해를 끼치지 않도록 하기 위해 반응의 가역성을 결정합니다. 마지막으로 온도를 정상 성장 온도로 재설정하고 시스템이 안정화되도록 합니다. 여기에 표시된 것은 담수 매체에서 제대로 기능하는 IDA의 대표적인 결과입니다.

전극이 단락된 경우와 비교됩니다. 소스 스트레인 전압이 10 밀리 볼트인 비 턴오버 조건에서 Geobacter sulfurreducens 생물막에서 수행 된 대표적인 전기 화학적 게이팅 측정은 산화 환원 전도성의 피크 모양의 전도 전류 대 게이트 전위 곡선 특성을 나타냅니다. 여기서 대표적인 원시 데이터는 반응기 매체의 온도에 대한 전도 전류의 의존성을 보여줍니다.

온도 감소에 따른 전도 전류의 감소는 산화 환원 도체의 또 다른 특성입니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행되면 약 2일 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 반응기를 접종하기 전에 IDA 대역이 단락되지 않았는지 확인하는 것이 중요합니다.

이 기술의 의미는 병원체를 형성하는 생물막의 세포 대사를 방해하는 방법을 연구하기 위해 적용될 때 치료로 확장됩니다. 이 절차는 생물막 굴절과 전도성 사이의 상관 관계와 같은 추가 질문을 해결하기 위해 전자를 운반할 수 있는 모든 살아있는 물질에 적용할 수 있습니다.