M.D.Y, S.M.G-s ve L.M.T. Office deniz araştırma (Ödülü #N0001415WX01038 ve N0001415WX00195), deniz araştırma laboratuvarı ve deniz araştırma laboratuvarı Nanobilimler Enstitüsü kabul; M.Y.E.-N. ABD bölümü, enerji Grant DE-FG02-13ER16415 tarafından desteklenir.

1. interdigitated elektrot dizi (IDA) hazırlık
<ol><li>Piyasada bulunan Ida nonconductive substrat desenli elektrotlar elde etmek veya onları sentez standart tekniğinde yöntemleri kullanarak. 28 Not: IDA boyutları ve/veya malzemeleri farklı deneyler için istenen koşullara göre değiştirilebilir. Idas kullanılan burada ticari olarak elde edilen ve iki interdigitated altın microelectrodes büyük elektrot pedleri dizinin ters ucunda bağlı bir cam alt katman üzerinde desenli ibaretti. Elektrotlar büyük kişi yastıkları bağlama otobüs hatları ince yalıtım malzeme ile kaplı iken elektrotlar maruz kalır. Idas kullanılan burada iki oluşmaktadır setleri 10 µm çapında ve 2 mm kadar altın elektrot grup (kaynak ve drenaj) aralıklı 5 mikron ayrı bir düz cam yüzeye desenli. Idas kullanılan burada 65 elektrot çiftleri (130 Toplam interdigitated bantları) vardı. Alternatif bantları elektrot pedleri dizinin ters ucunda bağlı.</li>
	<li>Tel ve Ida izole<ol>
<li>Bir tel iletken gümüş epoksi kullanarak her büyük elektrot pad iliştirin.<ol>
<li>Karıştırıcı çubuk veya pipet ucu ile kullanılan belirli epoksi için (talimatlar üreticisi tarafından değişiklik) üreticinin yönergelerine uygun iletken epoksi hazırlayın.</li>
			<li>Bir tel altın her pad, laboratuvar bant kullanarak yerde güvenli yerleştirin. Tel ve yastık karıştırıcı çubuk veya pipet ucu kullanarak gümüş epoksi ile kapağı.</li>
			<li>Dikkatle tedavi için 1 h 80 ° C fırında taşımanız veya üreticisinin önerileri için kullanılan belirli iletken gümüş epoksi tedavi temel.</li>
			<li>Epoksi tedaviler sonra telin ucunda ve yastıkları arasında elektrik bağlantısını sağlamak için bir multimetre kullanın. Tel ve paneli arasında direnç < 5 Ω olmalıdır. Ayrıca, multimetre bu dizi kısa gibi hiçbir iletken epoksi birden fazla elektrot pedleri, bağlandığını doğrulamak için kullanın. İletken epoksi birden çok müşteri adayları bağlanırsa, müşteri adaylarını belirlemek için bir katip kullanın.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Epoxied bağlantı bağlantı bir termal, elektrik ve su geçirmez malzeme yalıtım ile kaplama tarafından izole. Ateşe dayanıklı poliüretan reçine kez uygundur.<ol>
<li>15 mL konik santrifüj tüpü (, yaklaşık 2.5 mL işareti) ucu yalıtım malzeme için bir kalıp olarak kaldırın. İki küçük delik içinde belgili tanımlık dip 21 g iğne kullanarak aracılığıyla çıkıntı teller için yapmak.</li>
			<li>Ida kalıp ve kalıp dibindeki deliklerden teller takın.</li>
			<li>Özel yalıtım malzemesi hazır olun. Elde edilen özel reçine ile sağlanan yönergeleri izleyin.</li>
			<li>Böylece gümüş epoksi tamamen yalıtkan kalıp içine pipette (~2.5 mL) kaplı ve üreticisinin teknik özelliklerine kurumasını sağlar.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. elektrokimyasal reaktör kurulum, test etme ve aşılama
<ol><li>Elektrokimyasal hücre kadar ayarla.<ol>
<li>Ida, sayaç elektrot ve referans elektrot elektrokimyasal hücre yerleştirin. Not: tüm elektrotlar sığacak sürece kullanılan elektrokimyasal reaktör yaygın olarak değişebilir. Referans elektrot çalışma elektrot olabildiğince yakın olarak reaktör pratik sınırlarını verilmelidir bir noktadır. Burada, çalışma elektrotlar referans elektrot ~ 2-3 cm ile bir tek odası reaktör kullanırız. Ayrıca, sayaç elektrot içinde belgili tanımlık sistem sınırlama değil emin olmak için çalışma elektrot daha büyük olmalıdır.</li>
