Методическая статья

Характеризуя переноса электронов через биоплёнки жизни

DOI:

10.3791/54671

⸱

1 июня 2018 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Center for Bio/Molecular Science and Engineering, Naval Research Laboratory, 2George Mason University, 3Chemistry Division, Naval Research Laboratory, 4Departments of Physics, Biological Sciences, and Chemistry, University of Southern California, 5Department of Chemical Engineering and Materials Science, Michigan State University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Протокол для измерения электропроводности живых микробной биоплёнки физиологически соответствующих условиях представлена.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Здесь мы продемонстрировать методом электрохимического стробирования используется для характеристики электрической проводимости электрод выросли микробной биоплёнки физиологически соответствующих условиях. 1 эти измерения выполняются на живых биопленки в водной среде с помощью источника и слейте электродов на поверхности стекла в специализированные конфигурации, упоминаемый как массив штыревой электрода (Ида). Биопленки выращивается, простирается через разрыв, соединяющий источник и сток. Потенциалы применяются к электродам (ES иDE) создание источника стока тока (ISD) через биопленки между электродами. Зависимость электропроводности на ворота потенциал (в среднем источник и сток потенциалов, EG = [ED + ES] / 2) определяется систематически изменяя потенциал ворота и измерения полученный источник сток текущий. Зависимость проводимости на ворота потенциал обеспечивает механистический сведения о процессе внеклеточного переноса электронов, лежащие в основе электропроводности конкретных биопленки под следствием. Электрохимическим шлюзовые метод измерения, описанный здесь, основан прямо на используемой M. S. Wrighton2,3 и коллег и р. у. Мюррей4,5,6 и коллег в 1980's в том, чтобы расследовать тонкопленочных проводящих полимеров.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Внеклеточные переноса электронов (EET) является процессом, который позволяет некоторых микроорганизмов для транспорта электронов между внутриклеточного метаболизма и нерастворимых электрона акцепторов или доноров, которые проживают за пределами ячейки, начиная от природных минералов электроды. В некоторых случаях EET позволяет микроорганизмов сформировать электропроводных многоячеечного толстые биопленки на поверхности электрода, в которых клетки не в прямом контакте с электродом все еще можете использовать его как метаболические электрон акцептора или доноров. Существует значительный интерес к таким биоплёнки электрода катализаторов для различных приложений, таких как микробной электросинтеза, загрязнения зондирования/удаления и удаленного энергии генерации и хранения,7,8,9 ,10,11,12,,1314 ввиду разнообразия метаболических процессов, выполняемых микроорганизмов и долговечность микробной биоплёнки по сравнению в основе фермента bioelectrodes. 15 , 16 Кроме того, пути EET потенциально могут быть использованы для электрически управления или сигнал изменения в естественных или генетически микробной метаболические процессы, участвует, например, в производстве желаемого продукта или обнаружения Целевой исследуемое вещество или стимул. Электрическая проводимость электрокаталитическая биопленки, которая отличает их от других биологических материалов, является центральным аспектом их свойств электрокаталитические, но мало понято о базовой EET процесса в среде электрода, и то, что известно весьма спорным. 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24

