Yöntem makalesi

Elektron taşıma yaşayan biyofilmler ile karakterize

DOI:

10.3791/54671

⸱

1 Haziran 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

Bu makalede

Özet

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

Fizyolojik olarak ilgili koşullar altında yaşayan mikrobiyal biyofilmler elektriksel iletkenlik ölçüm için bir protokol sunulmuştur.

Özet

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

Burada biz elektrokimyasal perdeleme yöntemini elektrot-yetiştirilen mikrobiyal biyofilmler fizyolojik ilgili koşullar altında elektriksel iletkenlik karakterize etmek için kullanılan göstermektedir. 1 bu ölçümler kaynağı kullanılarak sulu ortamda yaşayan biyofilmler üzerinde gerçekleştirilen ve elektrotlar cam yüzeyi interdigitated elektrot (IDA) dizi olarak adlandırılan özel bir yapılandırma desenli drenaj. Bir biyofilm drenaj ve kaynak bağlama boşluğu arasında uzanan büyüyor. Potansiyeller için elektrotlar (ES ve ED) için geçerli olan bir kaynak tüketen akım (ıSD) aracılığıyla elektrot arasındaki biyofilm oluşturma. Elektriksel iletkenlik kapısı potansiyel üzerinde bağımlılık (kaynak ve drenaj potansiyelleri, EG ortalama = [ED + ES] / 2) sistematik olarak kapıyı potansiyel değiştirme ve elde edilen kaynak tüketen ölçme tarafından belirlenir geçerli. İletkenlik kapıya potansiyel bağımlılık mekanik soruşturma altında belirli biyofilm elektriksel iletkenlik temel hücre dışı elektron taşıma işlemi hakkında bilgi sağlar. Burada açıklanan elektrokimyasal gating ölçüm yöntemiyle alan doğrudan M. S. Wrighton2,3 ve meslektaşları ve R. W. Murray4,5,6 ve meslektaşları tarafından kullanılan tarih ince film iletken polimerler araştırmak için 1980's.

Giriş

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

Hücre dışı elektron taşıma (EET) elektron hücre içi metabolik süreçleri ve çözünmez elektron alıcısı veya doğal mineraller arasında değişen hücre dışında bulunan bağışçılar arasında taşımak bazı mikroorganizmalar sağlayan bir süreçtir elektrotlar. Bazı durumlarda, EET mikroorganizmaların elektrot yüzeylerinde hangi hücreleri elektrot ile doğrudan temas halinde değil hala bu bir metabolik elektron alıcısı veya donör olarak kullanabilir, elektriksel olarak iletken çok hücreli kalın biyofilmler oluşturmak sağlar. Böyle biyofilmler elektrot katalizörler mikrobiyal electrosynthesis, kirletici algılama/kaldırma ve Uzaktan enerji üretimi ve depolama,7,8,9 gibi çeşitli uygulamalar için olarak büyük ilgi ,10,11,12,13,14 mikroorganizmalar ve mikrobiyal biyofilmler karşılaştırıldığında dayanıklılığını tarafından gerçekleştirilen metabolik süreçleri çeşitliliği nedeniyle enzim tabanlı bioelectrodes için. 15 , 16 Ayrıca, EET yolları potansiyel elektrikle denetimi veya sinyal doğal olarak meydana gelen değişiklikler için kullanılması gereken veya genetik olarak söz konusu, örneğin, istediğiniz ürün veya algılama üretiminde mikrobiyal metabolik süreçleri bir hedef analit veya uyarıcı. Onları diğer biyolojik malzemeler dışında setleri, electrocatalytic biyofilmler elektriksel iletkenlik electrocatalytic özellikleri merkezi bir yönüdür henüz küçük elektrot ortamda temel EET işlemi hakkında anlaşılmaktadır, ve bu da bilinen son derece tartışmalı. 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24

