Elektron taşıma yaşayan biyofilmler ile karakterize

Bu deneysel prosedürün genel amacı, yerinde bir canlı materyal aracılığıyla iletilebilecek akım miktarını ve ayrıca canlı materyal tarafından akımı taşımak için kullanılan mekanizmayı belirlemektir. Bu yöntem, mikrobiyal elektrokimya alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir, örneğin: Bazı biyofilmler, hücresel metabolizmayı desteklemek için elektronları yüzlerce mikron üzerinde nasıl hareket ettirebilir? Bu tekniğin ana avantajı, sayısallaştırılmış elektrotların çok yüksek bir sinyal-gürültü oranı vermesi ve birçok farklı reaktör konfigürasyonuna uyacak şekilde ölçeklenebilmesidir.

Bu yöntem, biyofilmlerde çok hücre uzunluğundaki hücre dışı elektron taşınması hakkında bilgi sağlayabilir. Elektriksel olarak iletken polimer filmler gibi diğer sistemlere de uygulanabilir. Bu yöntemde yeni olan araştırmacılar, her iki elektrotun potansiyellerini ayrı ayrı ayarlamak ve her elektrottaki akımı ayrı ayrı ölçmek için bir bipotentiostat gerektirdiğinden mücadele edeceklerdir.

Başlamak için, iletken olmayan bir substrat üzerinde desenli ticari olarak temin edilebilen IDA elektrotlarını edinin veya bunları standart litografik yöntemler kullanarak sentezleyin. İletken gümüş epoksiyi üreticinin talimatlarına göre bir karıştırma çubuğu veya pipet ucu ile hazırlayın. Ardından, her bir altın pedin üzerine bir tel yerleştirin ve laboratuvar bandı kullanarak yerlerine sabitleyin.

Teli ve pedi bir karıştırma çubuğu veya pipet ucu kullanarak gümüş epoksi ile örtün. Sertleşmesi için cihazı bir saat boyunca dikkatlice 80 derecelik bir fırına taşıyın. Epoksi sertleştikten sonra, telin ucu ile pedler arasında elektriksel iletkenliği sağlamak için bir multimetre kullanın.

Tel ve pedler arasındaki direnç beş ohm'dan az olmalıdır. Ayrıca, diziyi kısa devre yapabileceğinden, birden fazla elektrot pedini bağlayan iletken epoksinin olmadığını doğrulamak için multimetreyi kullanın. İletken epoksi birden fazla ucu bağlıyorsa, uçları izole etmek için çiziciyi kullanın.

Ardından, yalıtım malzemesi için bir kalıp olarak kullanmak üzere 15 mililitrelik bir konik santrifüj tüpünün ucunu çıkarın. Tellerin dışarı çıkması için kalıbın altında iki küçük delik açmak için 21 gauge bir iğne kullanın. IDA'yı kalıba yerleştirin ve telleri kalıbın altındaki deliklerden geçirin.

Ardından, termal, elektriksel ve su geçirmez bir yalıtım malzemesi hazırlayın. Alev geciktirici poliüretan reçineler genellikle uygundur. Gümüş epoksi tamamen kaplanacak şekilde yalıtkanı kalıba pipetleyin ve yalıtkanın üreticinin spesifikasyonlarına göre kurumasını bekleyin.

Elektrokimyasal hücreyi kurmak için IDA'yı, karşı elektrodu ve referans elektrodu elektrokimyasal hücreye yerleştirin. Elektrokimyasal hücreyi biyofilm büyümesi için uygun steril ortamla doldurun. Geobacter sulfurreducens için, fumarat hariç tatlı su ortamı kullanın.

Ardından, elektrotları bir bipotentiostat'a bağlayın. Bir IDA elektrodunu çalışma kablosuna, diğer IDA elektrodunu iki çalışma kablosuna, referans elektrodu referans kablosuna ve karşı elektrodu karşı kabloya bağlayın. Elektrotların bağlı olmadığından emin olmak için birinci elektrot üzerinde döngüsel voltametri yaparak ve ikinci elektrotu açık devrede tutarak bir kontrol deneyi yapın.

