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

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.