Burada açıklanan iletkenlik ile yaşayan, elektrot-yetiştirilen biyofilmler interdigitated elektrot dizilerin (Idas) kullanarak ölçmek için bir 2-elektrot yöntemidir. Idas oluşur her diğer grup dizi elde edilen ters tarafı bağlı öyle ki düz cam yüzeyde desenli paralel dikdörtgen elektrot 2 elektrotlar (kaynak ve drenaj) içinde. Bir Ida dikkatli incelenmesi (örneğin, bkz: Şekil 6.12b ref #1) da bitişik grup ayıran boşluklar olan bu formu olarak böyle bir şekilde ileri geri iki elektrot ayıran dizi örgüleri tek bir boşluk bağlı ortaya koymaktadır. Sonuç bir iletken malzeme oluşmuş, döküm, polimerli veya (burada kabul biyofilmler türü söz konusu olduğunda) dizi üzerinde yetiştirilen çok yüksek kaynak tüketen akımları verimli kaynak ve drenaj elektrotlar ayıran uzun ve dar bir boşluğudur. Buna ek olarak, elektrotlar küçük boyutu küçük arka planda kapasitans şarj nedeniyle ve malzeme miktarını iletkenlik yapmak için gerekli beri geçit potansiyel, değişiklik ile iletken malzeme oksidasyon durumunu değiştirmek için geçerli sonuçlar Idas kullanarak ölçüleri öyle küçük ki. Ida tabanlı tekniği elektrokimyasal çoğunluğuna burada, açıklanan ince film iletken polimerler karakterize etmek için geliştirilen,2,3,4,25 ancak son zamanlarda yaşayan sistemler için uygulanmıştır. 18 başka bir tekniği yaşam biyofilmler iletkenlik ölçmek için kullanılan kaynak ve drenaj elektrotlar ve kapıyı potansiyel ayarlamak için kaynak metre büyüklüğündeki kullanılmıştır. 26 , 27 ancak, bu yöntemler üzerinde endişeler daha önce ayrıntılı. 18

İletişim kuralı aşağıdaki yaşam iletkenlik ölçümler yaparak ile deneyimlerimiz Kapsüller Geobacter sulfurreducens ve biocathode MCL biyofilmler. G. sulfurreducens bir modeli elektrot organizma elektrotlar, tek metabolik elektron alıcısı olarak çözünmez materyalleri kullanmak mümkün azaltmak olduğunu. Ayrıca, birden çok hücre uzunlukları yapım o anodik uzun mesafe ekstraselüler Elektron transferi çalışmaya bir ideal model organizma üzerinde elektron taşıma edebiliyoruz kalın biyofilmler oluşturur. Biz de biocathode MCL, bentik mikrobik yakıt hücresi katot izole bir aerobik, otortorfiktir karışık topluluk biyofilm çalışma ayrıntılarını içerir. Biocathode (üç birincil bileşenlerinin için – Marinobacter, Chromatiaceaea ve Labrenziaadlı) MCL yapma bir elektrot onun tek elektron donör olarak oksitleyici ve birden çok hücre uzunlukları üzerinde elektron taşıma özelliği olan Bu çalışma için ilginç bir katodik sistem. Buna ek olarak, bu yöntemleri kullanarak bugüne kadar canlı bir sistem için bildirilen en yüksek iletkenlik biocathode MCL vardır. Bu iletişim kuralı bu çeşitli electroactive biyofilmler eklenmesi bu teknik herhangi bir yaşam biyofilm elektrikle elektrotlar ile etkileşim mümkün aracılığıyla elektron taşıma ölçmek için uygulanabilir olduğunu vurgulamak içindir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

