Name: Büyüme, Bakım ve Temel Karakterizasyonu: Atık Su Elektroaktif mikrobiyel filmlerin Türetilmiş (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 58 s
Description: Öğrenin atık sudan anodik elektroaktif mikrobiyel biyofilmlerin yetiştirilmesi ve biyoelectrokatalitik özelliklerinin siklik voltametri ile karakterizasyonu. Bu yöntem mikrobiyal elektron transferi termodinamiğini anlamak için temel bilgiler sağlar.

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

F.H., BMBF ("Yeni nesil biyoteknolojik süreçler - Biyoteknoloji 2020+" Araştırma Ödülü) ve Helmholtz Derneği (Genç Araştırmacılar Grubu) tarafından desteklendiğini kabul eder.

Biyoelektrokimyasal beslemeli kesikli reaktördeki seçim prosedürü, substrat seçimi ve anoksik koşullar nedeniyle çok spesifik olduğundan, gösterilen örnek için steril koşullarda çalışmak gerekli değildir.
1. Büyüme Ortamının Hazırlanması
<ol>
	<li>Kim ve arkadaşlarına göre bir fosfat tamponu kullanarak uygun miktarda büyüme ortamı hazırlayın.13 (bakınız Tablo 1). Burada, sodyum asetat (10 mM) substrat olarak görev yapmaktadır. Bu makalede kullanılan büyüme ortamı sadece bir örnektir ve deneysel amaca bağlı olarak bileşenlerinde değişiklik gösterebilir.</li>
	<li>İnokulum olarak 20 ml büyüme ortamı başına 1 ml birincil atık su ekleyin. Atık su numunesi, mekanik filtrasyondan sonra bir belediye atık su arıtma tesisinden alınır (bkz. örneğin Şekil 2) ve 4 °C'de kapalı bir kapta kullanıma kadar üç aya kadar saklanabilir. 
	(Not: Deneyin amacına bağlı olarak, tam ilk hücre sayısı önemli olabilir ve daha sonra belirlenmelidir. Gösterilen örnekte, biyofilm kararlı durum koşullarına ulaştığı için başlangıçtaki hücre sayısı önemli değildir.)</li>
	<li>Aşı da dahil olmak üzere ortamı, ortamın havasını almak için en az 30 dakika nitrojen ile yıkayın, ortama bir iğne sokarak ve nitrojen akışını açın. Akış, ortamın tam bir karışımını gözlemleyebileceğiniz kadar güçlü olmalıdır. 
	(Not: Ortamın hacmine bağlı olarak, hava alma süresinin uzatılması bile düşünülmelidir. Hava alma kurulumu sırasında, beslemeli kesikli reaktör (adım 2.1-2.2))</li>
</ol>
2. Beslemeli Kesikli Reaktörün Kurulumu
<ol>
	<li>Uygun bir reaktör kabı alın - burada modifiye edilmiş 4 boyunlu 250 ml'lik yuvarlak tabanlı bir şişe kullanılır. 
	(Not: Genel olarak, geminin en az dört girişi olmalıdır. Bunlar üç elektrot ve numune alma/medya değişimi için gereklidir. Numune alma veya ortam değişikliği nedeniyle reaktör düzenli olarak açıldığında üretilen gaz hacimleri ihmal edilebilir, alternatif olarak bir kabarcık sayacı takılmalıdır. İstenmeyen fototropik büyümeyi önlemek için, reaktörler doğrudan ışığa maruz kalmaktan korunmalıdır.)</li>
	<li>Üç elektrotlu kurulum için (ayrıntılar için bkz. Şekil 3 ve bölüm 3) referans elektrodu (RE) (burada Ag/AgCl, doy. KCl, 0.197 V'ye karşı SHE), çalışma elektrodunu (WE) ve karşı elektrodu (CE) silikon tapalar aracılığıyla ayrı girişlerden şişeye yerleştirin – hava geçirmez şekilde kapatın. 
	(Not: WE ve CE grafit çubuklar kullanıldığından. Elektrotların teli silikon tapadan çekilir ve harici olarak sabitlenir. Referans elektrodu, delinmiş bir delikten silikon tapadan geçirilir. Kısa devreleri önlemek için, karıştırma veya ortam devridaim sırasında bile elektrotların fiziksel teması olmadığından emin olun. Elektrotları tamamen orta çözelti ile kaplanacak şekilde yerleştirin. Sızdırmazlık için, her girişin silikon tapasını Parafilm ile sarın.)</li>
	<li>Nitrojenle yıkarken aşı dahil büyüme ortamını (burada 250 ml) numune alma portundan reaktöre dökün.</li>
	<li>Son girişi silikon bir tapa ile kapatın ve hava geçirmez şekilde kapatın. Not: Eser miktarda oksijen, karışık türlerin biyofilmlerine zarar vermez. Düşük oksijen seviyelerine dayanabilir ve hatta tüketebilirler, bu da CE'yi azaltabilir.</li>
</ol>
3. Kronoamperometrik Biyofilm Büyümesi
<ol>
	<li>Elektrotları potansiyostatın ilgili kablolarına bağlayın. Kabı sıcaklık kontrollü bir odaya yerleştirin, burada 35 °Ckullanılır 31, sabit çevre koşullarını sağlamak için.</li>
	<li>Potansiyostatı kontrol etmek için yazılımı açın ve tekniği seçin: Kronoamperometri. Örneğin parametreleri aşağıdaki gibi ayarlayın: 500 saatlik (≈ 20 gün) bir t süresi için 0,2 V'luk (Ag/AgCl'ye karşı) sabit bir potansiyel EWE. Akım, her dakika dti zaman adımlarıyla kaydedilir. 
	Not: Uygulanan potansiyelin seçimi, çalışılan sisteme/mikroorganizmaya bağlıdır. Genel olarak, anot süreçleri pozitif potansiyelde ve katot süreçleri negatif potansiyellerde incelenir. Elektron vericisinin/alıcısının standart potansiyellerinden ve beklenen mikrobiyal elektron transfer bölgesinin resmi potansiyelinden de uygun bir potansiyel çıkarılabilir, burada bir başlangıç noktası olarak lütfen son literatüre bakın.</li>
	<li>Kronoamperometriyi başlatın. Zaman içinde ölçülen akımın bir grafiği yazılım tarafından çizilir, gözlemlenen maksimum akım (imaks), bölüm 4 ve 5'te tartışıldığı gibi önemli bir çevrimiçi parametredir. </li>
</ol>
4. Biyofilm Bakımı
<ol>
	<li>Çevresel koşullara, örneğin sıcaklığa bağlı olarak, oksidatif bir akım akmaya başlar ve bir platoya ulaşır (bkz. Şekil 4). Tekrar sıfır akıma ulaştıktan sonra, kronoamperometrik ölçümü duraklatın ve ortam çözeltisini doldurun. Daha hızlı bir biyofilm büyümesi için, maksimum akımın platosuna ulaşıldıktan hemen sonra ortamı değiştirin. Numune alma portunu açın ve ince biyofilmi tahrip etmeden dikkatlice ortamı boşaltın. Ortamı yeniden doldururken tekrar nitrojen ile yıkayın. Örnekleme portunu kapatın ve hava geçirmez şekilde kapatın.</li>
	<li>Maksimum oksidatif akım sabit bir duruma ulaşana kadar adım 4.1'deki prosedürü tekrarlayın (bkz. Şekil 4). 
	(Not: Sabit bir imax'ın kararlı bir kararlı durum biyofilm oluşumunu gösterdiğine inanılmaktadır.)</li>
	<li>Substrat analizi için taze ve değiştirilmiş ortam çözeltilerinden 1 ml numune alın, örneğin HPLC ile. İlk substrat (asetat) konsantrasyonu (c 0) ve kalan substrat çözeltisinin konsantrasyonu (c1) daha sonra verimlilik hesaplamaları için gereklidir (bkz. Veri analizi bölümü). 
	Not: Örneğin daha fazla alt tabaka tüketimi nedeniyle değiştirilmemiş sonuçlar elde etmek için alt tabaka örneklerini hemen analiz edin. Bu mümkün değilse, numuneleri bir aydan fazla olmamak üzere en az -18 °C'de bir dondurucuda saklayın.)</li>
</ol>
5. EET Çalışmak için Döngüsel Voltametrinin Uygulanması
<ol>
	<li>Belirtildiği gibi akım akışının maksimum ve minimumunda döngüsel voltametri gerçekleştirin (Şekil 4). İlgilenilen soruya bağlı olarak, CV genellikle karşılaştırılabilir sonuçlar elde etmek için sistem kararlı duruma ulaştığında gerçekleştirilir. (Not: Akımın üretilmesi devir koşulları olarak adlandırılır ve substratın mikrobiyal oksidasyonu ve müteakip elektron transferi ile ilgilidir: mikrobiyal biyoelektrokataliz; oysa devirsiz CV'ler CA'da (neredeyse) sıfır akım akışında gerçekleştirilir.)</li>
	<li>Potansiyostat kontrol yazılımında şu tekniği seçin: Döngüsel voltametri ve uygun parametreleri ayarlayın, örneğin: EWE'nin E i'ye -0,5 V'luk bir başlangıç potansiyeli vs. 1 mV/sn'lik bir tarama hızı v=dE/d t ile 0,3 V'luk bir köşe potansiyeli E1'e karşı RE'ye ve başlangıç potansiyeline geri dönüş E2 = Ei -0,5 V. 
Not: Döngüsel voltametri kullanılırken, WE'de uygulanan voltaj, potansiyostat tarafından zamanla doğrusal olarak değiştirilir (bkz. Şekil 5)- Kutu 2, deney parametrelerinin seçilmesi ve sorun giderme için temel kurallar sağlar).</li>
	<li>Döngüsel voltametriyi başlatın ve tekrarlanabilir bir CV gerçekleştirmek için gerektiği kadar döngü kaydedin. Genellikle en az 3 döngüye ihtiyaç vardır. Ortaya çıkan grafiğe döngüsel voltammogram denir (ayrıca bkz. Şekil 7). Not: Ölçüm koşullarına bağlı olarak, bir sonraki bölümde gösterildiği gibi farklı bilgiler elde edilebilir.</li>
</ol>
6. Veri Çizimi
Burada sadece verilerin çizimi ele alınmaktadır. Bir sonraki bölümde daha ayrıntılı bir inceleme takip edilmektedir. 
<ol>
	<li>Uygun veri analiz yazılımını kullanın, burada tüm veriler metin olarak dışa aktarılır ve ASCII dosyası olarak içe aktarılır.</li>
	<li>Mutlak akımları (i) değil, tercihli olarak akım yoğunluklarını (j) hesaplayın ve kullanın. 
	(Not: Ancak, j'yi hesaplamak için farklı protokoller mevcut olduğundan, hangisinin kullanıldığını açıkça belirtin. Burada geometrik başına akım yoğunluğu, yani Öngörülen, elektrotun yüzey alanı kullanılır.)</li>
	<li>Kronoamperometri: Ölçülen akım yoğunluğunu zamanın fonksiyonu olarak çizin.</li>
	<li>Döngüsel voltametri: Ölçülen akım yoğunluğunu WE E we'nin potansiyelinin fonksiyonu olarak çizin.</li>
</ol>

