निस्र्पक इलेक्ट्रॉन परिवहन के माध्यम से जीवन यापन फिल्म
Summary
शारीरिक रूप से प्रासंगिक स्थितियों के तहत माइक्रोबियल जैविक फिल्म के रहने की विद्युत चालकता को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है ।
Abstract
यहाँ हम शारीरिक रूप से प्रासंगिक स्थितियों के तहत इलेक्ट्रोड-बड़े माइक्रोबियल फिल्म के विद्युत चालकता की विशेषता के लिए इस्तेमाल किया विद्युत गेटिंग की विधि का प्रदर्शन. 1 इन मापनों जलीय मध्यम में रहने वाले स्रोत का उपयोग कर और नाली इलेक्ट्रोड एक विशेष विंयास में एक गिलास सतह पर नमूनों में एक interdigitated इलेक्ट्रोड (आईडीए) सरणी के रूप में संदर्भित पर प्रदर्शन कर रहे हैं । एक फिल्म है कि स्रोत और नाली को जोड़ने के अंतर भर में फैली हुई है । संभावित इलेक्ट्रोड के लिए लागू कर रहे हैं (ईएस और ईडी) उत्पादन एक स्रोत-नाली वर्तमान (मैंएसडी) के माध्यम से इलेक्ट्रोड के बीच फिल्म. फाटक क्षमता पर विद्युत चालकता की निर्भरता (स्रोत और नाली संभावितों का औसत, ईजी = [ईडी + ईएस]/2) व्यवस्थित रूप से फाटक क्षमता बदलने और परिणामी स्रोत को मापने-नाली द्वारा निर्धारित किया जाता है वर्तमान. गेट क्षमता पर चालकता की निर्भरता extracellular इलेक्ट्रॉन परिवहन की जांच के तहत विशिष्ट फिल्म की विद्युत चालकता की प्रक्रिया के बारे में यंत्रवत जानकारी प्रदान करता है । विद्युत गेटिंग माप विधि यहां वर्णित है कि एम. एस. Wrighton2,3 और सहयोगियों और आर. डब्ल्यू मरे4,5,6 और सहयोगियों द्वारा इस्तेमाल पर सीधे आधारित है 1980 तनु फिल्म प्रवाहकीय पॉलिमर की जांच करने के लिए है ।
Introduction
Extracellular इलेक्ट्रॉन परिवहन (ईत) एक प्रक्रिया है कि कुछ सूक्ष्मजीवों intracellular चयापचय प्रक्रियाओं और अघुलनशील इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ता या दाताओं है कि कोशिका के बाहर रहते हैं, के बीच इलेक्ट्रॉनों के परिवहन के लिए सक्षम बनाता है प्राकृतिक खनिजों से लेकर इलेक्ट्रोड. कुछ मामलों में, ईत इलेक्ट्रोड सतहों पर विद्युत प्रवाहकीय बहु-कोशिका मोटी सी फिल्म बनाने के लिए सूक्ष्मजीवों को सक्षम बनाता है, जो कोशिकाओं में नहीं इलेक्ट्रोड के साथ सीधे संपर्क में अभी भी यह एक चयापचय इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ता या दाता के रूप में उपयोग कर सकते हैं. ऐसे माइक्रोबियल electrosynthesis, contaminant संवेदन/हटाने, और दूरदराज के ऊर्जा उत्पादन और भंडारण के रूप में विभिंन अनुप्रयोगों के लिए इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक के रूप में इस तरह की फिल्म में काफी रुचि है,7,8,9 ,10,11,12,13,14 की तुलना में सूक्ष्मजीवों और माइक्रोबियल जैव फिल्म के स्थायित्व द्वारा प्रदर्शन चयापचय प्रक्रियाओं की विविधता के कारण एंजाइम आधारित इलेक्ट्रोड के लिए । 15 , 16 इसके अलावा, ईत रास्ते संभावित रूप से एक वांछित उत्पाद या पता लगाने के उत्पादन में, उदाहरण के लिए, शामिल प्राकृतिक रूप से होने वाली या आनुवंशिक रूप से इंजीनियर माइक्रोबियल चयापचय प्रक्रियाओं में विद्युत नियंत्रण या संकेत परिवर्तन करने के लिए उपयोग किया जा सकता है एक लक्ष्य analyte या उत्तेजना की । electrocatalytic जैव फिल्म है, जो उंहें अंय जैविक सामग्री से अलग सेट के विद्युत चालकता, उनके electrocatalytic गुणों का एक केंद्रीय पहलू है, अभी तक थोड़ा इलेक्ट्रोड वातावरण में अंतर्निहित ईत प्रक्रिया के बारे में समझा जाता है, और जो जाना जाता है अत्यधिक लड़ा है । 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24