Описанные здесь является 2-электродный метод для измерения проводимости через живой, электрод выросли биопленки, используя массивы штыревой электрода (МДО). МДО состоят из параллельных прямоугольных электродов, узорные на плоской стеклянной поверхности, таким образом, что каждый другой группы подключен на противоположных сторонах результирующего массива в 2 электроды (источник и сток). Тщательное изучение Ида (см. Например, рисунок 6.12b ref #1) показывает, что пробелы, разделения смежные полосы являются также связаны таким образом, чтобы форма один пробел, который ткет взад и вперед через массив, разделяющей два электрода. Результатом является длинный и узкий разрыв, разделяющий источник и сток электродов, уступая токи очень высокого источника стока, когда проводящего материала сформирована, литые, полимеризуется или растет (в случае тип биопленки, здесь рассматривается) массива. Кроме того небольшой размер электродов приводит к небольшой фона текущего благодаря емкость зарядки и изменить в окисления из электропроводящего материала с изменением в ворота потенциал, поскольку количество материала необходимо сделать проводимости измерения с использованием ИДАС настолько мал. Техника на базе Ида электрохимических стробирования описанных здесь, развитые характеризовать тонкопленочных электропроводящие полимеры,2,3,4,25 лишь недавно был применен для живых систем. 18 другой метод, используемый для измерения проводимости жизни биоплёнки использовали Сплит источник и сток электродов и источник метров установить ворота потенциал большого формата. 26 , 27 однако, обеспокоенность по поводу этих методов были подробно ранее. 18

Инкапсулирует протокол ниже наш опыт с делать измерения проводимости жизни биоплёнки MCL Geobacter sulfurreducens и biocathode. G. sulfurreducens является модель электрода, уменьшение организма могут воспользоваться нерастворимых материалов, включая электроды, как единственная метаболически электрон акцептора. Кроме того он образует густой биопленки, способный перевозить электронов через несколько клеток длины, что делает его организма идеальная модель для изучения анодное междугородной внеклеточного электрона передачи. Мы также включать детали для изучения biocathode MCL, аэробика, автотрофных смешанных сообщества биопленки, изолированы от катода бентических микробных топливных элементов. MCL Biocathode (назван в честь трех основных составляющих – Marinobacter, Chromatiaceaea и Labrenzia) способен окисляющих электрода в качестве своего единственного электрона донора и транспортировки электронов через несколько клеток длины, делая Это интересная система катодной учиться. Кроме того biocathode MCL имеет наивысший сообщил проводимости для живой системы на сегодняшний день с помощью этих методов. Включение этих разнообразных Электроактивные биопленки в этот протокол призван подчеркнуть, что этот метод применим для измерения транспорта электронов через любой жизни биопленки электрически взаимодействовать с электродами.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. штыревой микроэлектродные массив (Ида) подготовка

  1. Получения коммерчески доступных Ида электродов на непроводящих субстрата или синтезировать их с помощью стандартных методов литографии. 28
    Примечание: Размеры Ида и/или материалы могут быть разнообразны основе желаемых условий для различных экспериментов. МДО используется здесь были получены коммерчески и состояла из двух штыревой золото микроэлектродов на стеклянной подложке, подключенных к большой электрода колодки на противоположных концах массива. Электроды, подвергаются в то время как автобус линии, соединяющие электроды с большой контактной колодки покрыты тонким изоляционным материалом. МДО используется здесь состоят из двух наборов полос 10 мкм широкий и 2 мм длиной золото микроэлектродные (источник и сток) интервалом 5 мкм друг от друга рисунком на поверхности плоского стекла. МДО используется здесь было 65 пар электродов (130 всего штыревой полос). Чередование полос связаны с электрода колодки на противоположных концах массива.
  2. Проволока и изолировать Ида
    1. Прикрепите провод к каждой большой электрода колодки с помощью проводящая Серебряная эпоксидной.
      1. Подготовьте Проводящие эпоксидной согласно инструкции производителя для конкретных эпоксидной используется с наконечник для смешивания стержня или пипетки (инструкции могут различаться от производителя).
      2. Поместите провод на каждой золотой пластинкой, безопасное место с помощью ленты лаборатории. Покрытия проволоки и pad с серебряной эпоксидной, используя наконечник для смешивания стержня или пипетки.
      3. Осторожно двигаться до 80 ° C духовку за 1 ч до лечения или лечения на основе рекомендаций изготовителя для конкретных проводящая Серебряная эпоксидной используется.
      4. После эпоксидной лечит, используйте мультиметр для обеспечения электрической связи между накладками и конце провода. Сопротивление между проводом и колодки должны быть < 5 Ω. Кроме того используйте мультиметр для проверки, что не проводящие эпоксидной подключается несколько электрода колодки, как это можно короткие массива. Если Проводящие эпоксидной подключается несколько версий, с помощью палочки для изоляции провода.
    2. Изолируйте epoxied подключение путем покрытия связь с тепловых, электрических и водонепроницаемый изоляционного материала. Часто подходят огнезащитного полиуретановых смол.
      1. Выньте кончик трубки 15 мл конические центрифуги (отметке приблизительно 2,5 мл) как прессформы для изоляционного материала. Сделайте два маленьких отверстия в нижней части для провода к выступать через иглой 21g.
      2. Вставьте Ида в плесени и провода через отверстия в нижней части формы.
      3. Подготовьте конкретные изоляционный материал. Следуйте инструкциям с конкретных смолы получены.
      4. Пипетка изолятора в форму так, что серебро эпоксидной полностью покрыты (~2.5 мл) и дайте высохнуть согласно требованиям производителя спецификации.

