M.D.Y, S.M.G-S. L.M.T. 인정 사무실의 해군 연구 (상 #N0001415WX01038 및 N0001415WX00195), 해군 연구 실험실, 및 해군 연구 실험실 Nanosciences 연구소; M.Y.E.-명. 여는 미국 부의 에너지 부여 드-FG02-13ER16415 지원 됩니다.

1. 센서 microelectrode 배열 (IDA) 준비
<ol><li>상업적으로 사용 가능한 아이 다 전극 절연체를 사용 기판 위에 패턴화 하거나 그들을 합성 표준 리소 그래피 방법을 사용 하 여. 28 참고: IDA 크기와 자료 수 있을 다양 한 다른 실험에 대 한 원하는 조건에 따라. IDAs는 여기에 사용 된 상업적으로 얻은 고 두 센서 골드 microelectrodes 배열의 반대 끝에 큰 전극 패드에 연결 된 유리 기판에 패턴의 구성. 전극은 전극 큰 접촉 패드를 연결 하는 버스 선 얇은 절연 물질로 코팅 하는 동안 노출 됩니다. IDAs 사용 여기는 구성 2 세트 10 µ m-2 m m 그리고 오래 된 금 microelectrode 밴드 (소스와 드레인)의 간격 5 µ m 떨어져 평면 유리 표면에 무늬. IDAs 사용 여기 65 전극 쌍 (130 총 센서 밴드) 했다. 번갈아 밴드 배열의 반대 끝에 전극 패드에 연결 됩니다.</li>
	<li>와이어 및 보 온 아이 다<ol>
<li>전도성 실버 에폭시를 사용 하 여 각 큰 전극 패드는 와이어를 연결 합니다.<ol>
<li>전도성 에폭시 (지시는 제조업체 별로 다를 수 있습니다) 특정 에폭시 혼합 막대 또는 피 펫 팁과 사용에서에 대 한 제조업체의 지침에 따라 준비 합니다.</li>
			<li>각 골드 패드, 랩 테이프를 사용 하 여 내부에 안전 와이어를 놓습니다. 실버 에폭시 혼합 막대 또는 피 펫 팁을 사용 하 여 와이어와 패드를 커버.</li>
			<li>신중 하 게 치료 또는 치료 사용 특정 전도성 실버 에폭시에 대 한 제조 업체의 권장 사항에 따라 1 시간에 80 ° C 오븐에 이동 합니다.</li>
			<li>에폭시 치료 후 멀티 미터를 사용 하 여 와이어의 끝과 패드 사이의 전기 연결 되도록. 와이어와 패드 사이의 저항 < 5 Ω 이어야 한다. 또한,이 배열을 짧은 수 없습니다 전도성 에폭시 여러 전극 패드를 연결을 확인 하는 멀티 미터를 사용 합니다. 전도성 에폭시 여러 단서를 연결 하는 경우는 학자를 사용 하 여 리드를 분리.</li>
		</ol>
</li>
		<li>열, 전기, 및 방수 단열재와 연결을 코팅 하 여 epoxied 연결 보 온. 난 연 폴리우레탄 수 지는 종종 적당 하다.<ol>
<li>보 온 재료에 대 한 형으로 (대략 2.5 mL 마크)에서 원심 분리기 15 mL 원뿔 튜브의 끝을 제거 합니다. 21g 바늘을 사용 하 여 통해 내 다 와이어 하단에 두 개의 작은 구멍을 확인 합니다.</li>
			<li>IDA를 금형과 금형의 하단에 있는 구멍을 통해 전선을 삽입.</li>
			<li>특정 단 열 재료를 준비 합니다. 얻은 특정 수 지와 함께 제공 된 지침을 따릅니다.</li>
			<li>실버 에폭시는 완전히 되도록 금형에 절연체를 플라스틱 (~2.5 mL)을 적용 하 고 제조 업체의 사양에 따라 건조 허용.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 전기 화학 반응 기 설치, 테스트 및 접종