		<li>Eğer saf bir kültürü ile çalışma, reaktör içinde sayaç elektrot ile sterilize. 10 dakika ve 10 dakika süreyle steril deiyonize su içinde 5 için çamaşır suyu daldırma BESİNDE sterilize etmek için çamaşır suyu içinde ıslatarak referans elektrot sterilize 10 için steril deiyonize su tarafından takip s s önce reaktörün içine ekleme.</li>
		<li>Elektrokimyasal hücre steril orta biyofilm büyüme için uygun ile doldurun. G. sulfurreducens17,18için temiz su orta fumarat hariç olmak üzere kullanın. MCL biocathode için9 yapay deniz suyu orta kullanın. 9
</li>
		<li>Elektrotlar bir bipotentiostat bağlayın. Bir Ida elektrot çalışma kurşun 1, çalışma kurşun 2 diğer Ida elektrot, referans müşteri adayıyla referans elektrot ve sayaç elektrot sayaç adayına bağlayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Elektrokimyasal Idas test. Not: Bu testin ana amacı iki elektrot elektriksel olarak yalıtılmış olduğundan emin hale getirmektir. Tüm elektrokimyasal teknikler bipotentiostat denetlemek için kullanılan yazılım mevcuttur.<ol>
<li>Ida düzgün bir bipotentiostat kullanarak emin olmak için kontrol iletkenlik testleri (önce biyofilm büyüme) gerçekleştirin.<ol>
<li>Elektroda 1 dk. için açık devre olasılığını ölçüsü. Not: bazı aletleri üzerinde açık devre potansiyel galvanostatic koleksiyon programı kullanarak ve mevcut 0 olarak ayarlayarak elde etmeliyim anne.</li>
			<li>Açık devre olasılığını ölçüsü 20 mV/s elektrot 1 0,2 V +0.6 V için arasında (SHE) vs üzerinde döngüsel voltammetry getirirken elektrot 2. Not: Arzu edilirse diğer sınırları ve tarama oranları CV için kullanılabilir. Ancak, hidrojen veya oksijen üretiminde sonuçlanacaktır potansiyelleri kaçının.</li>
			<li>Açık devre potansiyel elektrot 2 ölçülen elektrot 1 potansiyelini potansiyostat yazılımını kullanarak CV sırasında ayna değil doğrulayın. Not: Elektrot 2 açık devre potansiyelini değişebilir ama elektrot 1 potansiyelini bağımsız olmalıdır.</li>
			<li>2.2.1.1 2.2.1.3 aracılığıyla denetim dışında elektrot 2 ve elektrot 1 açık devre olasılığını ölçüsü potansiyelini tamamlayana.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Çalışma elektrot potansiyeli bipotentiostat yazılımını kullanarak ilgili electroactive biyofilm istenilen büyüme potansiyelini ayarlayın. Örneğin, 0,5 V (SHE) vs Geobacter sulfurreducens veya +0.31 V biocathode MCL için (o) vs için kullanın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>İlgili electroactive biyofilm büyümek<ol>
<li>Bir hisse senedi kültür/zenginleştirme standart aseptik mikrobiyolojik yöntemlerle istenilen mamüllerinin etkin mikroorganizmaların gelen elektrokimyasal reaktör aşılamak. 1: 20'si standart testler için aşılamak oranı (inoculum reaktör birim için) bir OD600 = 0.5 kültür.</li>
		<li>Karıştırma istenen seviyeye (~ 200 devir/dakika) ve kuluçka makinesi reaktöre set / su banyosu istenilen sıcaklığa faiz biyofilm büyüme koşula dayanarak. G. sulfurreducensiçin 30 ° C en uygun büyüme için kullanın.</li>
		<li>Biyofilm köprü iki elektrot ayıran boşluğu kadar ilgi microorganism(s) belirli gereksinimleri temel alarak sistem kuluçkaya. Sabit G. sulfurreducens biyofilm, ~ 7-10 gün kuluçkaya. MCL biocathode için ~ 7 gün kuluçkaya. Her durumda da sıcaklığı 30 ° C'de kontrol</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. elektrokimyasal gating deneyler
<ol><li>Perdeleme ölçümler için mevcut potansiyel bağımlılığı belirlemek için kullanılan deneysel parametreleri seçin.
