生きているバイオ フィルムにおける電子輸送特性評価
Summary
生理学的に関連する条件の下で生きている細菌によるバイオ フィルムの電気伝導率測定のためのプロトコルが表示されます。
Abstract
ここで関連する生理学的条件下で電極成長細菌によるバイオ フィルムの電気伝導性を特徴付けるために使用して電気化学的ゲーティング法を示します。1これらの測定値は水溶液中にソースを使用して生きているバイオ フィルムに対して実行され、ドレイン電極の櫛型電極 (IDA) 配列と呼ばれる特殊な構成でガラス表面のパターンします。バイオ フィルムは、ソースとドレインを接続するギャップを横切っている栽培されています。電位 (ESと ED) 電極に適用される電極間バイオ フィルム (ISD) ソース ・ ドレイン間の電流を生成します。ゲート電位に電気伝導度の依存性 (EGソース ・ ドレイン電位の平均値 = [ED + ES]/2) 体系的に潜在的なゲートを変更して結果のソース ・ ドレイン間の測定によって決定されます現在の。潜在的なゲートで導電性の依存関係は、機構調査中特定のバイオ フィルムの電気伝導率の基になる細胞外の電子輸送過程についてを説明します。ここで説明、電気化学的測定法の基づく M. S. Wrighton2,3と同僚と r. w. マレー4,5,6の同僚によって使用に直接1980 年の薄膜導電性高分子を調査します。
Introduction
細胞外の電子輸送 (EET) は特定の微生物の細胞内の代謝プロセスと不溶性の電子アクセプターやドナーから天然ミネラルを細胞外に存在する電子を輸送することができるプロセス電極。いくつかのケースでは、EET は、電極との直接接触ではなく細胞まだそれを利用できる代謝電子アクセプターやドナーとして、電極表面に導電性複数セル厚バイオ フィルムを形成する微生物を使用できます。7,8,9ストレージとリモート エネルギー生成不純物検出/除去、微生物ポリパラフェニレンなど様々 な用途のための電極触媒としてこのようなバイオ フィルムが注目されて ,10、11,12,13,14 のため微生物と微生物バイオ フィルムと比較しての耐久性によって実行される代謝過程の多様性酵素ベースの bioelectrodes。15,16また、EET 経路自然発生した電気制御または信号の変更に利用できる可能性がありますまたは、たとえば、目的の製品または検出の生産に関与する微生物の代謝過程を遺伝子組み換えターゲット analyte の刺激。他の生物学的材料から離れてそれらをセット、電極触媒のバイオ フィルムの電気伝導度は、電極触媒特性の中央部分で、まだ少しは電極では、基になる EET プロセスについて理解知られているが、競合の多い。17,18,19,20,21,22,23,24
櫛型電極アレイ (IDAs) を用いた生活、電極製のバイオ フィルムを通して電気伝導度を測定するため 2 電極法は、ここで説明しました。その結果の配列の両側に接続されているすべての他のバンドにフラットなガラス面に関連する並列長方形電極から成っている IDAs (ソースおよびドレイン) 2 つの電極の。慎重に審査、井田 (例えば、見なさい ref #1 の図 6.12b) 前後 2 つの電極を分離するアレイ全体を編む 1 つのギャップ形成するような方法で接続されている隣接するバンドを分離するギャップはまた明らかにします。結果は長くて狭いギャップ導電性材料が形成、キャスト、重合、または配列 (ここでは考慮するバイオ フィルムのタイプ) の場合成長してとき非常に高いソース-ドレイン電流を降伏、ソース ・ ドレイン電極を分離することです。さらに、電極のサイズが小さいが小さな背景する導電性材料の量が必要なので、潜在的なゲートの変更導電性材料の酸化状態の変化と静電容量の充電のために現在の結果します。IDAs を用いた測定はとても小さいです。井田ベースの技術は薄膜導電性ポリマーの特徴を開発電気化学的ゲーティング紹介、2,3,4,25はごく最近生きているシステムに適用されています。18生活バイオ フィルムの電気伝導度を測定するために使用する別の手法は、分割ソース ・ ドレイン電極とソース メートル潜在的なゲートを設定する大規模な形式を利用されています。26,27しかし、これらのメソッドに対する懸念が詳述されている以前。18
以下のプロトコルは、リビングの電気伝導度測定を行うと私たちの経験をカプセル化しますGeobacter sulfurreducensと biocathode の MCL バイオ フィルム。G. sulfurreducensは唯一代謝電子受容体として電極を含む不溶性材料を使用することができる有機体を減らすモデル電極です。また、陽極細胞外長距離電子移動の研究に理想的なモデル生物となって、複数のセルの長さ以上の電子を輸送することができるバイオ フィルムの厚さを形成します。我々 は、biocathode MCL, 底生微生物燃料電池のカソードから分離された好気性独立栄養混合コミュニティ バイオ フィルムの調査のための詳細も含めます。(3 つの主な成分- Marinobacter、 Chromatiaceaea 、 Labrenziaの名前) Biocathode MCL はその唯一の電子供与体として電極の酸化、複数のセルの長さで電子を運ぶことができることそれを勉強する興味深い防食システム。さらに、biocathode MCL が生活システムのこれらのメソッドを使用して日付への最も高い報告された伝導率です。このプロトコルではこれらの多様な電子活性バイオ フィルムの包含は、この方法がすべて生きているバイオ フィルムの電気電極と対話することを通して電子の輸送現象を計測に適用されることを強調するものです。
Protocol
Representative Results
Discussion
IDA のセットアップ中に、ソースとドレインを短絡していない一緒に電気化学のゲート計測前に EGカーブ対私にSDを変えるし、誤った結果と解釈につながるテストに不可欠です。また、現在が線形的 VSDに依存し、v の独立になるよう VSDと v を選択する重要です。そうでない場合は、伝導率を計算する上記方程式を利用することはできません。
<p class="jove_conte…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
M.D.Y、S.M.G S と主張を認める、海軍研究局 (賞 #N0001415WX01038 ・ N0001415WX00195)、海軍研究所と海軍研究所ナノサイエンス研究所M.Y.E. N米国部門のエネルギー付与デ-FG02-13ER16415 はサポートされています。
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 |
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