<ol><li>전기 화학 세포를 설정 합니다.<ol>
<li>IDA, 카운터 전극 및 참조 전극 전기 화학 셀에 삽입 합니다. 참고: 사용 하는 전기 화학 반응 기 달라질 수 있습니다, 모든 전극 안에 들어갈 만큼. 한 고려는 참조 전극 작업 전극에 최대한 가까이 주어져야 한다 원자로의 실질적인 한계입니다. 여기, 단일 챔버 원자로 사용 하 여 작업 전극에서 참조 전극 ~ 2-3 cm. 또한, 카운터 전극 시스템에서 하지 제한 되도록 작업 전극 보다 더 큰 되어야 합니다.</li>
		<li>순수한 문화를 사용 하는 경우 내부 카운터 전극과 반응 기 소독. 10 분 및 10 분에 대 한 살 균 이온된 수 5 표 백제에 담그는 여 IDA를 소독을 위해 표 백제에 몸을 담글 하 여 참조 전극 소독 s 10에 대 한 살 균 이온된 수 뒤 원자로에 삽입 하기 전에 s.</li>
		<li>메 마른 매체 biofilm 성장을 위해 적당 한 전기 화학 셀을 채우십시오. G. sulfurreducens17,18, 민물 중간 롤을 제외 하 고 사용 합니다. MCL biocathode,9 인공 해 수 매체를 사용 합니다. 9
</li>
		<li>전극은 bipotentiostat에 연결 합니다. 작업 리드 1 한 IDA 전극, 작업 리드 2 다른 아이 다 전극, 참조 지도, 기준 전극과 카운터 전극 카운터 리드를 연결 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
전기 화학 IDAs의 테스트입니다. 참고:이 테스트의 주요 목표는 2 개의 전극 전기적으로 절연 되어 있는지 확인 하는. 모든 전기 화학 기술에 bipotentiostat를 제어 하는 데 사용 하는 소프트웨어에 사용할 수 있습니다.<ol>
<li>적절 한 IDA 함수는 bipotentiostat를 사용 하 여 되도록 (biofilm 성장) 전에 제어 전도도 테스트를 수행 합니다.<ol>
<li>1 분 동안 각 전극의 측정 개방 회로 잠재력. 참고: 일부 악기에 개방 회로 잠재적인 달성 해야 합니다 galvanostatic 컬렉션 프로그램을 사용 하 고 전류를 0으로 설정 하 여 mA.</li>
			<li>측정 개방 회로 잠재력 전극 2 (그녀) 대 전극 1 0.2 V +0.6 V 사이 순환 voltammetry 20 mV/s에서 수행 하는 동안 합니다. 참고: 다른 범위 및 스캔 속도 이력서를 사용할 수 있습니다 필요한 경우. 그러나, 수소 또는 산소 생성 될 잠재력을 피하십시오.</li>
			<li>2 전극에서 측정 된 개방 회로 잠재적인 potentiostat 소프트웨어를 사용 하 여 이력서 중 전극 1의 잠재력을 반영 하지 않습니다 확인 합니다. 참고: 전극 2의 개방 가능성은 변경 될 수 있습니다, 그러나 그것은 전극 1의 잠재력의 독립적 이어야 한다.</li>
			<li>제어를 제외 하 고 단계 2.2.1.3 통해 2.2.1.1 2 전극과 전극 1의 개방 회로 잠재력 측정의 잠재력을 반복 합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Bipotentiostat 소프트웨어를 사용 하 여 관련 electroactive biofilm의 원하는 성장 잠재력을 작업 전극의 잠재력을 설정 합니다. 예를 들어 0.5 V (그녀) 대를 사용 하 여 Geobacter sulfurreducens 또는 biocathode MCL에 대 한 (그녀) 대 +0.31 V.</li>
