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。

1. 櫛型電極アレイ (IDA) 準備
<ol><li>市販の井田に非導べ電性基板上に電極を取得またはそれらを合成平版の標準的な方法を使用して。28 注: 井田寸法や材料変えることができるさまざまな実験に必要な条件に基づいて。IDAs はここで使用される商業的に得られ、配列の両端に大きな電極パッドに接続されているガラス基板上パターン 2 つの櫛型金電極から成っていた。電極は、大きい接触パッドに電極を接続するバス路線は薄い絶縁材料で被覆されている間にさらされています。IDAs 使用ここで 2 つの構成は、10 μ m 幅と 2 mm 長い金電極バンド (ソースおよびドレイン) のセットの間隔 5 μ m 離れてフラット ガラス表面の模様します。IDAs 使用ここ 65 電極対で (130 合計櫛型バンド) を持っていた。縞模様は、配列の両端の電極パッドに接続されます。</li>
	<li>ワイヤーし、井田を絶縁<ol>
<li>導電性銀エポキシを使用して各大きな電極パッドにワイヤを接続します。<ol>
<li>(手順は製造元によって異なる場合があります) 混合の棒またはピペット チップの使用に特定のエポキシの製造元の指示に従って導電性エポキシを準備します。</li>
			<li>実習テープを使ってその場でセキュリティで保護された金パッドごとに線を配置します。銀エポキシ混合ロッドまたはピペットの先端を使用してワイヤーとパッドをカバーします。</li>
			<li>慎重に治療法や治療法の使用特定の導電性銀エポキシの製造元の推奨事項に基づいた 1 h の 80 ° C のオーブンに移動します。</li>
			<li>エポキシが硬化後は、マルチメータを使用ワイヤーの端とパッドの間の電気接続を確保します。ワイヤーとパッドの間の抵抗は、< 5 Ω をする必要があります。また、マルチメータを使用して、配列を短いこれ導電性エポキシは複数の電極パッドを接続なしを確認します。導電性エポキシが複数のリードを接続している場合は、スクライブを使用してリード線を切り離します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>熱、電気、および防水絶縁材料との接続をコーティングすることにより epoxied 接続を絶縁しなさい。難燃性ポリウレタン樹脂は、適しています。<ol>
<li>絶縁材料の金型として (約 2.5 mL マーク) で 15 mL の円錐形遠心管の先端を取り外します。21 g の針を使用してを介して突出するワイヤーのための底の 2 つの小さい穴を作る。</li>
			<li>金型と金型の下の穴からワイヤーに IDA を挿入します。</li>
			<li>特定の絶縁材料を準備します。得られる特定の樹脂と共に提供された指示に従います。</li>
			<li>銀エポキシが完全に、金型内に絶縁体をピペット (~2.5 mL) をカバーし、製造元の仕様に従って乾燥することができます。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 電気化学リアクターのセットアップ、テスト、および接種
<ol><li>電気化学セルを設定します。<ol>
<li>井田、カウンター電極、参照電極を電気化学セルに挿入します。 注: 電極のすべてが収まる限り、電気化学リアクターを使用することができます広く、異なります。1 つの考慮事項は、参照電極が作用電極に可能な限り近い与えられるべきこと原子炉の実用的な限界です。ここでは、電極から参照電極 2 ~ 3 cm 単室炉を使用します。また、対向電極は、それは、システムで制限されていませんように作用電極より大きくなければなりません。</li>
		<li>純粋培養で作業する場合、内部カウンター電極が付いているリアクターを殺菌します。10 分と 10 分間滅菌脱イオン水 5 の漂白剤に浸漬した IDA を滅菌するために漂白剤に浸漬によって参照電極を殺菌しなさい s に続いて 10 の無菌純水原子炉に挿入する前に s。</li>
		<li>滅菌中のバイオ フィルムの成長に最適な電気化学セルを入力します。G. sulfurreducens17,18, フマル酸を除く淡水媒体を使用します。Biocathode MCL、9人工海水培地を使用します。9
</li>
		<li>Bipotentiostat に電極を接続します。カウンターのリードに作業鉛 1 井田電極、ワーキング リード 2 に他の井田電極、参照電極基準リードを対向電極を接続します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
IDAs の電気化学的テスト。 注: このテストの主な目的は、2 つの電極は電気的に絶縁を確認してくださいすることです。すべての電気化学的手法が、bipotentiostat を制御するために使用するソフトウェアで使用可能です。<ol>
<li>適切な IDA 機能、bipotentiostat を使用するために (前のバイオ フィルムの成長) に、制御導電性テストを実行します。<ol>
<li>1 分の各電極の開回路電位を測定。 注: いくつかの楽器の開回路電位達成されなければならない定電流コレクション プログラムを使用して、電流を 0 に設定して mA。</li>
			<li>電極 2 20 mV/s でサイクリックボルタンメトリー (彼女) 対 +0.6 V に 0.2 V 間 1 電極上の実行中の開回路電位を測定。 注: 必要な場合他の境界と CV のスキャン料金を使用することがことができます。しかし、水素または酸素の生成につながる可能性を避けるため。</li>
			<li>電気化学測定装置のソフトウェアを使用して履歴書の中に 2 電極で測定開回路電位が電極 1 の可能性を反映しないを確認します。 注: 電極 2 の開回路電位を変更可能性がありますが、それは電極 1 の可能性の独立したする必要があります。</li>
			<li>2 電極と電極 1 の開回路電位測定の可能性、制御を除いて 2.2.1.3 を通じて 2.2.1.1 手順を繰り返します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>Bipotentiostat ソフトウェアを使用して関連するゲルロボットのバイオ フィルムの必要な成長の可能性に電極の可能性を設定します。たとえば、 Geobacter sulfurreducensまたは biocathode MCL の (彼女) 対 +0.31 V の 0.5 V (彼女) の対を使用します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>関連するゲルロボットのバイオ フィルムを成長します。<ol>
<li>標準的な無菌微生物技術を使用して目的の電気化学的活性微生物のストックの文化/濃縮から電気化学リアクターを接種します。標準的なテストのために、1:20 で接種率 (原子炉ボリュームに接種) 外径600 = 0.5 文化。</li>
		<li>必要なレベル (~ 200 rpm) とインキュベーターに原子炉で攪拌を設定/興味のバイオ フィルムの成長条件に基づいて所望の温度を水のお風呂。G. sulfurreducens、最適な成長のため、30 ° C を使用します。</li>
		<li>バイオの 2 つの電極を分離するギャップを埋めるまで、関心の糖化の特定の要件に基づいてシステムを孵化させなさい。定常のg. sulfurreducensバイオ フィルム、7 〜 10 日間孵化させなさい。Biocathode MCL、~ 7 日を孵化させなさい。それぞれのケースで 30 ° C に温度を制御します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 電気化学的ゲーティング実験
<ol><li>ゲート測定用電流-電位依存性を決定するため使用する実験的パラメーターを選択します。
	<ol>
<li>ゲート システムの潜在的な (EG) 曲線と (ISD) 伝導電流を取得する IDA に適用されますゲート電位の範囲を決定します。 注: 可能な酸化還元活性を持つすべての電位は、ゲート電位検査の範囲がカバーするべき。興味のシステムに関する情報がない場合広い潜在的な範囲は使用される (+0.6 V 対彼女に-0.55) をする必要があります。調査の下でシステムに基づく範囲を微調整する試行錯誤手法を使用できます。潜在的なゲート、として定義されます。 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq1.jpg"> EDはドレイン電極の潜在性、ESはソース電極の潜在性。使用されるゲート電位の範囲は、要件および興味の特定のシステムの制限事項によって制限されます。18 注: これらのプロセスは、バイオ フィルムを損傷することとして、酸素と水素の進化になりますソース ・ ドレイン電位を避けるべき。</li>