	<ol>
<li>Ida kapısı potansiyel (EG) eğrisi sistemi için karşı yürütülen akım (ıSD) elde etmek için uygulanan kapısı potansiyelleri aralığını belirlemek. Not: Muayene kapısı potansiyelleri aralığını tüm potansiyelleri mümkün redoks aktivitesiyle kapsamalıdır. Faiz sistemi hakkında hiçbir bilgi varsa, geniş potansiyel bir Aralık +0.6 V o vs. için kullanılan (-0.55) olmalıdır. Bir deneme yanılma yaklaşım altında eğitim sistemine göre aralığı ince ayar yapmak için kullanılabilir. Kapı potansiyel olarak tanımlanır: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq1.jpg"> Burada ED drenaj elektrot potansiyeli ve ES Kaynak elektrot potansiyelidir. Kapı potansiyelleri kullanılan çeşitli ilgi belirli sisteminin sınırlamaları ve gereksinimleri tarafından sınırlanır. 18 Not: Bu işlemler biyofilm zarar verebilir gibi oksijen ve hidrojen evrime neden olur kaynak ve drenaj potansiyelleri kaçınılmalıdır.</li>
		<li>İtici güç kaynak film drenaj ile elektron taşıma için kullanılacak olan kaynak tüketen voltaj (VSD) belirlemek. Kaynak tüketen gerilim olarak tanımlanır: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq2.jpg"> Not: BenSD VSDile doğrusal olarak ölçeklendirir böylece kaynak tüketen gerilim yeterince küçük olmalıdır. 17
</li>
		<li>Hangi EG doğrusal olarak benSD bağımsızdır, böylece sistem kararlı duruma her gate potansiyel için olmak yaklaşık zamanla değişti bir tarama hızı (v) seçin. Not: Tarama hızı az 0.002 V/s kez biyolojik sistemleri için kullanılır. 29 , 30
</li>
		<li>Perdeleme ölçümleri gerçekleştirmek için bipotentiostat yazılımı kurar (Yani kapıyı potansiyel süpürme) seçili aralığında seçili kaynak tüketen gerilim ve yukarıdaki önemli noktalara göre istenen tarama hızı. Not: G. sulfurreducens,17,19 EG kullanarak önceki gating ölçüleri için 0,6 V (o), vs için-0.55 V = VSD = 0,01 V veya 0,1 V, v = 0,001 V/s. Biocathode MCL, EG için 0.7 V (o), vs için 0,25 V = VSD = 0,002 V, v = 0,0002 V/s.<ol>
<li>Ayrıca, bir temel ölçüm VSD ile gerçekleştirmek 0.000 V (yani, aynı anda alınan her bireysel elektrot, CV) = adım 3.1.3 seçilen aynı v.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Perdeleme ölçümleri (olmadan çözünür elektron donör veya alıcısı) ciro koşul ve koşullar altında her iki ciro (çözünür elektron donör veya alıcısı mevcut ile) 3.1.4 kullanarak gerçekleştirin. Not: ölçüler oksidasyon veya azaltma için hücre metabolizması, çözünen bileşikler tarafından gizlenmiş değil çünkü benzer sonuçlar ne olursa olsun durumu sonra kullanıldığı alınmalıdır ciro koşulları avantajlı olmakla birlikte arka plan akımları (3.1.8 içinde ayrıntılı) çıkarılarak.<ol>
<li>Ciro koşullar aynı reaktör orta kullanılan elektrot bakteriyel büyüme için kullanarak elde. Bu orta asetat, G. sulfurreducens,17 veya alıcısı, Biocathode MCL için oksijen gibi için gibi bir çözünür elektron verici içerir.</li>
			<li>Cirosu olmayan koşullar çözünür elektron donör veya alıcısı dışında elektrot, bakteriyel büyüme için kullanılan aynı reaktör orta yaparak elde etmek. Potansiyostat kapalıdır olduktan sonra orta aseptik kaldırın ve anodik sistemleri için elektron verici veya katodik sistemler alıcısı olmadan taze ortamda ekleyin. Alternatif olarak, yavaş yavaş nonturnover koşulları için istenen orta orta yerine sürekli akış sistemi ayarlanabilir. Not: sistem ~ % 15 CO2 ve %85 N2 (veya orta doğru pH koruyacak bir gaz karışımı) karışımı ile oksijen çözünür elektron alıcısı (gelince biocathode MCL) ise, sparge.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Perdeleme ölçümler tamamlandıktan sonra potansiyostat yazılım elektroda potansiyel büyüme için potansiyel (2.2.2 olduğu gibi aynı değerleri kullanarak) yeniden dengelemek sistemin izin vermek için ayarlamak için kullanın.</li>