	</ol>
</li>
	<li>관련 electroactive biofilm 성장<ol>
<li>표준 무 균 미생물 기술을 사용 하 여 원하는 화학적 활성 미생물의 재고 문화/농축에서 전기 화학 반응 예방 표준 테스트에 대 한 1 시 20 분에서 예방 OD600 의 비율 (원자로 볼륨 inoculum) = 0.5 문화.</li>
		<li>원하는 수준 (~ 200 rpm) 및 인큐베이터를 반응 기에는 교 반 설정 / 관심의 biofilm의 성장 조건에 따라 원하는 온도에 물 목욕. G. sulfurreducens, 최적의 성장을 위한 30 ° C를 사용 합니다.</li>
		<li>biofilm 교량 2 개의 전극 분리 간격 때까지 관심의 microorganism(s)의 특정 요구 사항에 따라 시스템을 품 어. 고정에 대 한 G. sulfurreducens biofilm, 7 ~ 10 일 동안 품 어. MCL biocathode, ~ 7 일을 품 어. 각각의 경우에서 30 ° c.에 온도 제어</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 전기 제어 실험
<ol><li>실험적인 매개 변수 제어 측정 전류-전위 의존성을 결정 하는 데 사용 됩니다를 선택 합니다.
	<ol>
<li>게이트 시스템에 대 한 잠재적인 (EG) 곡선 대 전도 전류 (ISD)를 IDA에 적용 될 게이트 잠재력의 범위를 결정 합니다. 참고: 게이트 전위 검사의 범위는 가능한 산화 환 원 활동 모든 잠재력을 커버 한다. 관심의 시스템에 대 한 정보를 사용할 수 있는 경우 다양 한 잠재적인 범위 사용된 (+0.6 V vs. 그녀를-0.55) 해야 합니다. 시행 착오 접근 미세 조정 연구 시스템에 따라 범위를 사용할 수 있습니다. 잠재적인 게이트는 다음과 같이 정의 된다. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq1.jpg"> 여기서 ED 는 드레인 전극의 잠재력 고 ES 소스 전극의 잠재력 이다. 사용 하는 게이트 전위의 범위 요구 및 관심의 특정 시스템의 한계에 의해 제한 됩니다. 18 참고: 이러한 프로세스는 biofilm를 손상 시킬 수 있습니다 소스와 드레인 후보를 산소와 수소 진화를 피해 야 한다.</li>
		<li>드레인에 소스에서 영화를 통해 전자 수송을 위한 원동력으로 사용 될 소스-드레인 전압 V (SD)를 결정 합니다. 소스-드레인 전압은 다음과 같이 정의 된다. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq2.jpg"> 참고: 소스-드레인 전압 해야 충분히 작은 그래서 내가SD VSD선형으로 확장 합니다. 17
</li>
		<li>EG 시스템 각 게이트 잠재력에 대 한 정상 상태에서 접근 될 수 있도록 내가SD 의 독립적인 시간으로 선형으로 변경 되는 스캔 속도 (v)를 선택 합니다. 참고:이 하 0.002 V/s의 스캔 속도 생물 학적 시스템 자주 사용 됩니다. 29 , 30
</li>