2. электрохимических реактора установки, тестирования и прививки

  1. Настройка электрохимической ячейки.
    1. Вставьте в электрохимическом Ида, счетчик электрода и электрод сравнения.
      Примечание: Электрохимический реактор используется может широко варьировать, до тех пор, пока все электродов поместиться внутри. Одно соображение это то, что электрод сравнения должна быть как можно ближе к рабочих электродом практические пределы реактора. Здесь мы используем однокамерные реактора с ссылка электрода ~ 2-3 см от рабочих электродов. Кроме того счетчик электрода должна быть больше, чем рабочих электродом для обеспечения, что это не ограничение в системе.
    2. При работе с чистой культуры, стерилизуйте реактора с электродом счетчика, внутрь. Стерилизовать электрод сравнения путем замачивания в Отбеливатель для 10 мин и стерильные деионизированной воды за 10 мин стерилизовать Ида путем погружения в Отбеливатель для 5 s следуют стерильной обессоленной воды для 10 s перед вставкой в реактор.
    3. Заполните электрохимической ячейки с стерильной средой для роста биопленки. G. sulfurreducens17,18используйте пресной воды среднего, за исключением фумарата. Для biocathode MCL9 использовать искусственный морской среды. 9
    4. Подключите электроды к bipotentiostat. Подключите один Ида электрода к рабочей ведущий 1, другой электрод Ида возглавить рабочую 2, электрод сравнения ссылка свинца и Счетчик электрода к счетчик свинца.
  2. Электрохимический тестирование ИДАС.
    Примечание: Основная цель этого испытания заключается в том, чтобы убедиться, что два Электроды электрически изолированы. Все электрохимические методы доступны в программное обеспечение, используемое для управления bipotentiostat.
    1. Выполните тесты контроля проводимости (до биопленки роста) для обеспечения надлежащего функционирования Ида, с помощью bipotentiostat.
      1. Мера открытой цепи потенциал каждого электрода на 1 мин.
        Примечание: На некоторых инструментах, обрыв потенциальных должна достигаться с помощью программы коллекции гальваностатического и установка текущего 0 мА.
      2. Мера потенциал открытой цепи электрода 2 во время выполнения циклической вольтамперометрии на электрод 1 между 0,2 V до + 0,6-+ V (против она) на 20 м/сек.
        Примечание: Другие границы и сканирования тарифы на CV может использоваться при необходимости. Однако Избегайте потенциалы, которые приведут к генерации водорода и кислорода.
      3. Убедитесь, что обрыв потенциальных измеряется на электрод 2 не зеркало потенциал электрод 1 во время CV, используя программное обеспечение потенцио.
        Примечание: Обрыв потенциал электрод 2 могут изменяться, но она должна быть независимой от потенциала электрода 1.
      4. Повторите шаги 2.2.1.1 через 2.2.1.3 за исключением управления потенциал электрод 2 и меру возможности открытой цепи электрода 1.
    2. Установите потенциальных рабочих электродов для желаемого роста потенциала соответствующих Электроактивные биопленки, с использованием программного обеспечения bipotentiostat. Например используйте + 0,5 V (против она) для Geobacter sulfurreducens или +0.31 V (против она) для biocathode ПДК.
  3. Расти соответствующих Электроактивные биопленки
    1. Прививать электрохимический реактор от запасов культура/обогащения желаемого электрохимически активных микроорганизмов, с использованием стандартных асептических микробиологических методов. Для стандартных тестов, прививать в 1:20 соотношение (посевным материалом к объему реактора) OD600 = 0.5 культуры.
    2. Установите перемешивания в реакторе на желаемый уровень (~ 200 об/мин) и инкубатор / водяной бане до желаемой температуры на основе условий роста биопленки интерес. Для G. sulfurreducensиспользуйте 30 ° C для оптимального роста.
    3. Инкубируйте системы, основанной на конкретных требований microorganism(s) интерес, до тех пор, пока биопленки Мосты разрыв между двумя электродами. Для стационарных биопленки G. sulfurreducens , Проинкубируйте ~ 7-10 дней. Для biocathode MCL Инкубируйте ~ 7 дней. В каждом случае контроль температуры в 30 ° C.