यहां वर्णित है एक 2-इलेक्ट्रोड विधि रहने के माध्यम से चालकता को मापने के लिए, इलेक्ट्रोड-हो interdigitated इलेक्ट्रोड arrays (ईदास) का उपयोग कर फिल्म । ईदास ऐसे है कि हर दूसरे बैंड 2 इलेक्ट्रोड (स्रोत और नाली) में जिसके परिणामस्वरूप सरणी के विपरीत पक्षों में जुड़ा हुआ है कि फ्लैट कांच की सतह पर नमूनों समानांतर आयताकार इलेक्ट्रोड से मिलकर बनता है । एक आईडीए के सावधान परीक्षा (उदाहरण के लिए देखें, #1 रेफरी का आंकड़ा 6.12 बी) से पता चलता है कि आसंन बैंड अलग अंतराल भी इस तरह से जुड़े रहे है के रूप में एक ही अंतर है कि आगे और पीछे के दो इलेक्ट्रोड अलग सरणी भर में बुनाई । परिणाम स्रोत और नाली इलेक्ट्रोड को अलग करने के लिए एक लंबी और संकीर्ण अंतर है, बहुत ही उच्च स्रोत उपज-नाली धाराओं जब एक प्रवाहकीय सामग्री का गठन किया है, डाली, बहुलक, या उगाया (के प्रकार के मामले में यहां पर विचार किया जाता है) सरणी पर । इसके अलावा, छोटी पृष्ठभूमि में इलेक्ट्रोड के छोटे आकार के कारण वर्तमान में समाई चार्ज करने के लिए और गेट क्षमता में परिवर्तन के साथ प्रवाहकीय सामग्री के ऑक्सीकरण राज्य में बदलने के लिए, चालकता बनाने के लिए आवश्यक सामग्री की मात्रा के बाद से ईदास का उपयोग कर माप इतना छोटा है । आईडीए आधारित विद्युत गेटिंग की तकनीक यहां वर्णित है, पतली फिल्म प्रवाहकीय पॉलिमर,2,3,4की विशेषताएं विकसित,25 हाल ही में रहने वाले सिस्टम के लिए लागू किया गया है । 18 एक और तकनीक का उपयोग करने के लिए रहने वाले की चालकता को मापने के लिए एक बड़े प्रारूप विभाजन स्रोत का उपयोग और इलेक्ट्रोड और स्रोत मीटर नाली के लिए गेट क्षमता सेट । 26 , 27 हालांकि, इन तरीकों पर चिंताओं पहले से विस्तृत किया गया है । 18
प्रोटोकॉल के नीचे रहने वाले Geobacter sulfurreducens और MCL की चालकता माप बनाने के साथ हमारे अनुभव encapsulates । G. sulfurreducens एक मॉडल के लिए अघुलनशील सामग्री, इलेक्ट्रोड सहित, एकमात्र चयापचय इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ता के रूप में उपयोग करने में सक्षम जीव को कम इलेक्ट्रोड है । इसके अतिरिक्त, यह मोटी है कि फिल्म के लिए एकाधिक सेल लंबाई से अधिक इलेक्ट्रॉनों परिवहन कर रहे है रूपों, यह एक आदर्श मॉडल जीव anodic लंबी दूरी extracellular इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण अध्ययन करने के लिए बना । हम भी एक benthic माइक्रोबियल ईंधन सेल के कैथोड से अलग एक एरोबिक, autotrophic मिश्रित समुदाय जैव फिल्म के अध्ययन के लिए विवरण शामिल हैं । MCL (तीन प्राथमिक घटकों के लिए नाम- Marinobacter, Chromatiaceaea और Labrenzia) अपने एकमात्र इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में एक इलेक्ट्रोड ऑक्सीकरण करने में सक्षम है और एकाधिक सेल लंबाई से अधिक इलेक्ट्रॉनों परिवहन, बनाने यह एक दिलचस्प कैथोडिक प्रणाली का अध्ययन करने के लिए । इसके अतिरिक्त, इन तरीकों का उपयोग करने की तारीख के लिए एक जीवित प्रणाली के लिए सबसे अधिक रिपोर्ट चालकता है । इस प्रोटोकॉल में इन विविध electroactive के शामिल किए जाने को उजागर करने के लिए है कि इस तकनीक के लिए किसी भी रहने वाले के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के परिवहन उपाय लागू है करने के लिए विद्युत इलेक्ट्रोड के साथ बातचीत करने में सक्षम है मतलब है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
आईडीए के सेटअप के दौरान, यह परीक्षण करने के लिए महत्वपूर्ण है कि स्रोत और नाली एक साथ कम नहीं कर रहे है विद्युत गेटिंग माप से पहले, के रूप में यह मैंएसडी बनाम ईजी वक्र बदल जाएगा और गलत परिणाम और व्?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एम. डी. वाई, एस. एम. जी-एस., और L.M.T. नौसेना अनुसंधान के कार्यालय (पुरस्कार #N0001415WX01038 और N0001415WX00195), नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला, और नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला Nanosciences संस्थान स्वीकार करते हैं; M.Y.E.-एन. अमेरिका के ऊर्जा अनुदान DE-FG02-13ER16415 विभाग द्वारा समर्थित है ।
Materials
| IDAs | CH Instruments | 012125 | Manufactured by ALS-Japan; sold by CH Instruments |
| Wire | Digikey | W7-ND | |
| Conductive silver epoxy | Electron microscopy sciences | 12670-EE | |
| Insulating material | 3M | 2131-B | Scotchast flame retardant compound |
| 15 mL conical centrifuge tube | VWR | 89004-368 | |
| 21g needle | VWR | BD-305165 | |
| 5 mL pipette tips | VWR | 82018-842 | |
| 5 mL pipettor | VWR | 89079-976 | |
| Freshwater medium components | Sigma Aldrich | All standard laboratory chemicals | |
| Ammonium chloride | |||
| Sodium phosphate monobasic | |||
| Sodium bicarbonate | |||
| Artificial seawater medium components | Sigma Aldrich | All standard laboratory chemicals | |
| Sodium chloride | |||
| Magnesium chloride hexahydrate | |||
| Magnesium sulfate heptahydrate | |||
| Potassium chloride | |||
| Sodium bicarbonate | |||
| Calcium chloride dihydrate | |||
| Ammonium chloride | |||
| Potassium phosphate dibasic | |||
| Ag/AgCl reference electrode | Basi | MF-2079 | |
| Graphite rod counter electrode | Electron microscopy sciences | 70230 | |
| Recirculating water bath | Thermo Scientific | 152-5256 | |
| Bipotentiostat | Pine Instruments | WD-20 | http://www.voltammetry.net/pine/aftermath/user |
| Stir bars | VWR | 58947-114 | |
| G. sulfurreducens culture | ATCC | 51573 | |
| Jacketed reactor | Pine Instruments | RRPG085 |
Referências
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