		<li>제어 측정을 수행 하는 bipotentiostat 소프트웨어를 설정 (즉, 청소는 게이트 잠재적인) 위의 고려 사항에 따라 원하는 스캔 속도 선택한 소스-드레인 전압에 선택한 범위에서. 참고: G. sulfurreducens,,1719 EG 를 사용 하 여 이전 제어 측정에 대 한-0.55 (대 그녀), 0.6 V에 V = VSD = 0.01 V 또는 0.1 V, v = 0.001 V/s. Biocathode MCL, EG 에 대 한 (그녀), 대 0.7 V 0.25 V = VSD = 0.002 V, v = 0.0002 V/s.<ol>
<li>또한, VSD 기준 측정 수행 0.000 V (즉, 촬영 동시에 각 개별 전극에 CV) = 같은 v 단계 3.1.3에서에서 선택에.</li>
		</ol>
</li>
		<li>3.1.4 (수용 성 전자 기증자 또는 수락자 존재)로 모두 매출 아래에서 비-매출 (없이 수용 성 전자 기증자 또는 수락자) 상태를 사용 하 여 제어 측정을 수행 합니다. 참고: 비-매출 조건이 유리한 측정은 산화 또는 감소, 세포 신진 대사에 대 한 수용 성 화합물의 가려진 하지 때문에 비록 조건 후 사용에 관계 없이 비슷한 결과 얻을 수 있어야 뺀 배경 전류 (3.1.8에 자세히 설명)입니다.<ol>
<li>전극에 세균성 성장을 위해 사용으로 동일한 반응 기 매체를 사용 하 여 매출 조건 달성. 이 매체는 G. sulfurreducens,17 또는 수락자, MCL Biocathode에 대 한 산소 같은 아세테이트 등 수용 성 전자 기증자를 포함합니다.</li>
			<li>동일한 반응 매체 제외 하 고는 전극에 세균성 성장을 위해 사용 수용 성 전자 기증자 또는 수락자를 생략 하 여 비-매출 조건 달성. potentiostat 꺼져 있음을 확인 한 후 aseptically 매체를 제거 하 고 추가 하 고 시스템에 대 한 전자 기증자 또는 수락자 음극 시스템 없이 신선한 매체에. 또는 연속 흐름 시스템을 천천히 nonturnover 조건에 대 한 원하는 매체와 매체를 대체 하는 설정할 수 있습니다. 참고: 산소 수용 성 전자 수락자 (MCL biocathode)에 관해서는 인 경우에, sparge ~ 15% CO2 85% N2 (또는 매체에 있는 정확한 pH를 유지 하는 가스 혼합물)의 혼합 시스템.</li>
		</ol>
</li>
		<li>제어 측정 완료 후 potentiostat 소프트웨어를 사용 하 여 시스템을 다시 (2.2.2에서 동일한 값을 사용 하 여)을 안정화할 수 있도록 잠재적인 성장에 다시 각 전극의 잠재력을 설정 하.</li>
		<li>위에서 설명한 모든 조건이 충족 되 면 (난SD v의 독립적 이며 선형 VSD확장), 전도도 다음 방정식을 사용 하 여 앞에서 설명한31 나SD 값 변환 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq3.jpg"> <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq4.jpg">
</li>
		<li>전도도 S G가 종속, 시스템 및 전극 크기, 간격 크기, biofilm 높이 등 변수 요인 배율 인수입니다. 특정 시스템에 대 한 S 미리 정해진된 방정식에서 확인할 수 있습니다. 31 또는 S 계산할 수 숫자를 사용 하 여 모델링 소프트웨어도 이전. 17
</li>
		<li>형태와 전도 전류의 크기 식별 배경 전류를 뺍니다. 하나 빼기 VSD 에서 생성 된 전류 = 0.00 V VSD 에서 발생 하는 전류에서 = 0.01 V / 드레인 전류 현재 소스에서 VSD 생성 빼기 = 0.01 떠나 어느 방법 제거 배경 전류 대 만 실시 전류입니다.</li>