3. электрохимическим шлюзовые эксперименты

  1. Выберите экспериментальные параметры, которые будут использоваться для определения зависимость тока потенциал для стробирования измерений.
    1. Определите диапазон ворота потенциалов, которые будут применяться к Ида для получения проводимых ток (ISD) против ворот потенциальной кривой (EG) для системы.
      Примечание: Спектр ворота потенциалов изучены должна охватывать все потенциалы с возможных окислительно-восстановительной деятельности. Если никакой информации о системе интерес, широкий потенциальный диапазон должен быть используется (-0.55 до + 0,6-+ V против она). Метод проб и ошибок может использоваться для тонкой настройки диапазона, основанные на системе в рамках исследования. Ворота потенциал определяется как:
      figure-protocol-1
      где ED является потенциальная утечка электрода и ES является потенциальным источником электрода. Спектр ворота потенциалов используется ограничивается требования и ограничения системы конкретных интересов. 18
      Примечание: Источник и сток потенциалы, которые приведут к кислорода и водорода эволюции следует избегать, поскольку эти процессы может повредить биопленки.
    2. Определите напряжение источника стока (SDV), который будет использоваться в качестве движущей силы для переноса электронов через фильм из источника в канализацию. Напряжение источника стока определяется как:
      figure-protocol-2
      Примечание: Напряжения источника стока должна быть достаточно небольшой, так что яSD масштабируется линейно с VSD. 17
    3. Выберите скорость сканирования (v), на котором EG линейно изменяется с течением времени, независимо от яSD так, что системы могут быть аппроксимированы в устойчивом состоянии для каждого потенциального ворот.
      Примечание: Скорость сканирования менее 0,002 V/s часто используется для биологических систем. 29 , 30
    4. Настройка программного обеспечения bipotentiostat для выполнения стробирования измерений (т.е. развертки ворота потенциальных) над выбранного диапазона, при напряжении выбранного источника стока и темпами желаемого сканирования, на основе изложенных выше соображений.
      Примечание: для предыдущих стробирования измерений с помощью G. sulfurreducens,17,19 EG = -0.55 V 0,6 V (против она), VSD = 0.01 V или 0,1 V, v = 0,001 V/s. Для Biocathode MCL, EG = 0.25 V до 0,7 V (против она), VSD = 0,002 V, v = 0.0002 V/s.
      1. Кроме того, выполнять базовые измерения с VSD = 0,000 V (т.е., CV на каждый отдельным электроде, принятые одновременно) в том же v, выбранный на шаге 3.1.3.
    5. Выполняют стробирования измерения, с помощью условий в 3.1.4 под оба оборот (с растворимых электрона доноров или акцептора настоящее) и условий-оборота (без растворимых электрона доноров или акцептор).
      Примечание:-Оборот условия выгодно потому, что измерения не закрывались на окисление или сокращение растворимых соединений для клеточного метаболизма, хотя аналогичные результаты должны быть получены независимо от состояния используется после вычитание фона токов (подробно в 3.1.8).
      1. Достичь оборота условий с помощью той же среде реактора используется для роста бактерий на электроде. Это средство содержит водорастворимые электрона доноров, например ацетат G. sulfurreducens,17 или акцептор, такие как кислород для Biocathode MCL.
      2. Достижения-оборот условий, делая же реактор средство используется для роста бактерий на электроде, за исключением опустить растворимых электрона доноров или акцептора. Убедившись, что потенцио выключен, удалите средство асептически и добавить в свежих средних без доноров электронов для анодных систем или акцептора катодная систем. Кроме того можно настроить систему непрерывного потока медленно замените требуемой среды для nonturnover условий среды.
        Примечание: Если кислород растворимых электрон акцептора (что касается biocathode ПДК), sparge системы со смесью2 CO ~ 15% и 85% N2 (или газовой смеси, которая будет поддерживать правильный баланс pH в среде).