		<li>ソースからドレインにフィルムを通して電子輸送の原動力として使用、ソース ・ ドレイン間電圧 (VSD) を決定します。ソース ・ ドレイン間電圧、として定義されます。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq2.jpg"> 注:、VSDに比例して私のSDは、ソース ・ ドレイン間電圧を十分に小さくなければなりません。17
</li>
		<li>EGはシステムで各ゲート電位の定常状態で近似できるので、私はSDの独立した時間と線形変更されたスキャン レート (v) を選択します。 注: より小さい 0.002 V/秒のスキャン レートは生物学的システムのよく使用されます。29,30
</li>
		<li>ゲートの測定を実行する bipotentiostat ソフトウェアをセットアップ (すなわち掃引ゲート潜在的な) 選択範囲、選択したソース ・ ドレイン間電圧、上記の考慮事項に基づいて目的のスキャン率。 注: g. sulfurreducens、17,19 EGを使用した前のゲート測定の (彼女)、対 0.6 V まで-0.55 V = VSD = 0.01 V または 0.1 V、v = 0.001 V/s。EG Biocathode MCL の = 0.25 V (彼女)、対 0.7 V を VSD = 0.002 V は、v = 0.0002 V/s。<ol>
<li>さらに、VSDとベースライン測定を実行 = 0.000 V (すなわち、同時に撮影した各個々 の電極で CV) 3.1.3 のステップで選択した同じ v で。</li>
		</ol>
</li>
		<li>3.1.4 (水溶性の電子供与体と受容体の存在) の両方の売り上げ高の下で条件と非回転率 (水溶性電子供与体や受容体) なしの条件を使用してゲートの測定を実行します。 注: 非回転条件が有利な測定は酸化や細胞代謝の可溶性化合物の還元によって隠されていないので後使用条件に関係なく同様の結果を得ることが必要バック グラウンド電流 (3.1.8 の詳細) を減算します。<ol>
<li>電極の細菌の増殖の使用として同じ原子炉媒体を使用して売り上げ高の条件を達成します。この媒体には、 g. sulfurreducens、17またはアクセプター Biocathode MCL の酸素などの酢酸などの水溶性の電子供与体が含まれています。</li>
			<li>水溶性電子ドナーやアクセプタを省略すると、同じの原子炉媒体を除き、電極の細菌の増殖に使用することによって非回転条件を達成します。ポテンショスタットがオフであることを確認、したら無菌培地を削除し、陽極システム用電子供与体やカソード用アクセプターなし新鮮な培地で追加します。また、連続的な流れのシステムはゆっくりと nonturnover 条件の目的の中でメディアの交換を設定できます。 注: 場合、酸素 (biocathode MCL) は水溶性の電子アクセプター、sparge ~ 15% CO2と 85% N2 (または媒体で正しい pH を維持するガスの混合物) の混在するシステム。</li>
		</ol>
</li>
		<li>ゲートの測定が完了したら、再 (2.2.2 と同じ値を使用して) を安定させるためのシステムを許可するように潜在的な成長に戻る各電極の電位を設定するのにポテンシオスタット ソフトウェアを使用します。</li>
		<li>上記のすべての条件が満たされた場合 (私SD v とは無関係ですが、VSDに比例) 前述31として次の方程式を用いた電気伝導SD値を変換私 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq3.jpg"> <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq4.jpg">
</li>
		<li>ここで G はコンダクタンスと S スケール ファクターはシステムに依存し、電極サイズ、ギャップ サイズ、およびバイオ フィルムの高さなどの変数の要因です。特定のシステムは、あらかじめ決められた方程式から S を決定できます。31また、S で計算できます数値モデリング ソフトウェア詳細として以前。17
</li>
		<li>形状と伝導電流の大きさを識別するためにバック グラウンド電流を減算します。VSDで発生する電流を引くか =0.00 V VSDで生成された、現在から 0.01 V または VSDで生成する現在のソースからドレインを電流を引く削除いずれかメソッド バック グラウンド電流で、残して (動) 0.01伝導の電流だけ。</li>
	</ol></li>
	<li>温度依存の電気化学的ゲーティング測定
	<ol>
<li>興味の温度の範囲を決定します。この範囲、しかし生理学的関連性の高い温度を使用する必要があります調査の下でシステムに大きく依存。 注: 以前の研究は中温微生物の生理学的条件下での電子輸送の研究に 10 ° C ~ 30 ° C の温度範囲を使用しています。17
</li>
		<li>循環式水槽や原子炉温度とセット ポイントと媒体の実際の温度が同じであることを確認するコントロールの原子炉を規制するインキュベーターを取得します。<ol>
<li>井田はどこにある温度計か熱電対を制御原子炉に配置します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>私の売り上げ高の下で選択した温度および nonturnover (3.1.5 の手順で説明します) の範囲 (3.1.4 参照)SD測定を行う条件を以下の 2 つの手順のいずれか、次の bipotentiostat を使用します。<ol>
<li>(3.1 参照)、上記私の EG曲線対SDを生成興味の温度範囲にわたって各温度の。G. sulfurreducensと Biocathode MCL, 各温度からピーク電流を使用して、私の T 依存性対SDを決定など、導電性酸化還元を展示材料。 注: このメソッドは、完全私 EG対SDは各温度のカーブが、2 番目のオプションより多くの時間を必要がありますを生成する使用は。</li>
			<li>代わりに、設定を押し実施の最大の収穫で潜在的なゲート IDA 現在、bipotentiostat を使用して (私のSDから得られる対 EGカーブ、ステップ 3.1.4) しながら bipotentiostat を使用して最大の伝導電流を記録温度が温度水浴やインキュベーターのオンボードのコントロールを使用して選択範囲内の循環します。 注: ここでは、電極/原子炉ジオメトリを持つ私SDと T が安定するまで少なくとも 20 分・平均私はSDを安定のため、各温度に使用されます。もっとまたはより少なく安定時間必要があります特定のシステムに基づきます。このメソッドは、最初のものより高速ですし、バイオ フィルムに少ないストレスの原因します。ただし、完全ゲーティング曲線は生成されません。</li>
			<li>他に 1 つのセット ポイントから温度をサイクルし、オンボードのコントロールを使用して、再度バックアップ孵卵器の温度を確保することへの反応の可逆性を決定するため風呂の水循環に害のないバイオ フィルム。</li>
		</ol>
</li>
		<li>インキュベーターまたは水浴のオンボードのコントロールを使用して正常な成長温度に温度をリセットでき、システムを安定させます。 注: 酸化還元コンダクターの私のSDと 1/T のデータが適合するアレニウス率式で次のように活性化エネルギーの計算を可能にします。 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq5.jpg"> <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq6.jpg"> 場所 E、隣接する酸化還元補因子とkとの間の電子移動の活性化エネルギーはボルツマン定数。</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