1. interdigitated elektrot dizi (IDA) hazırlık

  1. Piyasada bulunan Ida nonconductive substrat desenli elektrotlar elde etmek veya onları sentez standart tekniğinde yöntemleri kullanarak. 28
    Not: IDA boyutları ve/veya malzemeleri farklı deneyler için istenen koşullara göre değiştirilebilir. Idas kullanılan burada ticari olarak elde edilen ve iki interdigitated altın microelectrodes büyük elektrot pedleri dizinin ters ucunda bağlı bir cam alt katman üzerinde desenli ibaretti. Elektrotlar büyük kişi yastıkları bağlama otobüs hatları ince yalıtım malzeme ile kaplı iken elektrotlar maruz kalır. Idas kullanılan burada iki oluşmaktadır setleri 10 µm çapında ve 2 mm kadar altın elektrot grup (kaynak ve drenaj) aralıklı 5 mikron ayrı bir düz cam yüzeye desenli. Idas kullanılan burada 65 elektrot çiftleri (130 Toplam interdigitated bantları) vardı. Alternatif bantları elektrot pedleri dizinin ters ucunda bağlı.
  2. Tel ve Ida izole
    1. Bir tel iletken gümüş epoksi kullanarak her büyük elektrot pad iliştirin.
      1. Karıştırıcı çubuk veya pipet ucu ile kullanılan belirli epoksi için (talimatlar üreticisi tarafından değişiklik) üreticinin yönergelerine uygun iletken epoksi hazırlayın.
      2. Bir tel altın her pad, laboratuvar bant kullanarak yerde güvenli yerleştirin. Tel ve yastık karıştırıcı çubuk veya pipet ucu kullanarak gümüş epoksi ile kapağı.
      3. Dikkatle tedavi için 1 h 80 ° C fırında taşımanız veya üreticisinin önerileri için kullanılan belirli iletken gümüş epoksi tedavi temel.
      4. Epoksi tedaviler sonra telin ucunda ve yastıkları arasında elektrik bağlantısını sağlamak için bir multimetre kullanın. Tel ve paneli arasında direnç < 5 Ω olmalıdır. Ayrıca, multimetre bu dizi kısa gibi hiçbir iletken epoksi birden fazla elektrot pedleri, bağlandığını doğrulamak için kullanın. İletken epoksi birden çok müşteri adayları bağlanırsa, müşteri adaylarını belirlemek için bir katip kullanın.
    2. Epoxied bağlantı bağlantı bir termal, elektrik ve su geçirmez malzeme yalıtım ile kaplama tarafından izole. Ateşe dayanıklı poliüretan reçine kez uygundur.
      1. 15 mL konik santrifüj tüpü (, yaklaşık 2.5 mL işareti) ucu yalıtım malzeme için bir kalıp olarak kaldırın. İki küçük delik içinde belgili tanımlık dip 21 g iğne kullanarak aracılığıyla çıkıntı teller için yapmak.
      2. Ida kalıp ve kalıp dibindeki deliklerden teller takın.
      3. Özel yalıtım malzemesi hazır olun. Elde edilen özel reçine ile sağlanan yönergeleri izleyin.
      4. Böylece gümüş epoksi tamamen yalıtkan kalıp içine pipette (~2.5 mL) kaplı ve üreticisinin teknik özelliklerine kurumasını sağlar.