    6. После завершения стробирования измерений используйте потенцио программного обеспечения для установки потенциал каждого электрода обратно к росту потенциал, чтобы позволить системе вновь стабилизировать (используя те же значения как 2.2.2).
    7. Если выполнены все условия, описанные выше (яSD является независимым от v и масштабируется линейно с VSD), яSD значения преобразуются проводимости, с помощью следующих уравнений как описано31
      figure-protocol-3
      figure-protocol-4
    8. где G — проводимость и S — коэффициент масштабирования, который зависит от системы и факторы в переменных, таких как размер электрода, разрыв размера и высоты биопленки. Для некоторых систем S может быть определено из заранее уравнений. 31 в качестве альтернативы, S может быть рассчитана численно с помощью моделирования программного обеспечения, как описано ранее. 17
    9. Вычитание фона течений определить форму и масштабы проводимых ток. Либо вычесть ток, приданный VSD = 0.00 V от текущей на VSD = 0.01 V или вычесть сливной текущей из текущего источника с VSD = 0.01 V. либо метод удаляет фон токов, оставляя только проводимых ток.
  2. Зависимые электрохимическим шлюзовые измерения температуры
    1. Определите диапазон температур интерес. Этот диапазон является сильно зависит от системы изучается, однако физиологически соответствующих температур должны быть использованы.
      Примечание: Предыдущие исследования использовали в диапазоне температур от 10 ° C до 30 ° C для изучения электронного транспорта физиологически соответствующих условиях для мезофильных микроорганизмов. 17
    2. Получите рециркуляционный водяной бане или инкубатор регулировать температуру реактора и управления реактор, убедитесь, что набор точек и фактическая температура среды, то же самое.
      1. Поместите термометр или термопара в реакторе управления где бы Ида.
    3. Сделайте яSD измерения (см. 3.1.4) в диапазоне температур выбран под оборот и nonturnover (описано в шаге 3.1.5) условия использования bipotentiostat, после одной из двух процедур, описанных ниже.
      1. Генерировать яSD против EG кривых, как описано выше (см. 3.1), для каждой температуры в диапазоне температур интерес. Для материалов, выставку редокс проводимости, такие как G. sulfurreducens и Biocathode MCL, пиковый ток от каждой температуры используется для определения ISD против T зависимость.
        Примечание: Этот метод используется для генерации полный яSD против EG кривой для каждой температуры, но требует больше времени, чем второй вариант.
      2. Поочередно, установите и удерживайте Ида у ворот потенциальных, обеспечивающий максимальный провели текущего с использованием bipotentiostat (полученные от яSD против EG кривой, шаг 3.1.4) и записать максимальный ток проводится с использованием bipotentiostat во время Температура циклическое между диапазон температур, выбранные с помощью встроенного управления водяной бане или инкубатора.
        Примечание: С электродом/реактор геометрия, используемая здесь я разрешено стабилизации для по крайней мере 20 мин и в среднем стабильные яSD SD и T используется для каждой температуры. Более или менее стабилизации может потребоваться время на основе конкретной системы. Этот метод быстрее, чем первый и вызывает меньше стресса в биопленки. Однако, полная стробирования кривых не создаются.
      3. Цикла температура от одной точки набор к другой и обратно, снова с помощью встроенных элементов управления инкубатора или водяной бане для определения обратимости реакции для обеспечения того, чтобы температура Велоспорт не вредит биопленки.
    4. Восстановить нормальный рост температуры, с использованием бортового управления инкубатора или воды ванны температура и позволяют для стабилизации системы.
      Примечание: Для дирижера редокс, яSD против 1/T данных может поместиться с выражением ставка Аррениус, которая позволяет расчета энергии активации следующим образом:
      figure-protocol-5
      figure-protocol-6
      где E — энергия активации для переноса электрона между смежными редокс кофакторы и k — постоянная Больцмана.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