	<li>Boyd, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biofilms in Bioelectrochemical Systems. , 177-210 (2015).</li><li>Natan, M. J., Wrighton, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemically+modified+microelectrode+arrays.">Chemically modified microelectrode arrays.</a> Prog Inorg Chem. 7, 391-494 (1990).</li><li>Paul, E. W., Ricco, A. J., Wrighton, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resistance+of+polyaniline+films+as+a+function+of+electrochemical+potential+and+the+fabrication+of+polyaniline-based+microelectronic+devices.">Resistance of polyaniline films as a function of electrochemical potential and the fabrication of polyaniline-based microelectronic devices.</a> J Phys Chem-US. 89, 1441-1447 (1985).</li><li>Dalton, E. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+transport+in+electroactive+polymers+consisting+of+fixed+molecular+redox+sites.">Charge transport in electroactive polymers consisting of fixed molecular redox sites.</a> Chem Phys. 141, 143-157 (1990).</li><li>Chidsey, C. E. D., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroactive+Polymers+and+Macromolecular+Electronics.">Electroactive Polymers and Macromolecular Electronics.</a> Science. 231, 25-31 (1986).</li><li>Chidsey, C. E. D., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox+capacity+and+direct+current+electron+conductivity+in+electroactive+materials.">Redox capacity and direct current electron conductivity in electroactive materials.</a> J Phys Chem-US. 90, 1479-1484 (1986).</li><li>Gregoire, K. P., Glaven, S. M., Hervey, J., Lin, B., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enrichment+of+a+High-Current+Density+Denitrifying+Microbial+Biocathode.">Enrichment of a High-Current Density Denitrifying Microbial Biocathode.</a> J Electrochem Soc. 161, H3049-H3057 (2014).</li><li>Siegert, M., Yates, M. D., Spormann, A. M., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methanobacterium+dominates+biocathodic+Archaeal+communities+in+methanogenic+microbial+electrolysis+cells.">Methanobacterium dominates biocathodic Archaeal communities in methanogenic microbial electrolysis cells.</a> ACS Sus Chem Eng. 3, 1668-1676 (2015).</li><li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+previously+uncharacterized,+nonphotosynthetic+member+of+the+Chromatiaceae+is+the+primary+CO2-fixing+constituent+in+a+self-regenerating+biocathode.">A previously uncharacterized, nonphotosynthetic member of the Chromatiaceae is the primary CO2-fixing constituent in a self-regenerating biocathode.</a> Appl Environ Microbiol. 81, 699-712 (2015).</li><li>Marshall, C. W., Ross, D. E., Fichot, E. B., Norman, R. S., May, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+Operation+of+Microbial+Electrosynthesis+Systems+Improves+Acetate+Production+by+Autotrophic+Microbiomes.">Long-term Operation of Microbial Electrosynthesis Systems Improves Acetate Production by Autotrophic Microbiomes.</a> Environ Sci Technol. 47, 6023-6029 (2013).</li><li>Strik, D. P. B. T. B., Picot, M., Buisman, C. J. N., Barri&#232;re, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=pH+and+Temperature+Determine+Performance+of+Oxygen+Reducing+Biocathodes.">pH and Temperature Determine Performance of Oxygen Reducing Biocathodes.</a> Electroanalysis. 25, 652-655 (2013).</li><li>Strycharz, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reductive+dechlorination+of+2-chlorophenol+by+Anaeromyxobacter+dehalogenans+with+an+electrode+serving+as+the+electron+donor.">Reductive dechlorination of 2-chlorophenol by Anaeromyxobacter dehalogenans with an electrode serving as the electron donor.</a> Environ Microbiol Report. 2, 289-294 (2010).</li><li>Yates, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+Electrochemical+Energy+Storage+and+Recovery+in+a+Combined+Electrotrophic+and+Electrogenic+Biofilm.">Microbial Electrochemical Energy Storage and Recovery in a Combined Electrotrophic and Electrogenic Biofilm.</a> Environ Sci Technol Lett. 4, 374-379 (2017).</li><li>Tender, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Harnessing+microbially+generated+power+on+the+seafloor.">Harnessing microbially generated power on the seafloor.</a> Nature Biotechnology. 20, 821-825 (2002).