	</ol></li>
	<li>온도 의존 전기 제어 측정
	<ol>
<li>관심의 온도 범위를 결정 합니다. 그러나이 범위는 매우 연구, 순수 관련 온도 사용 해야 합니다 시스템에 의존 합니다. 참고: 이전 연구 mesophilic 미생물에 대 한 생리 적으로 관련 된 조건 하에서 전자 전송 공부 10 ° C ~ 30 ° C의 온도 범위 사용. 17
</li>
		<li>반복 물 목욕 이나 원자로 온도 및 세트 포인트 및 매체의 실제 온도 동일은 되도록 제어 원자로를 인큐베이터를 얻을.<ol>
<li>장소 온도계 또는 열전대 제어 반응 기에서 IDA 될 것 이다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>나에 게 매출에서 선택한 온도 nonturnover (3.1.5 단계에서 설명)의 범위에서SD 측정 (3.1.4 참조) 아래에 설명 된 두 가지 절차 중 하나를 수행 하는 bipotentiostat를 사용 하 여 조건.<ol>
<li>생성 나SD EG 곡선, 대 (3.1 참조), 위에서 설명한 대로 관심의 온도 범위에서 각 온도 대 한. 자료에 대 한 그 redox 전도도 전시 하는 G. sulfurreducens 및 Biocathode MCL, 각 온도에서 피크 전류 I T 의존 대SD 를 결정 하는 데 사용은 같은. 참고:이 메서드 나SD EG 대 각 온도 대 한 곡선 하지만 두 번째 옵션 보다 더 많은 시간이 필요 합니다 전체를 생성 하는 데 사용 됩니다.</li>
			<li>또는 설정 누르고 실시 최대 수익률 잠재적인 게이트에서 IDA는 bipotentiostat를 사용 하 여 현재 (난SD 에서 얻은 대 EG 곡선, 단계 3.1.4) 고 기록 하는 동안 bipotentiostat를 사용 하 여 최대 전도 전류 온도 온도 물 목욕 이나 인큐베이터의 온보드 컨트롤을 사용 하 여 선택 범위 사이 순환 됩니다. 참고: 여기에 사용 된 전극/반응 기 형상이 있는 ISD 및 T 안정 위해 20 분 이상 및 평균 나SD 안정 수는 각 온도에 사용 됩니다. 더 많거나 적은 안정화 시간이 필요할 수 있습니다 특정 시스템에 따라. 이 메서드는 첫 번째 보다 더 빨리 이며는 biofilm에 덜 스트레스를 일으키는. 그러나, 전체 제어 곡선 생성 되지 않습니다.</li>
			<li>다른 한 세트 포인트에서 온도 순환 하 고 온보드 컨트롤을 사용 하 여 다시 다시 인큐베이터의 물 목욕 온도 되도록 반응의 가역 결정을 순환 해가 되지 않습니다는 biofilm.</li>
		</ol>
</li>
		<li>인큐베이터 또는 물 목욕의 온보드 컨트롤을 사용 하 여 정상적인 성장 온도 다시 온도 설정 하 고 시스템을 안정화할 수 있도록. 참고: redox 지휘자에 대 한 나SD 1/T 데이터 대 수 적합 Arrhenius 속도 식을 다음과 같이 활성화 에너지의 계산을 허용: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq5.jpg"> <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq6.jpg"> E는는 인접 한 산화 환 원 공동 인자와 k 간의 전자 전송에 대 한 활성화 에너지는 볼츠만 상수 이다.</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>