<ol><li>Rabaey, K., Angenent, L., Schröder, U., Keller, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRabaey%2C+K+%22Integrated+Environmental+Technology+Series%22">Integrated Environmental Technology Series</a>. Lens, P. , IWA Publishing. London, New York. (2010).</li>
<li>Logan, B. E., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+of+wastes+into+bioelectricity+and+chemicals+using+microbial+electrochemical+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Conversion of wastes into bioelectricity and chemicals using microbial electrochemical technologies.</a> Science. 337, 686-690 (2012).</li>
<li>Rabaey, K., Rozendal, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+electrosynthesis+-+revisiting+the+electrical+route+for+microbial+production%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Microbial electrosynthesis - revisiting the electrical route for microbial production.</a> Nat. Rev. Microbiol. 8, 706-716 (2010).</li>
<li>Harnisch, F., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Diversity+of+Techniques+to+Study+Electrochemically+Active+Biofilms+Highlights+the+Need+for+Standardization%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">The Diversity of Techniques to Study Electrochemically Active Biofilms Highlights the Need for Standardization.</a> ChemSusChem. 5, 1027-1038 (2012).</li>
<li>Logan, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+Fuel+Cells%3A+Methodology+and+Technology%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Microbial Fuel Cells: Methodology and Technology.</a> Environ. Sci. Technol. 40, 5181-5192 (2006).</li>
<li>Harnisch, F., Schröder, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+MFC+to+MXC%3A+chemical+and+biological+cathodes+and+their+potential+for+microbial+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">From MFC to MXC: chemical and biological cathodes and their potential for microbial bioelectrochemical systems.</a> Chem. Soc. Rev. 39, 4433-4448 (2010).</li>
<li>TerAvest, M. A., Li, Z., Angenent, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacteria-based+biocomputing+with+Cellular+Computing+Circuits+to+sense%2C+decide%2C+signal%2C+and+act%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ+Sci%22%5BJournal%5D)">Bacteria-based biocomputing with Cellular Computing Circuits to sense, decide, signal, and act.</a> Energy Environ Sci. 4, 4907-4916 (2011).</li>
<li>Lovley, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bug+juice%3A+harvesting+electricity+with+microorganisms%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Bug juice: harvesting electricity with microorganisms.</a> Nat. Rev. Microbiol. 4, 12 (2006).</li>
<li>Lovley, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reach+out+and+touch+someone%3A+potential+impact+of+DIET+%28direct+interspecies+energy+transfer%29+on+anaerobic+biogeochemistry%2C+bioremediation%2C+and+bioenergy%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Environ.+Sci.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Reach out and touch someone: potential impact of DIET (direct interspecies energy transfer) on anaerobic biogeochemistry, bioremediation, and bioenergy.</a> Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 10, 101-105 (2011).</li>
<li>Rosenbaum, M., Aulenta, F., Villano, M., Angenent, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cathodes+as+electron+donors+for+microbial+metabolism%3A+Which+extracellular+electron+transfer+mechanisms+are+involved%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technol%22%5BJournal%5D)">Cathodes as electron donors for microbial metabolism: Which extracellular electron transfer mechanisms are involved.</a> Bioresource Technol. 102, 324-333 (2011).</li>
<li>Schröder, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anodic+electron+transfer+mechanisms+in+microbial+fuel+cells+and+their+energy+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Anodic electron transfer mechanisms in microbial fuel cells and their energy efficiency.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 2619-2629 (2007).</li>
<li>Harnisch, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Revealing+the+electrochemically+driven+selection+in+natural+community+derived+microbial+biofilms+using+flow-cytometry%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Revealing the electrochemically driven selection in natural community derived microbial biofilms using flow-cytometry.</a> Energy Environ. Sci. 4, 1265 (2011).</li>
<li>Kim, J. R., Min, B., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+procedures+to+acclimate+a+microbial+fuel+cell+for+electricity+production%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Microbiol.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Evaluation of procedures to acclimate a microbial fuel cell for electricity production.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 68, 23-30 (2005).</li>
<li>Liu, Y., Harnisch, F., Fricke, K., Sietmann, R., Schröder, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+the+anodic+bioelectrocatalytic+activity+of+mixed+culture+biofilms+by+a+simple+consecutive+electrochemical+selection+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Improvement of the anodic bioelectrocatalytic activity of mixed culture biofilms by a simple consecutive electrochemical selection procedure.</a> Biosens. Bioelectron. 24, 1006-1011 (2008).</li>
<li>Torres, C. sI., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selecting+Anode-Respiring+Bacteria+Based+on+Anode+Potential+Phylogenetic%2C+Electrochemical%2C+and+Microscopic+Characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Selecting Anode-Respiring Bacteria Based on Anode Potential Phylogenetic, Electrochemical, and Microscopic Characterization.</a> Environ. Sci. Technol. 43, 9519-9524 (2009).</li>
<li>Virdis, B., Harnisch, F., Batstone, D. J., Rabaey, K., Donose, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+characterization+of+electrochemically+active+microbial+biofilms+using+confocal+Raman+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Non-invasive characterization of electrochemically active microbial biofilms using confocal Raman microscopy.</a> Energy Environ. Sci. 5, 7017-7024 (2012).</li>
<li>Scholz, F., Bond, A. M. Electroanalytical Methods: Guide to experiments and applications. 2, edn,(2010).</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>Harnisch, F., Freguia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Basic+Tutorial+on+Cyclic+Voltammetry+for+the+Investigation+of+Electroactive+Microbial+Biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry%22%5BJournal%5D)">A Basic Tutorial on Cyclic Voltammetry for the Investigation of Electroactive Microbial Biofilms.</a> Chemistry. 7, 466-475 (2012).</li>