</li><li>Yates, M. D., Siegert, M., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+evolution+catalyzed+by+viable+and+non-viable+cells+on+biocathodes.">Hydrogen evolution catalyzed by viable and non-viable cells on biocathodes.</a> Int J Hydrogen Energ. 39, 16841-16851 (2014).</li><li>Fokina, O., Eipper, J., Winandy, L., Kerzenmacher, S., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+performance+of+a+biofuel+cell+cathode+with+laccase-containing+culture+supernatant+from+Pycnoporus+sanguineus.">Improving the performance of a biofuel cell cathode with laccase-containing culture supernatant from Pycnoporus sanguineus.</a> Bioresource Technol. 175, 445-453 (2015).</li><li>Yates, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermally+activated+long+range+electron+transport+in+living+biofilms.">Thermally activated long range electron transport in living biofilms.</a> Phys Chem Chem Phys. 17, 32564-32570 (2015).</li><li>Yates, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+conductivity+of+living+Geobacter+sulfurreducens+biofilms.">Measuring conductivity of living Geobacter sulfurreducens biofilms.</a> Nat Nano. 11, 910-913 (2016).</li><li>Snider, R. M., Strycharz-Glaven, S. M., Tsoi, S. D., Erickson, J. S., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+electron+transport+in+Geobacter+sulfurreducens+biofilms+is+redox+gradient-driven.">Long-range electron transport in Geobacter sulfurreducens biofilms is redox gradient-driven.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 109, 15467-15472 (2012).</li><li>Strycharz-Glaven, S. M., Snider, R. M., Guiseppi-Elie, A., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+electrical+conductivity+of+microbial+nanowires+and+biofilms.">On the electrical conductivity of microbial nanowires and biofilms.</a> Energ Environ Sci. 4, 4366-4379 (2011).</li><li>Malvankar, N. S., Tuominen, M. T., Lovley, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comment+on+"On+electrical+conductivity+of+microbial+nanowires+and+biofilms"+by+S.+M.+Strycharz-Glaven,+R.+M.+Snider,+A.+Guiseppi-Elie+and+L.+M.+Tender,+Energy+Environ.+Sci.,+2011,+4,+4366.">Comment on "On electrical conductivity of microbial nanowires and biofilms" by S. M. Strycharz-Glaven, R. M. Snider, A. Guiseppi-Elie and L. M. Tender, Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4366.</a> Energy Environ. Sci. 5, 6247-6249 (2012).</li><li>Malvankar, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+metallic-like+conductivity+in+microbial+nanowire+networks.">Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks.</a> Nat Nanotechnol. 6, 573-579 (2011).</li><li>Strycharz-Glaven, S. M., Tender, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reply+to+the+'Comment+on+"On+electrical+conductivity+of+microbial+nanowires+and+biofilms"'+by+N.+S.+Malvankar,+M.+T.+Tuominen+and+D.+R.+Lovley,+Energy+Environ.+Sci.,+2012,+5.">Reply to the 'Comment on "On electrical conductivity of microbial nanowires and biofilms"' by N. S. Malvankar, M. T. Tuominen and D. R. Lovley, Energy Environ. Sci., 2012, 5.</a> Energy Environ. Sci. 5, 6250-6255 (2012).</li><li>Strycharz-Glaven, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+Transport+through+Early+Exponential-Phase+Anode-Grown+Geobacter+sulfurreducens+Biofilms.">Electron Transport through Early Exponential-Phase Anode-Grown Geobacter sulfurreducens Biofilms.</a> Chem Electro Chem. 1, 1957-1965 (2014).</li><li>Chidsey, C. E., Feldman, B. J., Lundgren, C., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micrometer-spaced+platinum+interdigitated+array+electrode:+fabrication,+theory,+and+initial+use.">Micrometer-spaced platinum interdigitated array electrode: fabrication, theory, and initial use.</a> Anal Chem. 58, 601-607 (1986).</li><li>Li, C., Lesnik, K. L., Fan, Y., Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox+Conductivity+of+Current-Producing+Mixed+Species+Biofilms.">Redox Conductivity of Current-Producing Mixed Species Biofilms.