2. elektrokimyasal reaktör kurulum, test etme ve aşılama

  1. Elektrokimyasal hücre kadar ayarla.
    1. Ida, sayaç elektrot ve referans elektrot elektrokimyasal hücre yerleştirin.
      Not: tüm elektrotlar sığacak sürece kullanılan elektrokimyasal reaktör yaygın olarak değişebilir. Referans elektrot çalışma elektrot olabildiğince yakın olarak reaktör pratik sınırlarını verilmelidir bir noktadır. Burada, çalışma elektrotlar referans elektrot ~ 2-3 cm ile bir tek odası reaktör kullanırız. Ayrıca, sayaç elektrot içinde belgili tanımlık sistem sınırlama değil emin olmak için çalışma elektrot daha büyük olmalıdır.
    2. Eğer saf bir kültürü ile çalışma, reaktör içinde sayaç elektrot ile sterilize. 10 dakika ve 10 dakika süreyle steril deiyonize su içinde 5 için çamaşır suyu daldırma BESİNDE sterilize etmek için çamaşır suyu içinde ıslatarak referans elektrot sterilize 10 için steril deiyonize su tarafından takip s s önce reaktörün içine ekleme.
    3. Elektrokimyasal hücre steril orta biyofilm büyüme için uygun ile doldurun. G. sulfurreducens17,18için temiz su orta fumarat hariç olmak üzere kullanın. MCL biocathode için9 yapay deniz suyu orta kullanın. 9
    4. Elektrotlar bir bipotentiostat bağlayın. Bir Ida elektrot çalışma kurşun 1, çalışma kurşun 2 diğer Ida elektrot, referans müşteri adayıyla referans elektrot ve sayaç elektrot sayaç adayına bağlayın.
  2. Elektrokimyasal Idas test.
    Not: Bu testin ana amacı iki elektrot elektriksel olarak yalıtılmış olduğundan emin hale getirmektir. Tüm elektrokimyasal teknikler bipotentiostat denetlemek için kullanılan yazılım mevcuttur.
    1. Ida düzgün bir bipotentiostat kullanarak emin olmak için kontrol iletkenlik testleri (önce biyofilm büyüme) gerçekleştirin.
      1. Elektroda 1 dk. için açık devre olasılığını ölçüsü.
        Not: bazı aletleri üzerinde açık devre potansiyel galvanostatic koleksiyon programı kullanarak ve mevcut 0 olarak ayarlayarak elde etmeliyim anne.
      2. Açık devre olasılığını ölçüsü 20 mV/s elektrot 1 0,2 V +0.6 V için arasında (SHE) vs üzerinde döngüsel voltammetry getirirken elektrot 2.
        Not: Arzu edilirse diğer sınırları ve tarama oranları CV için kullanılabilir. Ancak, hidrojen veya oksijen üretiminde sonuçlanacaktır potansiyelleri kaçının.
      3. Açık devre potansiyel elektrot 2 ölçülen elektrot 1 potansiyelini potansiyostat yazılımını kullanarak CV sırasında ayna değil doğrulayın.
        Not: Elektrot 2 açık devre potansiyelini değişebilir ama elektrot 1 potansiyelini bağımsız olmalıdır.
      4. 2.2.1.1 2.2.1.3 aracılığıyla denetim dışında elektrot 2 ve elektrot 1 açık devre olasılığını ölçüsü potansiyelini tamamlayana.
    2. Çalışma elektrot potansiyeli bipotentiostat yazılımını kullanarak ilgili electroactive biyofilm istenilen büyüme potansiyelini ayarlayın. Örneğin, 0,5 V (SHE) vs Geobacter sulfurreducens veya +0.31 V biocathode MCL için (o) vs için kullanın.
  3. İlgili electroactive biyofilm büyümek
    1. Bir hisse senedi kültür/zenginleştirme standart aseptik mikrobiyolojik yöntemlerle istenilen mamüllerinin etkin mikroorganizmaların gelen elektrokimyasal reaktör aşılamak. 1: 20'si standart testler için aşılamak oranı (inoculum reaktör birim için) bir OD600 = 0.5 kültür.
    2. Karıştırma istenen seviyeye (~ 200 devir/dakika) ve kuluçka makinesi reaktöre set / su banyosu istenilen sıcaklığa faiz biyofilm büyüme koşula dayanarak. G. sulfurreducensiçin 30 ° C en uygun büyüme için kullanın.
    3. Biyofilm köprü iki elektrot ayıran boşluğu kadar ilgi microorganism(s) belirli gereksinimleri temel alarak sistem kuluçkaya. Sabit G. sulfurreducens biyofilm, ~ 7-10 gün kuluçkaya. MCL biocathode için ~ 7 gün kuluçkaya. Her durumda da sıcaklığı 30 ° C'de kontrol