<li>Marsili, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shewanella+secretes+flavins+that+mediate+extracellular+electron+transfer%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Shewanella secretes flavins that mediate extracellular electron transfer.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 3968-3973 (2008).</li>
<li>Bard, A. J., Inzelt, G., Scholz, F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBard%2C+AJ+%22Electrochemical+Dictionary%22">Electrochemical Dictionary</a>. , Springer. (2008).</li>
<li>Kim, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+activity+of+an+Fe%28III%29-reducing+bacterium%2C+Shewanella+putrefaciens+IR-1%2C+in+the+presence+of+alternative+electron+acceptors%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Tech%22%5BJournal%5D)">Electrochemical activity of an Fe(III)-reducing bacterium, Shewanella putrefaciens IR-1, in the presence of alternative electron acceptors.</a> Biotechnol. Tech. 13, 475-478 (1999).</li>
<li>Fricke, K., Harnisch, F., Schröder, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+use+of+cyclic+voltammetry+for+the+study+of+anodic+electron+transfer+in+microbial+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">On the use of cyclic voltammetry for the study of anodic electron transfer in microbial fuel cells.</a> Energy Environ. Sci. 1, 144 (2008).</li>
<li>Marsili, E., Sun, J., Bond, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voltammetry+and+Growth+Physiology+of+Geobacter+sulfurreducens+Biofilms+as+a+Function+of+Growth+Stage+and+Imposed+Electrode+Potential%5BTitle%5D)+AND+%22Electroanalysis%22%5BJournal%5D)">Voltammetry and Growth Physiology of Geobacter sulfurreducens Biofilms as a Function of Growth Stage and Imposed Electrode Potential.</a> Electroanalysis. 22, 865-874 (2010).</li>
<li>Busalmen, J. P., Esteve-Núñez, A., Berná, A., Feliu, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((C-Type+Cytochromes+Wire+Electricity-Producing+Bacteria+to+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem%22%5BJournal%5D)">C-Type Cytochromes Wire Electricity-Producing Bacteria to Electrodes.</a> Angew. Chem. 120, 4952-4955 (2008).</li>
<li>Millo, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Situ+Spectroelectrochemical+Investigation+of+Electrocatalytic+Microbial+Biofilms+by+Surface-Enhanced+Resonance+Raman+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Edn.+Engl%22%5BJournal%5D)">In Situ Spectroelectrochemical Investigation of Electrocatalytic Microbial Biofilms by Surface-Enhanced Resonance Raman Spectroscopy.</a> Angew. Chem. Int. Edn. Engl. 50, 2625-2627 (2011).</li>
<li>Hamelers, H. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+applications+and+performance+of+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiol.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">New applications and performance of bioelectrochemical systems.</a> Applied Microbiol. Biotechnol. 85, 1673-1685 (2010).</li>
<li>Richter, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+voltammetry+of+biofilms+of+wild+type+and+mutant+Geobacter+sulfurreducens+on+fuel+cell+anodes+indicates+possible+roles+of+OmcB%2C+OmcZ%2C+type+IV+pili%2C+and+protons+in+extracellular+electron+transfer.%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci.%22%5BJournal%5D)">Cyclic voltammetry of biofilms of wild type and mutant Geobacter sulfurreducens on fuel cell anodes indicates possible roles of OmcB, OmcZ, type IV pili, and protons in extracellular electron transfer.</a> Energy Environ. Sci.. 2, 506 (2009).</li>
<li>Torres, C. I., Kato Marcus, A., Rittmann, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+transport+inside+the+biofilm+limits+electrical+current+generation+by+anode-respiring+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Proton transport inside the biofilm limits electrical current generation by anode-respiring bacteria.</a> Biotechnol. Bioeng. 100, 872-881 (2008).</li>
<li>Torres, C. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+kinetic+perspective+on+extracellular+electron+transfer+by+anode-respiring+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol.+Rev%22%5BJournal%5D)">A kinetic perspective on extracellular electron transfer by anode-respiring bacteria.</a> FEMS Microbiol. Rev. 34, 3-17 (2010).</li>
<li>Patil, S. A., Harnisch, F., Kapadnis, B., Schröder, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroactive+mixed+culture+biofilms+in+microbial+bioelectrochemical+systems%3A+The+role+of+temperature+for+biofilm+formation+and+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Electroactive mixed culture biofilms in microbial bioelectrochemical systems: The role of temperature for biofilm formation and performance.</a> Biosens. Bioelectron. 26, 803-808 (2010).</li>
<li>Kim, J. R., Min, B., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+procedures+to+acclimate+a+microbial+fuel+cell+for+electricity+production%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Microbiol.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Evaluation of procedures to acclimate a microbial fuel cell for electricity production.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 68, 23-30 (2005).</li>
<li>Balch, W. E., Fox, G. E., Magrum, L. J., Woese, C. R., Wolfe, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methanogens%3A+Reevaluation+of+a+unique+biological+group%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiol.+Rev%22%5BJournal%5D)">Methanogens: Reevaluation of a unique biological group.</a> Microbiol. Rev. 43, 260-296 (1979).</li>
<li>He, Z., Mansfeld, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+the+use+of+electrochemical+impedance+spectroscopy+%28EIS%29+in+microbial+fuel+cell+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Exploring the use of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in microbial fuel cell studies.</a> Energy Environ. Sci. 2, 215-219 (2009).</li>
<li>Ter Heijne, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+charge+and+mass+transfer+resistances+of+an+oxygen+reducing+biocathode%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Identifying charge and mass transfer resistances of an oxygen reducing biocathode.</a> Energy Environ. Sci. 4, 5035-5043 (2011).</li>
<li>Logan, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+up+microbial+fuel+cells+and+other+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Microbiol.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Scaling up microbial fuel cells and other bioelectrochemical systems.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 85, 1665-1671 (2010).</li>
</ol>