</a> PLOS ONE. 11, e0155247 (2016).</li><li>Malvankar, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+metallic-like+conductivity+in+microbial+nanowire+networks.">Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks.</a> Nat Nano. 6, 573-579 (2011).</li><li>Ing, N. L., Nusca, T. D., Hochbaum, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geobacter+sulfurreducens+pili+support+ohmic+electronic+conduction+in+aqueous+solution.">Geobacter sulfurreducens pili support ohmic electronic conduction in aqueous solution.</a> Phys Chem Chem Phys. 19, 21791-21799 (2017).</li><li>Fricke, K., Harnisch, F., Schr&#246;der, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+use+of+cyclic+voltammetry+for+the+study+of+anodic+electron+transfer+in+microbial+fuel+cells.">On the use of cyclic voltammetry for the study of anodic electron transfer in microbial fuel cells.</a> Energ Environ Sci. 1, 144-147 (2008).</li><li>Marsili, E., Rollefson, J. B., Baron, D. B., Hozalski, R. M., Bond, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+biofilm+voltammetry:+direct+electrochemical+characterization+of+catalytic+electrode-attached+biofilms.">Microbial biofilm voltammetry: direct electrochemical characterization of catalytic electrode-attached biofilms.</a> Appl Environ Microbiol. 74, 7329-7337 (2008).</li><li>Kankare, J., Kupila, E. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-situ+conductance+measurement+during+electropolymerization.">In-situ conductance measurement during electropolymerization.</a> J Electroanal Chem. 322, 167-181 (1992).</li><li>Byun, H. S., Pirbadian, S., Nakano, A., Shi, L., El-Naggar, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+Monte+Carlo+Simulations+and+Molecular+Conductance+Measurements+of+the+Bacterial+Decaheme+Cytochrome+MtrF.">Kinetic Monte Carlo Simulations and Molecular Conductance Measurements of the Bacterial Decaheme Cytochrome MtrF.</a> Chem Electro Chem. 1, 1932-1939 (2014).</li><li>El Kasmi, A., Wallace, J. M., Bowden, E. F., Binet, S. M., Linderman, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+interfacial+electron-transfer+kinetics+of+cytochrome+c+with+mixed+self-assembled+monolayers.">Controlling interfacial electron-transfer kinetics of cytochrome c with mixed self-assembled monolayers.</a> J Am Chem Soc. 120, 225-226 (1998).</li><li>Bortolotti, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Reorganization+Energy+in+Cytochrome+c+is+Controlled+by+the+Accessibility+of+the+Heme+to+the+Solvent.">The Reorganization Energy in Cytochrome c is Controlled by the Accessibility of the Heme to the Solvent.</a> J Phys Chem Lett. 2, 1761-1765 (2011).</li><li>Gallaway, J. W., Calabrese Barton, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+Redox+Polymer-Mediated+Enzyme+Electrodes.">Kinetics of Redox Polymer-Mediated Enzyme Electrodes.</a> J Am Chem Soc. 130, 8527-8536 (2008).</li><li>Thackeray, J. W., White, H. S., Wrighton, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(3-methylthiophene)-coated+electrodes:+optical+and+electrical+properties+as+a+function+of+redox+potential+and+amplification+of+electrical+and+chemical+signals+using+poly(3-methylthiophene)-based+microelectrochemical+transistors.">Poly(3-methylthiophene)-coated electrodes: optical and electrical properties as a function of redox potential and amplification of electrical and chemical signals using poly(3-methylthiophene)-based microelectrochemical transistors.</a> J Phys Chem-US. 89, 5133-5140 (1985).</li><li>Jugnet, Y., Tourillon, G., Duc, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+of+Intrinsic+Extended+&#960;-Bonding+Band+and+Metalliclike+Behavior+in+Undoped+and+Doped+Electropolymerized+Poly+(3-methylthiophene)+Films.">Evidence of Intrinsic Extended &#960;-Bonding Band and Metalliclike Behavior in Undoped and Doped Electropolymerized Poly (3-methylthiophene) Films.</a> Phys Rev Lett. 56, 1862-1865 (1986).</li></ol>