		<li>Yukarıda açıklanan tüm koşullar sağlanırsa (ıSD v. bağımsızdır ve VSDile doğrusal olarak ölçeklenir), dönüştürmek benSD değerleri aşağıdaki denklemler yukarıda açıklanan31 kullanarak iletkenlik <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq3.jpg"> <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq4.jpg">
</li>
		<li>G gürültülerinden ve S nerede sistem bağımlı ve değişkenleri elektrot boyutu, boşluk boyutu ve biyofilm yüksekliği gibi faktörler ölçekleme bir faktördür. Bazı sistemlerde, önceden belirlenmiş denklemler S belirlenebilir. 31 alternatif olarak, S sayısal olarak bir modelleme yazılımı detaylı olarak daha önce kullanılarak hesaplanabilir. 17
</li>
		<li>Şekli ve büyüklüğü yapılan geçerli tanımlamak için arka plan akımları çıkarma. Ya VSD oluşturulan geçerli çıkarma 0,00 V VSD oluşturulan akımdan = 0,01 V = veya VSD ile oluşturulan drenaj geçerli geçerli kaynak çıkarma bırakarak iki yöntemi kaldırır arka plan akımları V. 0,01 = Sadece yürütülen mevcut.</li>
	</ol></li>
	<li>Sıcaklık bağımlı elektrokimyasal gating ölçümleri
	<ol>
<li>Sıcaklıklar ilgi aralığını belirlemek. Bu Aralık altında eğitim, ancak fizyolojik ilgili sıcaklıklarda kullanılması gereken sistem son derece bağlıdır. Not: Önceki çalışmalarda 10 ° C ile 30 ° C arasında bir sıcaklık aralığı elektron taşıma mesophilic mikroorganizmalar için fizyolojik ilgili koşullar altında çalışmaya kullandık. 17
</li>
		<li>Bir dolaşım su banyosu veya Reaktör sıcaklığı ve ayar noktası ve orta gerçek sıcaklık aynı olduğundan emin olmak için denetim reaktör düzenleyen kuluçka makinesi almak.<ol>
<li>Bir termometre veya ısıl bir denetim reaktörde BESİNDE nerede olacağını yerleştirin.</li>
		</ol>
</li>
		<li>BenSD ölçümleri (bkz: 3.1.4) üzerinden yapmak ciro altında seçili sıcaklık ve nonturnover (3.1.5. adımda açıklanan) aşağıda açıklanan iki yordamdan birini takip bipotentiostat kullanarak koşulları.<ol>
<li>Oluşturmak benSD EG eğrileri (bkz. yukarıda 3.1), açıklandığı gibi her sıcaklık sıcaklık aralığında ilgi için. Gibi G. sulfurreducens ve Biocathode MCL, her sıcaklık maksimum akım kullanılır belirlemek için benSD T bağımlılığı malzemeler için bu redoks iletkenlik, sergi. Not: Bu yöntem benSD EG vs için her sıcaklık eğrisi, ancak ikinci seçenek daha fazla zaman gerektirir tam oluşturmak için kullanılır.</li>
			<li>Alternatif olarak, ayarlayın ve yürütülen maksimum verim Ida potansiyel kapısında bipotentiostat kullanarak geçerli tutun (ben--danSD elde vs EG eğrisi, adım 3.1.4) ve kaydı sırasında bipotentiostat kullanarak en fazla yapılan geçerli kayıt sıcaklık sıcaklık su banyosu veya inkübatör onboard denetimleri kullanarak seçili aralığı arasında tekrar ediyor. Not: burada, kullanılan elektrot/reaktör geometri ile benSD ve T için en az 20 dk ve ortalama istikrarlı benSD stabilize etmek için izin verilir her sıcaklık için kullanılır. Az ya da sabitleme zaman belirli sistemine göre gerekli olabilir. Bu yöntem ilk daha hızlı ve daha az stres biyofilm için neden olur. Ancak, tam gating eğrileri oluşturulmaz.</li>