МДО были проводные, изоляцией и протестированы, чтобы гарантировать, что два электрода были электрически изолированы друг от друга (рис. 1). Реакторы были собраны, привиты с G. sulfurreducensи инкубировали пока биопленки преодолен разрыв между электродами. G. sulfurreducens биопленки визуально видно охватывающих массива. Другие биоплёнки может потребовать исследователь сделать электрохимических стробирования измерения если электрически связа...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Во время установки Ида важно проверить, что источник и сток являются не замкнуты вместе до электрохимическим шлюзовые измерений, как это изменит яSD против EG кривой и может привести к ошибочным результатам и толкований. Важно также, чтобы выбратьSD V и v таким образом, что текущий линейно зависит от VSD и независимой от v. Если это не так, тогда уравнения описанных выше не могут быть использованы для расчета теплопроводности.

По крайней мере два фон...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

M.D.Y, S.M.G-S. и L.M.T. признать управлением военно-морских исследований (премия #N0001415WX01038 и N0001415WX00195), военно-морской научно-исследовательской лаборатории и военно-морской институт нанонауки лабораторных исследований; M.Y.E.-Н. поддерживается в США Департамент по энергии Грант де-FG02-13ER16415.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
IDAsCH Instruments012125производства ALS-Japan; продается CH Instruments
WireDigikeyW7-ND
Проводящий серебряный эпоксидныйЭлектронная микроскопия науки12670-EE
Изоляционный материал3M2131-BScotchast огнезащитный состав
15 мл коническая центрифужная трубкаVWR89004-368
Игла 21г VWRBD-305165
Наконечники для пипеток 5 млVWR82018-842
Пипетка 5 млVWR89079-976
Компоненты пресноводной средыSigma AldrichВсе стандартные лабораторные химикаты
      Хлорид
      Натрия фосфат моноосновный
      Бикарбонат
Искусственная морская вода Компоненты средыSigma AldrichВсе стандартные лабораторные химикаты
      Хлорид
      Магния хлорид гексагидрат
      Сульфат магния гептагидрат
      Хлорид
      Гидрокарбонат
      Кальция хлорида дигидрат
      Хлорид
      Двухосновной
Ag/AgCl Электрод сравненияBasiMF-2079
Противоэлектрод графитового стержняЭлектронная микроскопия науки70230
Рециркуляционная водяная баняThermo Scientific152-5256
БипотенциостатPine InstrumentsWD-20http://www.voltammetry.net/pine/aftermath/user
МешалкиVWR58947-114
G. sulfurreducens культураATCC51573
Реактор с рубашкойPine InstrumentsRRPG085
аммониянатрия натрия калия натрия аммония электрод фосфата калия