著者が明らかに何もありません。

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...

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。

<table><tbody><tr><td>IDAs</td><td>CH Instruments</td><td>012125</td><td>Manufactured by ALS-Japan; sold by CH Instruments</td></tr><tr><td>Wire</td><td>Digikey</td><td>W7-ND</td><td></td></tr><tr><td>Conductive silver epoxy</td><td>Electron microscopy sciences</td><td>12670-EE</td><td></td></tr><tr><td>Insulating material</td><td>3M</td><td>2131-B</td><td>Scotchast flame retardant compound</td></tr><tr><td>15 mL conical centrifuge tube</td><td>VWR</td><td>89004-368</td><td></td></tr><tr><td>21g needle</td><td>VWR</td><td>BD-305165</td><td></td></tr><tr><td>5 mL pipette tips</td><td>VWR</td><td>82018-842</td><td></td></tr><tr><td>5 mL pipettor</td><td>VWR</td><td>89079-976</td><td></td></tr><tr><td>Freshwater medium components</td><td>Sigma Aldrich</td><td>All standard laboratory chemicals</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Ammonium chloride</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Sodium phosphate monobasic</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Sodium bicarbonate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Artificial seawater medium components</td><td>Sigma Aldrich</td><td>All standard laboratory chemicals</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Sodium chloride</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Magnesium chloride hexahydrate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Magnesium sulfate heptahydrate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Potassium chloride</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Sodium bicarbonate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Calcium chloride dihydrate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Ammonium chloride</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; Potassium phosphate dibasic</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ag/AgCl reference electrode</td><td>Basi</td><td>MF-2079</td><td></td></tr><tr><td>Graphite rod counter electrode</td><td>Electron microscopy sciences</td><td>70230</td><td></td></tr><tr><td>Recirculating water bath</td><td>Thermo Scientific</td><td>152-5256</td><td></td></tr><tr><td>Bipotentiostat</td><td>Pine Instruments</td><td>WD-20</td><td>http://www.voltammetry.net/pine/aftermath/user</td></tr><tr><td>Stir bars</td><td>VWR</td><td>58947-114</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;G. sulfurreducens&lt;/em&gt; culture</td><td>ATCC</td><td>51573</td><td></td></tr><tr><td>Jacketed reactor</td><td>Pine Instruments</td><td>RRPG085</td><td></td></tr></tbody></table>

characterizing electron transport through living biofilms

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。

IDAs いた有線、絶縁および 2 つの電極がお互い (図 1) から電気的に絶縁を確認するテストします。原子炉完成、 g. sulfurreducens、接種、バイオ フィルム、電極間のギャップを橋渡しするまでインキュベートしました。G. sulfurreducensバイオ フィルムは配列をカバーすることを視覚的に見ることができます。他のバイオ フィルムは、研究...

Watch this Scientific Journal Video about Characterizing Electron Transport through Living Biofilms at JoVE.com

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

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。

生きているバイオ フィルムにおける電子輸送特性評価

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

characterizing-electron-transport-through-living-biofilms

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Electrochemistry

SCIENTISTS IN ACTION

8.4K ビュー.  Naval Research Laboratory. 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。

ビデオ: Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup controlled by a potentiostat. Thereby the use of potentiostats allows an exact adjustment of the electrode potential and ensures reproducible microbial culturing conditions. During growth the current production is monitored using chronoamperometry (CA). Based on these data the maximum current density (jmax) and the coulombic efficiency (CE) are discussed as measures for characterization of the bioelectrocatalytic performance. Cyclic voltammetry (CV), a nondestructive, i.e. noninvasive, method, is used to study the extracellular electron transfer (EET) of electroactive bacteria. CV measurements are performed on anodic biofilm electrodes in the presence of the microbial substrate, i.e. turnover conditions, and in the absence of the substrate, i.e. nonturnover conditions, using different scan rates. Subsequently, data analysis is exemplified and fundamental thermodynamic parameters of the microbial EET are derived and explained: peak potential (Ep), peak current density (jp), formal potential (Ef) and peak separation (&#916;Ep). Additionally the limits of the method and the state-of the art data analysis are addressed. Thereby this video-article shall provide a guide for the basic experimental steps and the fundamental data analysis.

Chronoamperometric growth of anodic electroactive microbial biofilms in a fed-batch reactor using a three-electrode setup, controlled by a potentiostat, is demonstrated. The extracellular electron transfer is characterized using cyclic voltammetry in the presence of the electron donor and in the absence of the electron donor. Fundamental data analysis is demonstrated.

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup ...

環境学

Electrochemical Detection of Deuterium Kinetic Isotope Effect on Extracellular Electron Transport in Shewanella oneidensis MR-1

Direct electrochemical detection of c-type cytochrome complexes embedded in the bacterial outer membrane (outer membrane c-type cytochrome complexes; OM c-Cyts) has recently emerged as a novel whole-cell analytical method to characterize the bacterial electron transport from the respiratory chain to the cell exterior, referred to as the extracellular electron transport (EET). While the pathway and kinetics of the electron flow during the EET reaction have been investigated, a whole-cell electrochemical method to examine the impact of cation transport associated with EET has not yet been established. In the present study, an example of a biochemical technique to examine the deuterium kinetic isotope effect (KIE) on EET through OM c-Cyts using a model microbe, Shewanella oneidensis MR-1, is described. The KIE on the EET process can be obtained if the EET through OM c-Cyts acts as the rate-limiting step in the microbial current production. To that end, before the addition of D2O, the supernatant solution was replaced with fresh media containing a sufficient amount of the electron donor to support the rate of upstream metabolic reactions, and to remove the planktonic cells from a uniform monolayer biofilm on the working electrode. Alternative methods to confirm the rate-limiting step in microbial current production as EET through OM c-Cyts are also described. Our technique of a whole-cell electrochemical assay for investigating proton transport kinetics can be applied to other electroactive microbial strains.

Electrochemical Detection of Deuterium Kinetic Isotope Effect on Extracellular Electron Transport in Shewanella oneidensis MR-1

Here we present a protocol of whole-cell electrochemical experiments to study the contribution of proton transport to the rate of extracellular electron transport via the outer-membrane cytochromes complex in Shewanella oneidensis MR-1.

電気化学検出の重水素速度論的同位体効果シェワネラ oneidensis氏 1 の細胞外電子輸送

Direct electrochemical detection of c-type cytochrome complexes embedded in the bacterial outer membrane (outer membrane c-type cytochrome complexes; OM ...

