Caratterizzazione di trasporto dell'elettrone attraverso biofilm vivente

Extracellulare di trasporto dell’elettrone (EET) è un processo che consente alcuni microrganismi per il trasporto di elettroni tra processi metabolici intracellulari e insolubile accettori o donatori che risiedono all’esterno della cella, che vanno da minerali naturali per elettrodi. In alcuni casi, EET consente microrganismi formare elettricamente conduttivo della multi-cellula spesse biofilm su superfici di elettrodo, in cui le cellule non a diretto contatto con l’elettrodo possono utilizzare ancora come un ricettore dell’elettrone metabolica o donatore. C’è un notevole interesse in tali biofilm come catalizzatori di elettrodo per varie applicazioni, come elettrosintesi microbica, rilevamento/rimozione di contaminanti e generazione di energia a distanza e stoccaggio,^{7,8,9 ,10,11,12,13,14} a causa della diversità dei processi metabolici, eseguita da microrganismi e la durevolezza di biofilm microbici rispetto a base di enzima bioelettrodi. ^{15 , 16} inoltre, EET vie possono potenzialmente essere utilizzate per modifiche elettricamente controllo o segnale di naturali o geneticamente microbici processi metabolici coinvolti, ad esempio, nella produzione di un prodotto desiderato o rilevamento di un analita o stimolo. La conduttività elettrica di elettrocatalitica biofilm, che li distingue da altri materiali biologici, è un aspetto centrale della loro proprietà elettrocatalitiche, ancora poco è capito circa il processo di EET fondo nell’ambiente dell’elettrodo, e ciò che è noto è fortemente contestata. ^{17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24}

Qui descritto è un metodo di 2 elettrodi per misurare la conducibilità attraverso biofilm living, elettrodo-coltivate utilizzando matrici interdigitating elettrodo (IDAs). IDAs consistono di elettrodi rettangolari paralleli modellati sulla superficie di vetro piano in modo tale che ogni altra band è collegata ai lati opposti della matrice risultante in 2 elettrodi (la fonte e scolo). L’esame attento di una IDA (Vedi ad esempio, la figura 6.12b di ref #1) rivela che il divario che separa le bande adiacenti è anche collegati in modo tale da formare un singolo spacco che intreccia avanti e indietro attraverso la matrice che separa i due elettrodi. Il risultato è un lungo e stretto che separa gli elettrodi di source e drain, ottenendo molto alta fonte-scarico correnti quando un materiale conduttivo è formato, il cast, polimerizzato o cresciuto (nel caso del tipo di biofilm considerato qui) la matrice. Inoltre, le piccole dimensioni degli elettrodi si traduce in piccolo sfondo corrente a causa della capacità di carica e di cambiare in stato di ossidazione del materiale conduttivo con cambio a cancello potenziale, poiché la quantità di materiale necessario per rendere la conducibilità le misurazioni con IDAs sono così piccole. La tecnica di base di IDA gating elettrochimico descritto qui, sviluppato per caratterizzare i polimeri conduttivi a film sottile,^2,3,4,25 solo recentemente è stata applicata ai sistemi viventi. ¹⁸ un’altra tecnica utilizzata per misurare la conducibilità dei biofilm vivente utilizzato un grande formato split elettrodi di source e drain e metri di origine per impostare la porta potenziali. ^{26 , 27} tuttavia, preoccupazioni per questi metodi sono state dettagliate in precedenza. ¹⁸

Incapsula il protocollo qui sotto la nostra esperienza con effettuare accurate misure di conduttività del vivere biofilm MCL Geobacter sulfurreducens e biocathode. G. sulfurreducens è un elettrodo di modello riducendo l’organismo in grado di utilizzare materiali insolubili, compresi gli elettrodi, come il ricettore dell’elettrone metabolica suola. Inoltre, forma biofilm spesse che sono in grado di trasportare elettroni su più celle di lunghezza, che lo rende un organismo modello ideale per studiare il trasferimento di elettroni a distanza extracellulare anodica. Includiamo anche dettagli per lo studio della biocathode MCL, un biofilm aerobica, autotrofi comunità mista isolato dal catodo di una cella a combustibile microbica bentonico. Biocathode MCL (così chiamato per i tre costituenti primari – Marinobacter, Chromatiaceaea e Labrenzia) è in grado di ossidanti un elettrodo come suo unico elettrone donatore e trasporto di elettroni su più celle di lunghezza, rendendo ha un interessante sistema di catodico per studiare. Inoltre, biocathode MCL ha la più alta conducibilità segnalata per un sistema vivente fino ad oggi utilizzando questi metodi. L’inclusione di questi biofilm elettroattivi diversificata in questo protocollo è destinato per evidenziare che questa tecnica è applicabile al trasporto di elettroni attraverso qualsiasi biofilm vivente in grado di interagire elettricamente con elettrodi di misura.