İlgili elektroaktif biyofilmi büyütmek için, elektrokimyasal reaktörü bir stok kültüründen veya standart aseptik mikrobiyolojik teknikler kullanarak istenen elektrokimyasal olarak aktif mikroorganizmaların zenginleştirilmesinden aşılayın. Standart testler için, aşı-reaktör hacminin 1 ila 20 oranında aşılayın. Reaktördeki karıştırmayı istenen seviyeye ayarlayın ve ilgilenilen biyofilmin büyüme koşullarına bağlı olarak inkübatörü veya su banyosunu istenen sıcaklığa ayarlayın.

Sistemi, ilgilenilen mikroorganizmanın özel gereksinimlerine göre, biyofilm iki elektrotu ayıran boşluğu doldurana kadar inkübe edin. Sabit Geobacter sulfurreducens biyofilmi için, 30 santigrat derecede yedi ila on gün inkübe edin. Metin protokolünde açıklandığı gibi geçit ölçümleri için mevcut potansiyel bağımlılığı belirlemek için kullanılacak deneysel parametrelerin kurulumuna başlayın.

Bipotentiostat yazılımını, seçilen aralık üzerinde, seçilen kaynak boşaltma voltajında ve istenen tarama hızında geçit ölçümleri yapacak şekilde ayarlayın. Ek olarak, metin protokolünde açıklandığı gibi bir temel ölçüm gerçekleştirin. Çözünür elektron vericisi veya alıcısı koşulları olmadan devir dışı olarak bulunan çözünür elektron vericisi veya alıcısı ile devir altında aynı koşulları kullanarak geçit ölçümleri gerçekleştirin.

Ortamın ayar noktasının ve gerçek sıcaklığının aynı olduğundan emin olmak için bir kontrol reaktörü edinin. IDA'nın olacağı bir kontrol reaktörüne bir termometre veya termokupl yerleştirin. Ardından, bipotentiyostat kullanarak devir ve devir dışı koşullar altında seçilen sıcaklık aralığında kaynak gerinim akımı ölçümleri yapın.

Bunu yapmak için, IDA'yı bipotentiostat kullanarak maksimum iletilen akımı sağlayan kapı potansiyelinde ayarlayın ve tutun. Sıcaklık, su banyosunun veya inkübatörün yerleşik kontrolleri kullanılarak seçilen sıcaklık aralığı arasında geçiş yapılırken bipotansiyostatı kullanarak maksimum iletilen akımı kaydedin. Sıcaklığı bir ayar noktasından diğerine ve inkübatörün veya su banyosunun yerleşik kontrollerini kullanarak geri döndürün.

Bu, sıcaklık döngüsünün biyofilme zarar vermemesini sağlamak için reaksiyonun tersine çevrilebilirliğini belirler. Son olarak, sıcaklığı normal büyüme sıcaklığına sıfırlayın ve sistemin stabilize olmasına izin verin. Burada, tatlı su ortamında düzgün çalışan bir IDA'nın temsili sonuçları gösterilmektedir.

Elektrotların kısa devre yaptığı birine karşı. 10 milivoltluk bir kaynak gerinim voltajına sahip devir dışı koşullar altında bir Geobacter sulfurreducens biyofilmi üzerinde gerçekleştirilen temsili elektrokimyasal geçit ölçümleri, redoks iletkenliğinin tepe şekilli iletilen akıma karşı kapı potansiyel eğrisi karakteristiğini sergiler. Burada, temsili ham veriler, iletilen akımın reaktör ortamının sıcaklığına bağımlılığını gösterir.

Azalan sıcaklıkla birlikte iletilen akımdaki azalma, redoks iletkenlerinin bir başka özelliğidir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik düzgün bir şekilde yapılırsa yaklaşık iki gün içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, reaktörü aşılamadan önce IDA bantlarının kısa devre yapmadığından emin olmayı unutmamak önemlidir.

Bu tekniğin etkileri, biyofilm oluşturan patojenlerin hücresel metabolizmasının nasıl bozulacağını incelemek için uygulandığında tedaviye kadar uzanır. Bu prosedür, biyofilm refolojisi ve iletkenlik arasındaki korelasyon gibi ek soruları ele almak için elektronları taşıyabilen herhangi bir canlı materyale uygulanabilir.