生化学

Characterization of Aquatic Biofilms with Flow Cytometry

Biofilms are dynamic consortia of microorganism that play a key role in freshwater ecosystems. By changing their community structure, biofilms respond quickly to environmental changes and can be thus used as indicators of water quality. Currently, biofilm assessment is mostly based on integrative and functional endpoints, such as photosynthetic or respiratory activity, which do not provide information on the biofilm community structure. Flow cytometry and computational visualization offer an alternative, sensitive, and easy-to-use method for assessment of the community composition, particularly of the photoautotrophic part of freshwater biofilms. It requires only basic sample preparation, after which the entire sample is run through the flow cytometer. The single-cell optical and fluorescent information is used for computational visualization and biological interpretation. Its main advantages over other methods are the speed of analysis and the high-information-content nature. Flow cytometry provides information on several cellular and biofilm traits in a single measurement: particle size, density, pigment content, abiotic content in the biofilm, and coarse taxonomic information. However, it does not provide information on biofilm composition on the species level. We see high potential in the use of the method for environmental monitoring of aquatic ecosystems and as an initial biofilm evaluation step that informs downstream detailed investigations by complementary and more detailed methods.

Flow cytometry in combination with visual clustering offers an easy-to-use and fast method for studying aquatic biofilms. It can be used for biofilm characterization, detection of changes in biofilm community structure, and detection of abiotic particles embedded in the biofilm.

フローサイトメトリーによる水生バイオ フィルムの特性

Biofilms are dynamic consortia of microorganism that play a key role in freshwater ecosystems. By changing their community structure, biofilms respond ...

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) and their roles in environmental microbiology. This study outlines a method to cultivate biofilm attachment to the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and achieve in situ chemical mapping of a living biofilm by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). This is done through the culturing of bacteria both outside and within the SALVI channel with our specialized setup, as well as through optical imaging techniques to detect the biofilm presence and thickness before ToF-SIMS analysis. Our results show the characteristic peaks of the Shewanella biofilm in its natural hydrated state, highlighting upon its localized water cluster environment, as well as EPS fragments, which are drastically different from the same biofilm's dehydrated state. These results demonstrate the breakthrough capability of SALVI that allows for in situ biofilm imaging with a vacuum-based chemical imaging instrument.

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

This article presents a method for growing a biofilm for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry for chemical mapping in its hydrated state, enabled by a microfluidic reactor, System for Analysis at the liquid Vacuum Interface. The Shewanella oneidensis MR-1 with green fluorescence protein was used as a model.

その場でサルヴィ、TOF-SIMSシェワネラ oneidensis MR1 バイオ フィルムの特性

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) ...

化学

Concurrent Quantification of Cellular and Extracellular Components of Biofilms

Confocal laser scanning microscopy (CLSM) is a powerful tool for investigation of biofilms. Very few investigations have successfully quantified concurrent distribution of more than two components within biofilms because: 1)&#160;selection of fluorescent dyes having minimal spectral overlap is complicated, and 2)&#160;quantification of multiple fluorochromes poses a multifactorial problem. Objectives: Report a methodology to quantify and compare concurrent 3-dimensional distributions of three cellular/extracellular components of biofilms grown on relevant substrates. Methods: The method consists of distinct, interconnected steps involving biofilm growth, staining, CLSM imaging, biofilm structural analysis and visualization, and statistical analysis of structural parameters. Biofilms of Streptococcus mutans (strain UA159) were grown for 48 hr on sterile specimens of Point 4 and TPH3 resin composites. Specimens were subsequently immersed for 60 sec in either Biot&#232;ne PBF (BIO) or Listerine Total Care (LTO) mouthwashes, or water (control group; n=5/group). Biofilms were stained with fluorochromes for extracellular polymeric substances, proteins and nucleic acids before imaging with CLSM. Biofilm structural parameters calculated using ISA3D image analysis software were biovolume and mean biofilm thickness. Mixed models statistical analyses compared structural parameters between mouthwash and control groups (SAS software; &#945;=0.05). Volocity software permitted visualization of 3D distributions of overlaid biofilm components (fluorochromes). Results: Mouthwash BIO produced biofilm structures that differed significantly from the control (p&#60;0.05) on both resin composites, whereas LTO did not produce differences (p&#62;0.05) on either product. Conclusions: This methodology efficiently and successfully quantified and compared concurrent 3D distributions of three major components within S. mutans biofilms on relevant substrates, thus overcoming two challenges to simultaneous assessment of biofilm components. This method can also be used to determine the efficacy of antibacterial/antifouling agents against multiple biofilm components, as shown using mouthwashes. Furthermore, this method has broad application because it facilitates comparison of 3D structures/architecture of biofilms in a variety of disciplines.

A protocol for the concurrent quantification and comparison of three cellular and extracellular components within biofilms is presented. The methodology involves the use of confocal laser scanning microscopy, biofilm structural analysis and visualization software, and statistical analysis software.

Confocal laser scanning microscopy (CLSM) is a powerful tool for investigation of biofilms. Very few investigations have successfully quantified ...