저자는 공개 없다.

IDA의 설치 하는 동안 그는 소스와 드레인은 하지 누전 함께 전기 제어 측정, 이전이 나에 게 EG 곡선 대SD 를 변경 하 고 잘못 된 결과 해석으로 이어질 수 테스트에 중대 하다. 그것은 또한 VSD 및 v는 전류는 선형 VSD 에 의존 하 고 독립적인 v의 그런 선택에 중요 한. 이 경우가 아니라, 위에서 설명한 방정식 전도도 계산 하기 위해 사용 수 없습니다.
<p class="jove_conte...

세포 외 전자 전송 (동유럽 표준시)은 특정 미생물 세포내 대사 과정 및 불용 성 전자 수락자 또는 기증자를 천연 광물에서 배열 셀 바깥쪽에 있는 전자 수송 수 있도록 하는 프로세스 전극입니다. 경우에 따라 동유럽 표준시 전기 전도성 다중 셀 두께 biofilms는 셀 전극과의 직접 접촉에 활용할 수 있습니다 여전히 그것은 대사 전자 수락자 또는 기증자로, 전극 표면에 형성 하는 미생물을 수 있습니다. 미생물 electrosynthesis, 오염 감지/제거, 및 원격 에너지 생성 및 저장,7,8,9 등 다양 한 응용 프로그램에 대 한 전극 촉매 같은 biofilms에 상당한 관심이 있다 ,10,11,12,,1314 미생물과 미생물 biofilms 비교의 내구성에 의해 수행 하는 대사 과정의 다양성으로 인해 효소 기반 bioelectrodes을. 15 , 16 또한, 동유럽 표준시 경로 자연스럽 게 발생에 전기 제어 또는 신호 변화에 잠재적으로 활용 될 수 있습니다 또는 유전자 조작 미생물 대사 과정에에서 관련 된, 예를 들어 원하는 제품 또는 탐지의 생산 대상 분석 또는 자극. 다른 생물학 물자 그들을 차별, electrocatalytic biofilms의 전기 전도도 그들의 electrocatalytic 속성의 중앙 측면 아직 작은 전극 환경에서 기본 동유럽 표준시 프로세스에 대 한 이해 그리고 알려져 있는 매우 경쟁 이다. 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24
여기에 설명 된 생활, 전극 성장 biofilms 센서 전극 배열 (IDAs)를 사용 하 여 통해 전도도 측정 하는 2-전극 방법이입니다. IDAs 모든 다른 밴드 배열 결과의 반대편에 연결 되도록 평면 유리 표면에 패턴화 병렬 직사각형 전극의 구성 2 전극 (소스와 드레인). 아이 다의 주의 깊은 검사 인접 한 밴드를 구분 하는 격차는 또한 그 같은 방식으로 양식 분리 두 전극 배열에 걸쳐 이리저리 엮어 하나의 간격 연결 보여준다 (예를 들어 그림 6.12b ref #1 참조). 결과 소스와 드레인 전극, 전도성 물질은 형성, 캐스팅, 생산, 또는 배열 (여기 간주 biofilms의 유형)의 경우 성장 하는 때 매우 높은 소스-드레인 전류 저조한 분리 길고 좁은 간격. 또한, 전극의 소형 작은 배경 커패시턴스 충전 때문 고 전도성을 만드는 데 필요한 재료의 양을 이후 게이트 잠재력에 변화 전도성 물질의 산화 상태에서 변경 하려면 현재 결과 IDAs를 사용 하 여 측정 너무 작습니다. IDA 기반 기술 여기서 설명한 전기 게이팅 전도성 고분자 박막의 특성 개발,2,3,,425 만 최근 생활 시스템에 적용 되었습니다. 18 생활 biofilms의 전도도 측정 하는 데 사용 하는 또 다른 기술은 대형 소스와 드레인 전극 및 잠재적인 게이트를 설정 하려면 소스 미터 분할 활용. 26 , 그러나 27 , 이러한 방법에 대 한 우려 되어 세부 이전. 18
아래의 프로토콜 캡슐화 우리의 경험과 생활의 전도도 측정 Geobacter sulfurreducens 및 biocathode MCL biofilms. G. sulfurreducens 유기 체 유일한 대사 전자 수락자로 전극를 포함 하 여 불용 성 물질을 사용할 수를 줄이는 모델 전극입니다. 또한, 그것은 여러 셀 길이, 공부 고 장거리 extracellular 전자 전송 하는 이상적인 모델 생물을 만드는 전자를 수송 할 수 있는 두꺼운 biofilms 형성. 우리는 또한 biocathode MCL, 생물이 미생물 연료 전지 음극에서 격리 하는 에어로빅, 자가 영양 혼합된 지역 사회 biofilm의 연구에 대 한 세부 정보를 포함 합니다. Biocathode MCL (라는 세 가지 주요 성분- Marinobacter, Chromatiaceaea 및 Labrenzia)은 그것의 유일한 전자 기증자로 전극 산화 하 고 여러 셀 길이, 전자 수송 그것은 공부에 재미 있는 음극 시스템. 또한, biocathode MCL는 이러한 방법을 사용 하 여 현재까지 살아있는 시스템에 대 한 가장 높은 보고 된 전도성. 이 프로토콜에서 이러한 다양 한 electroactive biofilms의 포함이이 기술은 전기 전극과 상호 작용할 수 있는 생활 biofilm 통해 전자의 수송 측정에 적용 됩니다 강조 의미입니다.