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Sunulan protokol, beslemeli bir kesikli reaktörde üç elektrotlu bir kurulum kullanarak atık su aşılarından elektroaktif mikrobiyal biyofilmlerin büyütülmesi için kolay ve anlaşılır bir yol göstermektedir. Kronoamperometri, çeşitli aşılardan elektroaktif mikrobiyal biyofilmlerin büyümesini ve seçilmesini ve ayrıca biyofilmlerin maksimum akım yoğunluğu ve coulombik verimlilik açısından temel karakterizasyonunu sağlar. Noninvaziv bir teknik olan döngüsel voltametri, mikrobiyal biyofilmin EET termodinamiği üzerinde temel çalışmaların yapılmasına ve böylece olası ve gerçek EET transfer bölgelerinin belirlenmesine izin verir. Birlikte, bu parametreler i) aynı koşullar için farklı mikrobiyal biyofilmlerin karakterize edilmesine ve karşılaştırılmasına ve ayrıca ii) farklı çalışma koşullarının özdeş elektroaktif mikrobiyal biyofilmler üzerindeki etkisinin incelenmesine izin verir. Ancak bu deneyler yalnızca bir başlangıç noktası olabilir. Bir yandan, mikrobiyal biyoelektrokimyanın çok yönlü alanı, elektrokimyasal yöntemlerin ve protokollerin daha fazla ve derinlemesine kullanılmasını gerektirir. Bu, örneğin, kinetik ve mekanik verilerin çıkarılması için modellerin yanı sıra elektrokimyasal empedans spektroskopisi34,35 gibi diğer yöntemleri içerir. Öte yandan elektrokimyasal yöntemler, moleküler yapı, mikrobiyal bileşim, uzaysal mikrobiyal organizasyon vb. hakkında hiçbir bilgi sağlayamaz. Burada noninvaziv ve elektrokimyaya bağlı veya invaziv olan başka tekniklere ihtiyaç vardır4. Kutu 2 , deneyleri gerçekleştirirken kritik adımlar ve ilk sorun giderme hakkında kısa bir tartışma sağlar.