3. elektrokimyasal gating deneyler

  1. Perdeleme ölçümler için mevcut potansiyel bağımlılığı belirlemek için kullanılan deneysel parametreleri seçin.
    1. Ida kapısı potansiyel (EG) eğrisi sistemi için karşı yürütülen akım (ıSD) elde etmek için uygulanan kapısı potansiyelleri aralığını belirlemek.
      Not: Muayene kapısı potansiyelleri aralığını tüm potansiyelleri mümkün redoks aktivitesiyle kapsamalıdır. Faiz sistemi hakkında hiçbir bilgi varsa, geniş potansiyel bir Aralık +0.6 V o vs. için kullanılan (-0.55) olmalıdır. Bir deneme yanılma yaklaşım altında eğitim sistemine göre aralığı ince ayar yapmak için kullanılabilir. Kapı potansiyel olarak tanımlanır:
      figure-protocol-1
      Burada ED drenaj elektrot potansiyeli ve ES Kaynak elektrot potansiyelidir. Kapı potansiyelleri kullanılan çeşitli ilgi belirli sisteminin sınırlamaları ve gereksinimleri tarafından sınırlanır. 18
      Not: Bu işlemler biyofilm zarar verebilir gibi oksijen ve hidrojen evrime neden olur kaynak ve drenaj potansiyelleri kaçınılmalıdır.
    2. İtici güç kaynak film drenaj ile elektron taşıma için kullanılacak olan kaynak tüketen voltaj (VSD) belirlemek. Kaynak tüketen gerilim olarak tanımlanır:
      figure-protocol-2
      Not: BenSD VSDile doğrusal olarak ölçeklendirir böylece kaynak tüketen gerilim yeterince küçük olmalıdır. 17
    3. Hangi EG doğrusal olarak benSD bağımsızdır, böylece sistem kararlı duruma her gate potansiyel için olmak yaklaşık zamanla değişti bir tarama hızı (v) seçin.
      Not: Tarama hızı az 0.002 V/s kez biyolojik sistemleri için kullanılır. 29 , 30
    4. Perdeleme ölçümleri gerçekleştirmek için bipotentiostat yazılımı kurar (Yani kapıyı potansiyel süpürme) seçili aralığında seçili kaynak tüketen gerilim ve yukarıdaki önemli noktalara göre istenen tarama hızı.
      Not: G. sulfurreducens,17,19 EG kullanarak önceki gating ölçüleri için 0,6 V (o), vs için-0.55 V = VSD = 0,01 V veya 0,1 V, v = 0,001 V/s. Biocathode MCL, EG için 0.7 V (o), vs için 0,25 V = VSD = 0,002 V, v = 0,0002 V/s.
      1. Ayrıca, bir temel ölçüm VSD ile gerçekleştirmek 0.000 V (yani, aynı anda alınan her bireysel elektrot, CV) = adım 3.1.3 seçilen aynı v.
    5. Perdeleme ölçümleri (olmadan çözünür elektron donör veya alıcısı) ciro koşul ve koşullar altında her iki ciro (çözünür elektron donör veya alıcısı mevcut ile) 3.1.4 kullanarak gerçekleştirin.
      Not: ölçüler oksidasyon veya azaltma için hücre metabolizması, çözünen bileşikler tarafından gizlenmiş değil çünkü benzer sonuçlar ne olursa olsun durumu sonra kullanıldığı alınmalıdır ciro koşulları avantajlı olmakla birlikte arka plan akımları (3.1.8 içinde ayrıntılı) çıkarılarak.
      1. Ciro koşullar aynı reaktör orta kullanılan elektrot bakteriyel büyüme için kullanarak elde. Bu orta asetat, G. sulfurreducens,17 veya alıcısı, Biocathode MCL için oksijen gibi için gibi bir çözünür elektron verici içerir.
      2. Cirosu olmayan koşullar çözünür elektron donör veya alıcısı dışında elektrot, bakteriyel büyüme için kullanılan aynı reaktör orta yaparak elde etmek. Potansiyostat kapalıdır olduktan sonra orta aseptik kaldırın ve anodik sistemleri için elektron verici veya katodik sistemler alıcısı olmadan taze ortamda ekleyin. Alternatif olarak, yavaş yavaş nonturnover koşulları için istenen orta orta yerine sürekli akış sistemi ayarlanabilir.
        Not: sistem ~ % 15 CO2