免疫・感染学

Methods for Characterizing the Co-development of Biofilm and Habitat Heterogeneity

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is strongly regulated by the surrounding flow and nutritional environment. Biofilm growth also increases the heterogeneity of the local microenvironment by generating complex flow fields and solute transport patterns. To investigate the development of heterogeneity in biofilms and interactions between biofilms and their local micro-habitat, we grew mono-species biofilms of Pseudomonas aeruginosa and dual-species biofilms of P. aeruginosa and Escherichia coli under nutritional gradients in a microfluidic flow cell. We provide detailed protocols for creating nutrient gradients within the flow cell and for growing and visualizing biofilm development under these conditions. We also present protocols for a series of optical methods to quantify spatial patterns in biofilm structure, flow distributions over biofilms, and mass transport around and within biofilm colonies. These methods support comprehensive investigations of the co-development of biofilm and habitat heterogeneity.

Biofilms have complex interactions with their surrounding environment. To comprehensively investigate biofilm-environment interactions, we present here a series of methods to create heterogeneous chemical environment for biofilm development, to quantify local flow velocity, and to analyze mass transport in and around biofilm colonies.

バイオフィルムと生息地異質の共同開発を特徴付けるための方法

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is ...

生物工学

Methodologies for Studying B. subtilis Biofilms as a Model for Characterizing Small Molecule Biofilm Inhibitors

This work assesses different methodologies to study the impact of small molecule biofilm inhibitors, such as D-amino acids, on the development and resilience of Bacillus subtilis biofilms. First, methods are presented that select for small molecule inhibitors with biofilm-specific targets in order to separate the effect of the small molecule inhibitors on planktonic growth from their effect on biofilm formation. Next, we focus on how inoculation conditions affect the sensitivity of multicellular, floating B. subtilis cultures to small molecule inhibitors. The results suggest that discrepancies in the reported effects of such inhibitors such as D-amino acids are due to inconsistent pre-culture conditions. Furthermore, a recently developed protocol is described for evaluating the contribution of small molecule treatments towards biofilm resistance to antibacterial substances. Lastly, scanning electron microscopy (SEM) techniques are presented to analyze the three-dimensional spatial arrangement of cells and their surrounding extracellular matrix in a B. subtilis biofilm. SEM facilitates insight into the three-dimensional biofilm architecture and the matrix texture. A combination of the methods described here can greatly assist the study of biofilm development in the presence and absence of biofilm inhibitors, and shed light on the mechanism of action of these inhibitors.

Methodologies for Studying B. subtilis Biofilms as a Model for Characterizing Small Molecule Biofilm Inhibitors

This study presents the development of reproducible methodologies to study biofilm inhibitors and their effects on Bacillus subtilis multicellularity.

研究のための方法論<em&gt; B。枯草菌</em小分子バイオフィルム阻害剤を特徴付けるためのモデルとしての&gt;バイオフィルム

This work assesses different methodologies to study the impact of small molecule biofilm inhibitors, such as D-amino acids, on the development and ...

<meta charset="utf8"></head><body>DHNAを用いた Lactiplantibacillus plantarum におけるEETのクロノアンペロメトリー解析

Characterizing Mediated Extracellular Electron Transfer in Lactic Acid Bacteria with a Three-Electrode, Two-Chamber Bioelectrochemical System

Many bacteria perform extracellular electron transfer (EET), whereby electrons are transferred from the cell to an extracellular terminal electron acceptor. This electron acceptor can be an electrode and electrons can be delivered indirectly via a redox-active mediator molecule. Here, we present a protocol to study mediated EET in Lactiplantibacillus plantarum, a probiotic lactic acid bacterium widely used in the food industry, using a bioelectrochemical system. We detail how to assemble a three-electrode, two-chambered bioelectrochemical system and provide guidance on characterizing EET in the presence of a soluble mediator using chronoamperometry and cyclic voltammetry techniques. We use representative data from 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid (DHNA)-mediated EET experiments with L. plantarum to demonstrate data analysis and interpretation. The techniques described in this protocol can open new opportunities for electro-fermentation and bioelectrocatalysis. Recent applications of this electrochemical technique with L. plantarum demonstrated an acceleration of metabolic flux towards producing fermentation end-products, which are critical flavor components in food fermentation. As such, this system has the potential to be further developed to alter flavors in food production or produce valuable chemicals.

<meta charset="utf8"></head><body>乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

Here we present a protocol for characterizing mediated extracellular electron transfer (EET) in lactic acid bacteria using a three-electrode, two-chamber bioelectrochemical system. We illustrate this method with Lactiplantibacillus plantarum and the redox mediator 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid and provide a thorough description of the electrochemical techniques used to evaluate mediated EET.

生きているバイオフィルムにおける電子輸送特性評価

要約

さらに動画を探す

Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

電気化学検出の重水素速度論的同位体効果シェワネラ oneidensis氏 1 の細胞外電子輸送

フローサイトメトリーによる水生バイオフィルムの特性

その場でサルヴィ、TOF-SIMSシェワネラ oneidensis MR1 バイオフィルムの特性

Concurrent Quantification of Cellular and Extracellular Components of Biofilms

バイオフィルムと生息地異質の共同開発を特徴付けるための方法

研究のための方法論

乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

生きているバイオ フィルムにおける電子輸送特性評価

要約

さらに動画を探す

Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

電気化学検出の重水素速度論的同位体効果シェワネラ oneidensis氏 1 の細胞外電子輸送

フローサイトメトリーによる水生バイオ フィルムの特性

その場でサルヴィ、TOF-SIMSシェワネラ oneidensis MR1 バイオ フィルムの特性

Concurrent Quantification of Cellular and Extracellular Components of Biofilms

バイオフィルムと生息地異質の共同開発を特徴付けるための方法

研究のための方法論

乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

生きているバイオフィルムにおける電子輸送特性評価

フローサイトメトリーによる水生バイオフィルムの特性

その場でサルヴィ、TOF-SIMSシェワネラ oneidensis MR1 バイオフィルムの特性