Mühendislik perspektifinden bakıldığında, elektroaktif biyofilm anodunun mevcut mikrobiyal biyoelektrokimyasal sistemlerin yalnızca bir bileşeni olduğu ve tam sistemler için çok sayıda başka faktörün analiz edilmesi gerektiği dikkate alınmalıdır36. Yine de, bu video makalesinin gelecekte BES'in temel unsurlarını, yani mikrobiyal elektrotları anlamaya ve uyarlamaya yardımcı olacağını umuyoruz.

Mikrobiyal hücre dışı elektron transferinin (EET) temellerinin aydınlatılması ve mühendislik sistemlerinde kullanılması, hayati ve hızla artan bir araştırma ve geliştirme alanıdır1-3. Saf suşların yanı sıra tanımlanmış ko-kültürler ve karmaşık konsorsiyumlar da dahil olmak üzere bu elektroaktif (veya biyoelektrokatalitik veya elektrokimyasal olarak aktif) mikroorganizmaların incelenmesi, karmaşık bir teknik, yöntem ve protokol cephaneliği gerektirir4. Bu yöntemler, elektrokimya, malzeme bilimi, mikrobiyoloji gibi çeşitli bilimsel disiplinlerden türetilir ve farklı hiyerarşik düzeyler hakkında içgörüler sağlar. tüm mikrobiyal biyofilmden tek moleküllere kadar. Bu nedenle, elektrokimya ve elektrokimyasal yöntemler tüm faaliyetlerin temelini temsil eder.
Geleneksel olarak, yakıt hücresi tipi kurulumlar, bu mühendislik sistemlerinin arketipinde elektroaktif mikrobiyal kültürlerin büyümesi ve sürdürülmesi için sıklıkla kullanılmıştır: mikrobiyal yakıt hücreleri (MFC'ler)5. Ne yazık ki, bu tür MFC'ler genellikle tek bir elektrotun potansiyelinin izlenmesine ve hatta kontrol edilmesine izin vermedi ve bu nedenle, elektrot işlemlerinde yalnızca sınırlı içgörüler mümkün oldu - sadece hücre voltajı rapor edildi. Artık, MFC'lerdeki tek elektrotların potansiyellerinin bireysel olarak izlenmesi ve kontrolünün, yalnızca temel araştırmalar için değil, aynı zamanda mühendislik için de açık bir avantaj sağladığı giderek daha fazla kabul edilmektedir. Ayrıca, mikrobiyal biyoelektrokimyasal sistemler (BES)2,6,7 olarak adlandırılan sistemlerde iyileştirme, tuzdan arındırma, sentez ve hatta biyo-hesaplamayı içeren mikrobiyal elektrokimyasal teknolojilerin uygulamalarının çeşitlenmesiyle birlikte, bireysel elektrot potansiyellerinin harici kontrolü genellikle önemlidir. Bu kontrol genellikle harici güç kaynakları veya potansiyostatlar kullanılarak sağlanır. Bu nedenle, potansiyostatların kullanılması - diğer kurulum türlerinin aksine - bireysel elektrot potansiyelinin tam olarak ayarlanmasına izin verir. Elektrot, hücre dışı elektron transferinin terminal mikrobiyal elektron alıcısını (anotlar için) veya elektron vericisini (katotlar için) temsil ettiğinden, bu çok önemlidir. Şekil 1, anotlardaki mikrobiyal EET hakkındaki mevcut bilgi durumunu göstermektedir - ayrıntılar için bakınız, örneğin 2,4,6,8,9 Katottaki EET hala esas olarak kullanılmamıştır10.
Dolayısıyla, elektrot potansiyelinin kontrolü, yalnızca tekrarlanabilir bir mikrobiyal kültür koşullarının kullanılmasını değil, aynı zamanda EET termodinamiği açısından uyarlanmasını da sağlar11. Bu makalede, elektroaktif mikrobiyal biyofilmlerin karakteristik parametrelerinin kronoamperometri (CA) ve döngüsel voltametri (CV) kullanılarak beslemeli kesikli reaktör deneylerinden nasıl çıkarılabileceği gösterilmektedir. Bu, maksimum akım yoğunluğu (jmax) ve coulombic verimlilik (CE) performans parametrelerinin yanı sıra EET özelliklerini de içerir. Burada, olası ve gerçek elektron transfer bölgelerinin biçimsel potansiyellerinin (Ef) tanımlanması odak noktası olacaktır. Bu parametrelerin ekstraksiyonu, Geobacter spesifikasyonunun hakim olduğu atık sudan türetilmiş karışık kültür biyofilmleri örneğinde gösterilmiştir. 12 Bu atık sudan elde edilen biyofilmler, dünya çapında çok sayıda araştırma grubu tarafından gösterildiği gibi basit bir elektrokimyasal seçim prosedürü ile elde edilir13-16.
Mikrobiyal hücre dışı elektron transferini incelemek için dinamik elektrokimyasal teknikler
Elektroaktif mikrobiyal kültürlerin EET'sinin termodinamik karakterizasyonu için dinamik elektrokimyasal tekniklere ihtiyaç vardır. Genel olarak bu teknikler potansiyel kontrollü, yani voltametrik ve akım kontrollü, yani içerir. Galvanodinamik, teknikler17. Bu nedenle, potansiyel kontrollü teknikler daha yaygındır ve örneğin, kare dalga voltametrisi ve doğrusal süpürme voltametrisi18'i içerir. Bununla birlikte, en popüler olanı döngüsel voltametridir (CV)19,20. CV, pil araştırmalarından malzeme bilimine ve enzim biyoelektrokimyasına kadar elektrokimyanın farklı alanlarında iyi bilinir ve yaygındır21. Canlı mikrobiyal hücrelere uygulanması yalnızca on yıldan daha eskiye tarihlenebilir22 ve son yıllarda önemli ölçüde artar23,24. Özellikle CV ve spektroskopik yöntemlerin kombinasyonu, EET mekanizmaları ve moleküler doğası hakkında benzeri görülmemiş bilgiler sağlamıştır, örneğin 25,26 Buna paralel olarak, mikrobiyal EET'nin termodinamik ve teorik özelliklerinin çıkarılması için teorik çerçeve genişletildi ve derinleştirildi27-30. Bununla birlikte, aksine, deneysel yanlış kullanım veya yetersiz veri analizi, mikrobiyal biyoelektrokimya alanında CV'nin uygun şekilde uygulanmasını sıklıkla engellemektedir. Bu nedenle, atölye çalışmalarına (örneğin AB-ISMET 2012'de) ve öğreticidersler 19'a ek olarak, bu video makalesi elektroaktif bakteriler üzerinde döngüsel voltametrik deneylerin yürütülmesi için temel bir kılavuz sağlayacaktır. Bu nedenle, temel deneysel adımlara ve temel veri analizine odaklanır ve en son kinetik analiz protokollerini sağlamayı amaçlamaz. Aşağıdaki tartışma için en önemli terminaller Kutu 1'de özetlenmiştir (Harnisch ve Freguia19'dan uyarlanmış ve değiştirilmiştir).