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Boyd, D. A., et al. Biofilms in Bioelectrochemical Systems. , John Wiley & Sons, Inc. 177-210 (2015).
  2. Natan, M. J., Wrighton, M. S. Chemically modified microelectrode arrays. Prog Inorg Chem. 7, 391-494 (1990).
  3. Paul, E. W., Ricco, A. J., Wrighton, M. S. Resistance of polyaniline films as a function of electrochemical potential and the fabrication of polyaniline-based microelectronic devices. J Phys Chem-US. 89, 1441-1447 (1985).
  4. Dalton, E. F., et al. Charge transport in electroactive polymers consisting of fixed molecular redox sites. Chem Phys. 141, 143-157 (1990).
  5. Chidsey, C. E. D., Murray, R. W. Electroactive Polymers and Macromolecular Electronics. Science. 231, 25-31 (1986).
  6. Chidsey, C. E. D., Murray, R. W. Redox capacity and direct current electron conductivity in electroactive materials. J Phys Chem-US. 90, 1479-1484 (1986).
  7. Gregoire, K. P., Glaven, S. M., Hervey, J., Lin, B., Tender, L. M. Enrichment of a High-Current Density Denitrifying Microbial Biocathode. J Electrochem Soc. 161, H3049-H3057 (2014).
  8. Siegert, M., Yates, M. D., Spormann, A. M., Logan, B. E. Methanobacterium dominates biocathodic Archaeal communities in methanogenic microbial electrolysis cells. ACS Sus Chem Eng. 3, 1668-1676 (2015).
  9. Wang, Z., et al. A previously uncharacterized, nonphotosynthetic member of the Chromatiaceae is the primary CO2-fixing constituent in a self-regenerating biocathode. Appl Environ Microbiol. 81, 699-712 (2015).
  10. Marshall, C. W., Ross, D. E., Fichot, E. B., Norman, R. S., May, H. D. Long-term Operation of Microbial Electrosynthesis Systems Improves Acetate Production by Autotrophic Microbiomes. Environ Sci Technol. 47, 6023-6029 (2013).
  11. Strik, D. P. B. T. B., Picot, M., Buisman, C. J. N., Barrière, F. pH and Temperature Determine Performance of Oxygen Reducing Biocathodes. Electroanalysis. 25, 652-655 (2013).
  12. Strycharz, S. M., et al. Reductive dechlorination of 2-chlorophenol by Anaeromyxobacter dehalogenans with an electrode serving as the electron donor. Environ Microbiol Report. 2, 289-294 (2010).
  13. Yates, M. D., et al. Microbial Electrochemical Energy Storage and Recovery in a Combined Electrotrophic and Electrogenic Biofilm. Environ Sci Technol Lett. 4, 374-379 (2017).
  14. Tender, L. M., et al. Harnessing microbially generated power on the seafloor. Nature Biotechnology. 20, 821-825 (2002).
  15. Yates, M. D., Siegert, M., Logan, B. E. Hydrogen evolution catalyzed by viable and non-viable cells on biocathodes. Int J Hydrogen Energ. 39, 16841-16851 (2014).
  16. Fokina, O., Eipper, J., Winandy, L., Kerzenmacher, S., Fischer, R. Improving the performance of a biofuel cell cathode with laccase-containing culture supernatant from Pycnoporus sanguineus. Bioresource Technol. 175, 445-453 (2015).
  17. Yates, M. D., et al. Thermally activated long range electron transport in living biofilms. Phys Chem Chem Phys. 17, 32564-32570 (2015).
  18. Yates, M. D., et al. Measuring conductivity of living Geobacter sulfurreducens biofilms. Nat Nano. 11, 910-913 (2016).
  19. Snider, R. M., Strycharz-Glaven, S. M., Tsoi, S. D., Erickson, J. S., Tender, L. M. Long-range electron transport in Geobacter sulfurreducens biofilms is redox gradient-driven. Proc Natl Acad Sci USA. 109, 15467-15472 (2012).