<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

여기 전기 게이팅의 방법은 전극 성장 미생물 biofilms 순수 관련 조건에서의 전기 전도도 특성화 하는 데 사용 설명 합니다. 1 이 측정 소스를 사용 하 여 수성 매체에서 생활 biofilms에 수행 됩니다 및 전극 센서 전극 (IDA) 배열 이라고 하는 특수 구성에 유리 표면에 무늬를 드레인. Biofilm는 소스와 드레인을 연결 하는 격차에 걸쳐 확장 하는 성장 이다. 잠재력 (ES 와 ED) 전극에 적용 되는 전극 사이 biofilm 통해 (ISD) 소스-드레인 전류를 생성. 게이트 잠재력에 전기 전도도의 종속성 (소스와 드레인 잠재력, EG 의 평균 = [ED + ES] / 2) 체계적으로 잠재적인 게이트 변경 결과 소스-드레인을 측정 하 여 결정 됩니다 현재. 잠재적인 게이트 전도도의 종속성 조사 특정 biofilm의 전기 전도도 기본 extracellular 전자 전송 프로세스에 대 한 기계 정보를 제공 합니다. 여기에 설명 된 전기 제어 측정 방법을 기반으로 M. S. Wrighton2,3 , 동료 및 R. W. 머 레이4,,56 와 동료에 의해 사용에 직접 1980 년의 전도성 고분자 박막을 조사.

IDAs 유선, 절연 되었고 두 전극은 서로 (그림 1)에서 전기적으로 절연 되도록 테스트. 원자로 조립, G. sulfurreducens와 주사 되었고 incubated a biofilm 전극 사이의 격차에 다리까지. G. sulfurreducens biofilm 배열을 다루는를 시각적으로 볼 수 있습니다. 다른 biofilms는 두 전극에 전기적으로 연결 되어 있는지 전기 제어 측정 할 연구원이 필요할 수 있?...

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

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

살아있는 미생물 biofilms 순수 관련 조건에서의 전기 전도도 측정 하기 위한 프로토콜 제공 됩니다.

특성화 생활 Biofilms 통해 전자 전송

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 조회수.  Naval Research Laboratory. 살아있는 미생물 biofilms 순수 관련 조건에서의 전기 전도도 측정 하기 위한 프로토콜 제공 됩니다.

비디오: 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 ...

연구

환경과학

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.

전기 화학 탐지의 중수소 활동적인 동위 원소 효과 Shewanella oneidensis 미스터-1에서 세포 외 전자 전송에

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

생화학

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.

Cytometry와 수생 Biofilms의 특성

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.

제자리에서 Shewanella oneidensis MR1 Biofilms SALVI 및 ToF 심즈의 특성

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

화학

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 ...

면역학 및 감염병학

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.

바이오 필름 및 서식지의 이질성의 공동 개발을 특성화하기위한 방법

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

생체공학

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.

유학을위한 방법론<em&gt; B. 서브 틸리</em작은 분자 바이오 필름 억제제를 특성화 모델로&gt; 바이오 필름

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>DHNA를 사용한 Lactiplantibacillus plantarum 의 EET 크로노암페로메트리 분석

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

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.

특성화 생활 Biofilms 통해 전자 전송

요약

더 많은 비디오 탐색

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

전기 화학 탐지의 중수소 활동적인 동위 원소 효과 Shewanella oneidensis 미스터-1에서 세포 외 전자 전송에

Cytometry와 수생 Biofilms의 특성

제자리에서 Shewanella oneidensis MR1 Biofilms SALVI 및 ToF 심즈의 특성

Concurrent Quantification of Cellular and Extracellular Components of Biofilms

바이오 필름 및 서식지의 이질성의 공동 개발을 특성화하기위한 방법

유학을위한 방법론

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

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

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