<table><tbody><tr><td>Birincil atık su</td><td>Atık su arıtma tesisi</td><td></td><td>Mekanik filtrasyondan sonra alınır</td></tr><tr><td>250 ml Üç ek girişli yuvarlak tabanlı şişeler</td><td>Th.Geyer Berlin GmbH, Almanya</td><td>9.011 845</td><td>İlave girişler, seramik diyaframlı şirket içi cam üfleyicimiz</td></tr><tr><td>Ag/AgCl referans elektrodu (sat. KCl, 0,195 V'ye karşı SHE)</td> ile takılmıştır <td>Sensortechnik Meinsberg, Almanya</td><td>SE 11</td><td></td></tr><tr><td>Grafit çubuklar (&Oslash;=1 cm, l=3 ve 5 cm)</td><td>CP-Handels-GmbH, Wachtberg, Almanya</td><td></td><td>Elektrot malzemesi olarak kullanılır</td></tr><tr><td>Paslanmaz çelik, No. 1.4301, Tel Fe/Cr18/Ni10</td><td>Goodfellow GmbH, Bad Nauheim, Almanya</td><td>155-923-05</td><td></td></tr><tr><td>Silikon tapalar</td><td>Th.Geyer Berlin GmbH, Almanya</td><td>9.230 512 ve</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>neoLab, Heidelberg, Almanya</td><td>3-1011</td><td>Anaerobik koşulları korumak için sızdırmazlık için</td></tr><tr><td>Potansiyostat/ Galvanostat Modeli MPG2</td><td>BioLogic Science Instruments, Fransa</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EC-Lab</td><td>BioLogic Science Instruments, Fransa</td><td></td><td>elektrokimya ölçümleri yapmak için yazılım</td></tr><tr><td>Origin 8.6</td><td>OriginLab</td><td></td><td>veri analiz yazılımı</td></tr></tbody></table>

büyüme, bakım ve temel karakterizasyonu: atık su elektroaktif mikrobiyel filmlerin türetilmiş

Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

Beslemeli kesikli bir reaktörde atık su aşısından anodik elektroaktif mikrobiyal biyofilmlerin büyümesi, bir potansiyostat tarafından kontrol edilen üç elektrotlu bir kurulum kullanılarak gösterilmiştir. Bu nedenle, potansiyostatların kullanılması, elektrot potansiyelinin tam olarak ayarlanmasına izin verir ve tekrarlanabilir mikrobiyal kültür koşulları sağlar. Büyüme sırasında mevcut üretim kronoamperometri (CA) kullanılarak izlenir. Bu verilere dayanarak, maksimum akım yoğunluğu (jmax) ve coulombic verimlilik (CE), biyoelektrokatalitik performansın karakterizasyonu için önlemler olarak tartışılmaktadır. Döngüsel voltametri (CV), tahribatsız, yani noninvaziv yöntem, elektroaktif bakterilerin hücre dışı elektron transferini (EET) incelemek için kullanılır. CV ölçümleri, mikrobiyal substratın varlığında anodik biyofilm elektrotlar üzerinde gerçekleştirilir, yani devir koşulları ve alt tabakanın yokluğunda, yani devir dışı koşullar, farklı tarama oranları kullanılarak. Daha sonra, veri analizi örneklendirilir ve mikrobiyal EET'nin temel termodinamik parametreleri türetilir ve açıklanır: tepe potansiyeli (Ep), tepe akım yoğunluğu (jp), biçimsel potansiyel (Ef) ve tepe ayrımı (ΔEp). Ek olarak, yöntemin sınırları ve son teknoloji veri analizi ele alınmaktadır. Bu nedenle, bu video makale, temel deneysel adımlar ve temel veri analizi için bir rehber sağlayacaktır.

Bir potansiyostat tarafından kontrol edilen üç elektrotlu bir kurulum kullanılarak beslenen kesikli bir reaktörde anodik elektroaktif mikrobiyal biyofilmlerin kronoamperometrik büyümesi gösterilmiştir. Hücre dışı elektron transferi, elektron vericisinin varlığında ve elektron vericisinin yokluğunda döngüsel voltametri kullanılarak karakterize edilir. Temel veri analizi gösterilmiştir.

Büyüme, Bakım ve Temel Karakterizasyonu: Atık Su Elektroaktif mikrobiyel filmlerin Türetilmiş

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup ...