  20. Strycharz-Glaven, S. M., Snider, R. M., Guiseppi-Elie, A., Tender, L. M. On the electrical conductivity of microbial nanowires and biofilms. Energ Environ Sci. 4, 4366-4379 (2011).
  21. Malvankar, N. S., Tuominen, M. T., Lovley, D. R. 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. Energy Environ. Sci. 5, 6247-6249 (2012).
  22. Malvankar, N. S., et al. Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks. Nat Nanotechnol. 6, 573-579 (2011).
  23. Strycharz-Glaven, S. M., Tender, L. M. 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. Energy Environ. Sci. 5, 6250-6255 (2012).
  24. Strycharz-Glaven, S. M., et al. Electron Transport through Early Exponential-Phase Anode-Grown Geobacter sulfurreducens Biofilms. Chem Electro Chem. 1, 1957-1965 (2014).
  25. Chidsey, C. E., Feldman, B. J., Lundgren, C., Murray, R. W. Micrometer-spaced platinum interdigitated array electrode: fabrication, theory, and initial use. Anal Chem. 58, 601-607 (1986).
  26. Li, C., Lesnik, K. L., Fan, Y., Liu, H. Redox Conductivity of Current-Producing Mixed Species Biofilms. PLOS ONE. 11, e0155247(2016).
  27. Malvankar, N. S., et al. Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks. Nat Nano. 6, 573-579 (2011).
  28. Ing, N. L., Nusca, T. D., Hochbaum, A. I. Geobacter sulfurreducens pili support ohmic electronic conduction in aqueous solution. Phys Chem Chem Phys. 19, 21791-21799 (2017).
  29. Fricke, K., Harnisch, F., Schröder, U. On the use of cyclic voltammetry for the study of anodic electron transfer in microbial fuel cells. Energ Environ Sci. 1, 144-147 (2008).
  30. Marsili, E., Rollefson, J. B., Baron, D. B., Hozalski, R. M., Bond, D. R. Microbial biofilm voltammetry: direct electrochemical characterization of catalytic electrode-attached biofilms. Appl Environ Microbiol. 74, 7329-7337 (2008).
  31. Kankare, J., Kupila, E. -L. In-situ conductance measurement during electropolymerization. J Electroanal Chem. 322, 167-181 (1992).
  32. Byun, H. S., Pirbadian, S., Nakano, A., Shi, L., El-Naggar, M. Y. Kinetic Monte Carlo Simulations and Molecular Conductance Measurements of the Bacterial Decaheme Cytochrome MtrF. Chem Electro Chem. 1, 1932-1939 (2014).
  33. El Kasmi, A., Wallace, J. M., Bowden, E. F., Binet, S. M., Linderman, R. J. Controlling interfacial electron-transfer kinetics of cytochrome c with mixed self-assembled monolayers. J Am Chem Soc. 120, 225-226 (1998).
  34. Bortolotti, C. A., et al. The Reorganization Energy in Cytochrome c is Controlled by the Accessibility of the Heme to the Solvent. J Phys Chem Lett. 2, 1761-1765 (2011).
  35. Gallaway, J. W., Calabrese Barton, S. A. Kinetics of Redox Polymer-Mediated Enzyme Electrodes. J Am Chem Soc. 130, 8527-8536 (2008).
  36. Thackeray, J. W., White, H. S., Wrighton, M. S. 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. J Phys Chem-US. 89, 5133-5140 (1985).
  37. Jugnet, Y., Tourillon, G., Duc, T. M. Evidence of Intrinsic Extended π-Bonding Band and Metalliclike Behavior in Undoped and Doped Electropolymerized Poly (3-methylthiophene) Films. Phys Rev Lett. 56, 1862-1865 (1986).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Geobacter sulfurreducens

Похожие статьи