			<li>Sıcaklık bir set noktasından diğerine geçiş yapmak ve geri tekrar onboard denetimleri kullanarak inkübatöre veya sıcaklık sağlamak için tepki reversibility belirlemek için su banyosu Bisiklete binme biyofilm zarar vermez.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Sıcaklık inkübatöre veya su banyosu onboard denetimleri kullanarak normal büyüme sıcaklığı geri sıfırlamak ve stabilize sistemin izin verin. Not: bir redoks iletken için benSD 1/T veri karşı harekete geçirmek enerji hesaplanması aşağıdaki gibi sağlar Arrhenius oranı ifade ile uygun olabilir: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq5.jpg"> <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/54671/54671eq6.jpg"> Ebir bitişik redoks kofaktör ve k arasındaki Elektron transferi için etkinleştirme enerji Boltzmann sabiti orada.</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>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Ida kurulumu sırasında bu değiştirmek benSD EG eğrisi ve hatalı sonuçlar ve yorumlara neden olabilir gibi kaynak ve drenaj birlikte elektrokimyasal gating ölçümleri önce kısa devre değil olduğunu test etmek için önemlidir. Öyle ki doğrusal olarak VSD bağımlı ve bağımsız olarak v geçerli VSD ve v seçmek için önemlidir. Yoksa, yukarıda açıklanan denklemler iletkenlik hesaplamak için kullanılan olamaz.
En az iki arka pla...

Hücre dışı elektron taşıma (EET) elektron hücre içi metabolik süreçleri ve çözünmez elektron alıcısı veya doğal mineraller arasında değişen hücre dışında bulunan bağışçılar arasında taşımak bazı mikroorganizmalar sağlayan bir süreçtir elektrotlar. Bazı durumlarda, EET mikroorganizmaların elektrot yüzeylerinde hangi hücreleri elektrot ile doğrudan temas halinde değil hala bu bir metabolik elektron alıcısı veya donör olarak kullanabilir, elektriksel olarak iletken çok hücreli kalın biyofilmler oluşturmak sağlar. Böyle biyofilmler elektrot katalizörler mikrobiyal electrosynthesis, kirletici algılama/kaldırma ve Uzaktan enerji üretimi ve depolama,7,8,9 gibi çeşitli uygulamalar için olarak büyük ilgi ,10,11,12,13,14 mikroorganizmalar ve mikrobiyal biyofilmler karşılaştırıldığında dayanıklılığını tarafından gerçekleştirilen metabolik süreçleri çeşitliliği nedeniyle enzim tabanlı bioelectrodes için. 15 , 16 Ayrıca, EET yolları potansiyel elektrikle denetimi veya sinyal doğal olarak meydana gelen değişiklikler için kullanılması gereken veya genetik olarak söz konusu, örneğin, istediğiniz ürün veya algılama üretiminde mikrobiyal metabolik süreçleri bir hedef analit veya uyarıcı. Onları diğer biyolojik malzemeler dışında setleri, electrocatalytic biyofilmler elektriksel iletkenlik electrocatalytic özellikleri merkezi bir yönüdür henüz küçük elektrot ortamda temel EET işlemi hakkında anlaşılmaktadır, ve bu da bilinen son derece tartışmalı. 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24
Burada açıklanan iletkenlik ile yaşayan, elektrot-yetiştirilen biyofilmler interdigitated elektrot dizilerin (Idas) kullanarak ölçmek için bir 2-elektrot yöntemidir. Idas oluşur her diğer grup dizi elde edilen ters tarafı bağlı öyle ki düz cam yüzeyde desenli paralel dikdörtgen elektrot 2 elektrotlar (kaynak ve drenaj) içinde. Bir Ida dikkatli incelenmesi (örneğin, bkz: Şekil 6.12b ref #1) da bitişik grup ayıran boşluklar olan bu formu olarak böyle bir şekilde ileri geri iki elektrot ayıran dizi örgüleri tek bir boşluk bağlı ortaya koymaktadır. Sonuç bir iletken malzeme oluşmuş, döküm, polimerli veya (burada kabul biyofilmler türü söz konusu olduğunda) dizi üzerinde yetiştirilen çok yüksek kaynak tüketen akımları