    7. figure-protocol-3
      figure-protocol-4





    4. figure-protocol-5
      figure-protocol-6

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Idas kablolu, yalıtımlı ve iki elektrot birbirinden (Şekil 1) elektriksel olarak yalıtılmış emin olmak için test edilmiştir. Reaktörler, G. sulfurreducensile aşılanmış, monte ve bir biyofilm elektrot arasındaki boşluğu köprü kadar inkübe. G. sulfurreducens biyofilm dizi kapsayan için görsel olarak görülebilir. Diğer biyofilmler iki elektrot elektrikle bağlı olmadığını görmek için bir elektrokimyasal gating ölçümleri yapmak araştırmacı gerekt...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Ida kurulumu sırasında bu değiştirmek benSD EG eğrisi ve hatalı sonuçlar ve yorumlara neden olabilir gibi kaynak ve drenaj birlikte elektrokimyasal gating ölçümleri önce kısa devre değil olduğunu test etmek için önemlidir. Öyle ki doğrusal olarak VSD bağımlı ve bağımsız olarak v geçerli VSD ve v seçmek için önemlidir. Yoksa, yukarıda açıklanan denklemler iletkenlik hesaplamak için kullanılan olamaz.

En az iki arka plan akımları olarak kabul ve yürütü...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

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

M.D.Y, S.M.G-s ve L.M.T. Office deniz araştırma (Ödülü #N0001415WX01038 ve N0001415WX00195), deniz araştırma laboratuvarı ve deniz araştırma laboratuvarı Nanobilimler Enstitüsü kabul; M.Y.E.-N. ABD bölümü, enerji Grant DE-FG02-13ER16415 tarafından desteklenir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
IDA'larCH Instruments012125ALS-Japonya tarafından üretilmiştir; CH Instruments tarafından satılmaktadır
TelDigikeyW7-ND
İletken gümüş epoksiElektron mikroskobu bilimleri12670-EE
Yalıtım malzemesi3M2131-BScotchast alev geciktirici bileşik
15 mL konik santrifüj tüpüVWR89004-368
21g iğneVWRBD-305165
5 mL pipet uçlarıVWR82018-842
5 mL pipetleyiciVWR89079-976
Tatlı su ortamı bileşenleriSigma AldrichTüm standart laboratuvar kimyasalları
      Amonyum klorür
&     Sodyum fosfat monobazik
      Sodyum bikarbonat
Yapay deniz suyu ortamı bileşenleriSigma AldrichTüm standart laboratuvar kimyasalları
      Sodyum klorür
ve nbsp;     Magnezyum klorür hekzahidrat
      Magnezyum sülfat heptahidrat
      Potasyum klorür
      Sodyum bikarbonat
ve nbsp;     Kalsiyum klorür dihidrat
      Amonyum klorür
&     Potasyum fosfat dibazik
Ag / AgCl referans elektroduBasiMF-2079
Grafit çubuk sayaç elektroduElektron mikroskobu bilimleri70230
Devridaim su banyosuThermo Scientific152-5256
BipotentiostatÇam AletleriWD-20http://www.voltammetry.net/pine/aftermath/user
Karıştırma çubuklarıVWR58947-114
G. sulfurreducens kültürATCC51573
Ceketli reaktörÇam AletleriRRPG085

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Elektrokimyasal Kap lamaParmak Ge meli Elektrot DizisiH cre D Elektron Ta n mMikrobiyal BiyofilmlerBipotansiyostatGeobacter sulfurreducensletken Polimer FilmlerKaynak Oluk Ak mKap PotansiyeliS cakl k D ng leme

İlgili makaleler