Bu prosedürün genel amacı, atık su aşısından anodik bir elektroaktif mikrobiyal biyofilm büyütmek ve biyo elektro katalitik özelliklerini karakterize etmektir. Bu, önce potansiyel statik olarak kontrol edilen bir biyo elektrokimyasal beslemeli kesikli reaktörün kurulması, aşılanması ve başlatılmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım, Krono Pirometri kullanarak mevcut üretimi izlemektir.Daha sonra, substrat tükenmesinden sonra ortam, kararlı bir durum biyofilm oluşumunu temsil eden tekrarlanabilir bir maksimum akım yoğunluğuna ulaşılana kadar düzenli olarak değiştirilir. Son adım, substratın varlığı ve yokluğu sırasında döngüsel vol telemetri kullanarak elektroaktif bakterilerin hücre dışı elektron transferini incelemektir. Sonuç olarak, veri analizi, mikrobiyal elektron transfer termodinamiği hakkında temel bilgiler sağlar ve olası ve gerçek hücre dışı elektron transfer bölgelerinin resmi potansiyelinin belirlenmesine izin verir.Bu tekniğin temel avantajı, mikroorganizmalar ve katı elektrotlar arasındaki elektron transferi hakkında doğrudan bilgi edinilebilmesi ve böylece mikrobiyal hücre dışı elektron transferi hakkında temel bilgilerin elde edilebilmesidir. Genel olarak, yönteme yeni olan kişiler, doğru parametre seçimi ve türetilmiş grafiğin doğru yorumlanması ile mücadele edeceklerdir. Veri toplama ve veri analizi sırasında ciddi hatalar yapılabilir.Bu prosedüre başlamadan önce, aşağıdaki referansa göre daha fazla besin maddesi içeren bir fosfat tamponu kullanarak uygun miktarda büyüme ortamı hazırlayın. Substrat olarak 10 milimolar sodyum asetat kullanın. Her 20 mililitre büyüme için bir mililitre birincil atık su ekleyin, aşı olarak orta.Daha sonra ortama bir iğne yerleştirin ve en az yarım saat boyunca nitrojenle yıkayın. Nitrojenle yıkarken havasını çıkarmak için, üç elektrot kurulumu için elektrotun boyutunu ölçün. Çalışma elektrodunu, karşı elektrodu ve referans elektrodu, silikon tapalar aracılığıyla modifiye edilmiş dört boyunlu, 250 mililitrelik yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirin.Nitrojenle yıkarken sistemi kapatmak için silikon tapaları paraform ile sarın. 250 mililitre büyüme ortamı ve aşı karışımını numune alma portundan reaktöre dökün. Örnekleme portunu silikon bir tapa ile kapatın ve perfil ile hava geçirmez şekilde kapatın.Sabit çevre koşullarını sağlamak için kabı 35 santigrat derece sıcaklık kontrollü bir odaya yerleştirin. Ardından, elektrotları potansiyel statın ilgili kablolarına bağlayın. Potansiyel istatistiği kontrol etmek ve tekniği seçmek için yazılımı açın.Krono pirometri. Çalışma elektrodunu her 600 saniyede bir kayıt yaparak 500 saatlik bir süre boyunca 0,2 voltluk sabit bir potansiyele ayarlayın, bunu takiben, krono pirometriyi başlatın ve zaman içinde ölçülen akımın grafiğini gözlemleyin. Tercihli akım yoğunluklarını hesapladıktan sonra, ölçülen akım yoğunluğunu zamanın bir fonksiyonu olarak çizin.Oksidatif akım bir platoya ulaştıktan ve sıfır akıma döndükten sonra, bir ortam değişimi için krono amper metrik ölçümünü duraklatın. Bu nedenle, kabı laminer bir akış kutusuna aktarın ve sistemi nitrojenle yıkayın. Ortamı dikkatlice boşaltın ve ortamın yenilenmesini takiben taze havalandırılmış ortamla doldurun.Örnekleme portunu kapatın ve paraform ile kapatın. Maksimum oksidatif akım sabit bir duruma ulaşana kadar önceki adımları tekrarlayın Her büyüme döngüsünden sonra, HPLC ile substrat analizi için taze ve değiştirilmiş ortam çözeltilerinden bir mililitre numune alın. Hücre dışı elektron transferini incelemek için, potansiyel istatistik kontrol yazılımında döngüsel vol telemetri tekniğini seçin.Ardından, çalışma elektrodunun ilk potansiyel EI'sini referans elektroduna karşı negatif 0,5 volta, tepe noktası potansiyeli E'yi bir ila 0,3 volta ve son potansiyel E'yi iki ila negatif 0,5 volta ayarlayın. Saniyede bir milivoltluk bir tarama hızı kullanın. Deneyi başlatın ve tekrarlanabilir bir cv elde etmek için en az üç döngü kaydedin.Tercihli akım yoğunluklarını hesapladıktan sonra, ölçülen akım yoğunluğunu çalışma elektrodunun potansiyelinin bir fonksiyonu olarak çizin. Krono amper metrik ölçümlerinden maksimum akım yoğunluğu ve Kula verimi ölçülebilir. Burada, beslenen bir kesikli reaktör kullanılarak birkaç büyüme döngüsünün tipik bir kronometrik biyofilm büyüme eğrisi gösterilmektedir.İlk gecikme aşamasından sonra, ilk akım yoğunluğu maksimumu başlar, ardından alt tabaka tükenmesi nedeniyle akım neredeyse sıfır akım akışına düşer. Alt tabaka ikmalini takiben. Akım yoğunluğu, daha yüksek bir maksimum akım yoğunluğu ile tekrar artar.Birkaç büyüme döngüsünden sonra, maksimum akım yoğunluğu sabittir, bu da kararlı bir durum biyofilm oluşumunu gösterir. Kararlı durum maksimum olarak. Akım yoğunluğu değeri birkaç parametreye bağlıdır.Genellikle elektroaktif mikrobiyal biyofilm elektrot sistemlerinin bir özelliği olarak kabul edilir. İkinci operasyonel özellik, teorik maksimum elektron sayısı ile ilgili olarak beslenen parti döngüsü başına elektrik akımı akışı olarak kaydedilen elektron sayısı olan omik verimliliktir. Çağrı verimliliğinin, elektrik akımı akışının ve gösterilen teorik maksimum elektron sayısının nasıl hesaplanacağına ilişkin ayrıntılar için metin protokolüne bakın.İşte ciro dışı koşullar için tipik bir CV. Yüksek bir tarama hızında, yalnızca bir tepe çiftinin ve dolayısıyla bir resmi potansiyel EF'nin tanımlanabildiği yüksek tarama hızları için bir biyofilmin CV'si resmedilmiştir. Burada. Genel olarak, bir redoks çiftinin resmi potansiyeli, oksidasyon zirvesi EPA'nın tepe potansiyelinden ve ilgili tür EPC'nin indirgeme zirvesinden hesaplanabilir.Aritmetik ortalamayı oluşturarak, biçimsel potansiyelin nasıl hesaplanacağına ilişkin ayrıntılar için metin protokolüne bakın. Aynı biyofilme yeterince düşük bir tarama hızı uygulandığında, dört adede kadar redoks çifti tanımlanabilir. Bununla birlikte, devir dışı CV sadece elektrottaki tüm redoks aktif bileşikleri ve dolayısıyla olası hücre dışı elektron transfer bölgelerinin EF'sini gösterir.Yalnızca ciro CV'sinin analizi, ciro dışı cv'leri daha fazla analiz ederken gerçek EET sitelerinin EF'sini sağlar. Tepe ayrımı, maksimum tepe akımı ve minimum tepe akım yoğunluğu gibi diğer karakteristik parametreler analiz edilebilir. Bu parametreler, özellikle farklı tarama hızları için kaydedildiğinde, elektrotlardaki elektron transfer işlemlerinin mekanik ve kinetik analizleri için kullanılabilir.Bununla birlikte, kimyasal sistemler için iyi kurulmuş olan bu kinetik analiz, elektroaktif mikrobiyal biyofilmler için kolay değildir. CV ölçümünü substrat varlığında gerçekleştirirken, bir ciro CV'si elde edilir. Verilerin çiziminden sonra, tipik S-şekilli biyo elektro katalitik eğri gözlenir.Verileri daha fazla analiz ederken, ilk türevin maksimumu veya eğrinin bükülme noktası, gerçek EET bölgelerinin resmi potansiyel EF'sini sağlar. İnce bir geobacter oranının baskın olduğu biyofilm durumunda, iki bükülme noktası gözlenebilir. Daha sonra, türev, sırasıyla EF iki ve EF üç olarak adlandırılan biyo elektro katalitik aktif EET bölgelerinin resmi potansiyeline karşılık gelen iki maksimum gösterir.Bu bulgu aynı zamanda EF bir ve EF dört biçimsel potansiyelleri ile ilişkili redoks süreçlerinin biyo elektroliz ile ilgili olmadığını göstermektedir. Biyofilm büyüdükçe ve kalınlaştıkça, CV yalnızca bir bükülme noktası gösterir. Gümüş, gümüş klorüre karşı bu resmi potansiyel EEF negatif 0.32 volt, ince biyofilmin EET'sine atanan iki resmi potansiyelin aritmetik ortalamasına kabaca eşittir.Bu sonuç, temel CV analizinin EET termodinamiği hakkında hızlı ve invaziv olmayan bir şekilde bilgi sağladığını göstermektedir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik farklı ilgi alanlarına göre kolayca uyarlanabilir ve verilere bağlı olarak, uygun şekilde gerçekleştirilirse farklı bir veri analizi derinliğine izin verir. Bu prosedürü takiben ve mikrobiyal biyofilm geometrisinin temellerini öğrenerek, kare dalga telemetrisi veya elektrokimyasal empedans spektroskopisi gibi diğer yöntemlerin yanı sıra derinlemesine veri analizi kolayca öğrenilebilir.

waste-water-derived-electroactive-microbial-biofilms-growth

Research

JoVE Journal

Environment

Çevre

Kaynak: Tokunou, Y. ve ark., Shewanella oneidensis MR-1'de Deuteryum Kinetik İzotopunun Elektrokimyasal Tespiti Hücre Dışı Elektron Taşınımına Etkisi. J. Vis. Exp. (2018)Bu video, elektrot yüzeylerinde biyofilm oluşumunu simüle etmek için tasarlanmış bir elektrokimyasal reaktör modelinin montajını ve çalışmasını gösteriyor. Kontrollü elektrokimyasal uyarım, mikrobiyal yapışmayı teşvik eder ve bu da bakteriyel monotabakalı biyofilmin kademeli gelişimine yol açar.

Elektrokimyasal Reaktör Kullanarak Bakteriyel Tek Katmanlı Biyofilm Geliştirilmesi

Endüstriyel atıklar, mikrobiyal büyümeyi analiz etmek için toplanabilir ve değiştirilebilir. Lignoselüloz ekstraksiyon teknikleri, spesifik biyolojik bozunma kabiliyetini analiz etmek için bileşenler sağlar. Gaz kromatografisi-kütle spektrometresi, hamur atıkları üzerinde yetiştirilen mikroorganizmaların fermantasyon ürünlerini tanımlar. Bu yöntemler, mikroorganizmaların hamur atıklarını parçalamak için metabolik kapasitesini belirler.

Selüloz Fabrikası Atık Akışlarında Mikrobiyal Büyümeyi Kolaylaştırma Yöntemleri ve Kültürlenmiş Mikropların Biyolojik Bozunma Potansiyelinin Karakterizasyonu

Bir elektrokimyasal ve bir biyoelektrokimyasal sistem kullanarak amonyum bakımından zengin bir akımdan amonyum ekstraksiyonunu gösteriyoruz. Reaktör kurulumu, işletimi ve veri analizi tartışılmaktadır.

Elektrokimyasal ve Bioelectrochemically Kaynaklı Amonyum Kurtarma

Bu yöntemler kağıt amacı tipik insan Mikrobiyal dental plak tespit türler içeren çok tür biyofilm gelişmesi için mikroakışkan sisteminin kullanımını tarif etmektir. Yöntem biyofilm mimarisi, biyofilm canlılığı ve vurgulanır kültür-bağımlı veya kültür-bağımsız analizler için hasat biyofilm bir yaklaşım açıklamak için.

Yüksek verimli bir kullanımı<em&gt; İn Vitro</em&gt; Mikroakışkan Sistemi Ağız Çok türler biyofilm Geliştirmek İçin

Yüksek yoğunluklu biyoreaktör (HDBR) olarak adlandırılan yeni bir reaktör tasarımı, yüksek yoğunluklu mikrobiyal toplulukların yetiştirilmesi ve incelenmesi için sunulmuştur. Burada, HDBR, karışık bir yüksek yoğunluklu alg topluluğu tarafından nitrojen metabolizmasının incelenmesi için bir fotobiyoreaktör (PBR) konfigürasyonunda başarıyla uygulanmaktadır.

Çeşitli mikrobiyal Toplulukları Yüksek Yoğunluklu Yetiştirme için Yeni Bir Biyoreaktör

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

Elektron taşıma yaşayan biyofilmler ile karakterize

Akış Sitometresi görsel kümeleme ile birlikte su biyofilmler çalışmak için kullanımı kolay ve hızlı bir yöntem sunar. Biyofilm karakterizasyonu, biyofilm toplum yapısındaki değişikliklerin tespiti ve biyofilm içinde gömülü abiyotik parçacıklar tespiti için kullanılabilir.

Akış sitometresi ile su biyofilmler karakterizasyonu

Bu yazıda, iki yüzey tipinde üç yaygın biyofilm toplama ve ayrıştırma tekniğini gösteren yöntemler, bir hasat yönteminin sağlamlık testi ve tekrarlanabilirliği artırmak için hasat ve ayrıştırma tekniklerini seçerken ve optimize ederken göz önünde bulundurulması gereken minimum bilgiler açıklanmaktadır.

Hasat ve Ayrıştırma: Biyofilm Yöntemleri Araştırmalarında Gözden Kaçan Bir Adım

Bu protokol, yüksek verimli 96 kuyulu sabitlenmiş kapak statik biyofilm taraması için kendinden montajlı derin kuyu PCR plakalı cihazları kullanarak biyofilm büyümesi ve biyokütle ölçümleri yapmak için metodoloji sunar.

PCR-Plate Deep Well Microplate Cihazları Kullanılarak Daha Büyük Bakteriyel Biyofilm Biyokütlesinin Oluşturulması

EPA Metod 1615, çevre ve içme sularındaki enterovirüsleri ve norovirüsleri konsantre etmek için elektropozitif bir filtre kullanır. Bu el yazması, Yöntem 1615 analizleri için numune toplama prosedürünü açıklamaktadır.

Enterovirus Kültür ve RT-qPCR Su Norovirüs Oluşum EPA Metot 1615 Ölçüm. Virüs Örneklerinin I. Koleksiyonu

Öğrenin atık sudan anodik elektroaktif mikrobiyel biyofilmlerin yetiştirilmesi ve biyoelectrokatalitik özelliklerinin siklik voltametri ile karakterizasyonu. Bu yöntem mikrobiyal elektron transferi termodinamiğini anlamak için temel bilgiler sağlar.

Büyüme, Bakım ve Temel Karakterizasyonu: Atık Su Elektroaktif mikrobiyel filmlerin Türetilmiş

Daha fazla video keşfet