verimli kaynak ve drenaj elektrotlar ayıran uzun ve dar bir boşluğudur. Buna ek olarak, elektrotlar küçük boyutu küçük arka planda kapasitans şarj nedeniyle ve malzeme miktarını iletkenlik yapmak için gerekli beri geçit potansiyel, değişiklik ile iletken malzeme oksidasyon durumunu değiştirmek için geçerli sonuçlar Idas kullanarak ölçüleri öyle küçük ki. Ida tabanlı tekniği elektrokimyasal çoğunluğuna burada, açıklanan ince film iletken polimerler karakterize etmek için geliştirilen,2,3,4,25 ancak son zamanlarda yaşayan sistemler için uygulanmıştır. 18 başka bir tekniği yaşam biyofilmler iletkenlik ölçmek için kullanılan kaynak ve drenaj elektrotlar ve kapıyı potansiyel ayarlamak için kaynak metre büyüklüğündeki kullanılmıştır. 26 , 27 ancak, bu yöntemler üzerinde endişeler daha önce ayrıntılı. 18
İletişim kuralı aşağıdaki yaşam iletkenlik ölçümler yaparak ile deneyimlerimiz Kapsüller Geobacter sulfurreducens ve biocathode MCL biyofilmler. G. sulfurreducens bir modeli elektrot organizma elektrotlar, tek metabolik elektron alıcısı olarak çözünmez materyalleri kullanmak mümkün azaltmak olduğunu. Ayrıca, birden çok hücre uzunlukları yapım o anodik uzun mesafe ekstraselüler Elektron transferi çalışmaya bir ideal model organizma üzerinde elektron taşıma edebiliyoruz kalın biyofilmler oluşturur. Biz de biocathode MCL, bentik mikrobik yakıt hücresi katot izole bir aerobik, otortorfiktir karışık topluluk biyofilm çalışma ayrıntılarını içerir. Biocathode (üç birincil bileşenlerinin için – Marinobacter, Chromatiaceaea ve Labrenziaadlı) MCL yapma bir elektrot onun tek elektron donör olarak oksitleyici ve birden çok hücre uzunlukları üzerinde elektron taşıma özelliği olan Bu çalışma için ilginç bir katodik sistem. Buna ek olarak, bu yöntemleri kullanarak bugüne kadar canlı bir sistem için bildirilen en yüksek iletkenlik biocathode MCL vardır. Bu iletişim kuralı bu çeşitli electroactive biyofilmler eklenmesi bu teknik herhangi bir yaşam biyofilm elektrikle elektrotlar ile etkileşim mümkün aracılığıyla elektron taşıma ölçmek için uygulanabilir olduğunu vurgulamak içindir.

<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

Burada biz elektrokimyasal perdeleme yöntemini elektrot-yetiştirilen mikrobiyal biyofilmler fizyolojik ilgili koşullar altında elektriksel iletkenlik karakterize etmek için kullanılan göstermektedir. 1 bu ölçümler kaynağı kullanılarak sulu ortamda yaşayan biyofilmler üzerinde gerçekleştirilen ve elektrotlar cam yüzeyi interdigitated elektrot (IDA) dizi olarak adlandırılan özel bir yapılandırma desenli drenaj. Bir biyofilm drenaj ve kaynak bağlama boşluğu arasında uzanan büyüyor. Potansiyeller için elektrotlar (ES ve ED) için geçerli olan bir kaynak tüketen akım (ıSD) aracılığıyla elektrot arasındaki biyofilm oluşturma. Elektriksel iletkenlik kapısı potansiyel üzerinde bağımlılık (kaynak ve drenaj potansiyelleri, EG ortalama = [ED + ES] / 2) sistematik olarak kapıyı potansiyel değiştirme ve elde edilen kaynak tüketen ölçme tarafından belirlenir geçerli. İletkenlik kapıya potansiyel bağımlılık mekanik soruşturma altında belirli biyofilm elektriksel iletkenlik temel hücre dışı elektron taşıma işlemi hakkında bilgi sağlar. Burada açıklanan elektrokimyasal gating ölçüm yöntemiyle alan doğrudan M. S. Wrighton2,3 ve meslektaşları ve R. W. Murray4,5,6 ve meslektaşları tarafından kullanılan tarih ince film iletken polimerler araştırmak için 1980's.

Idas kablolu, yalıtımlı ve iki elektrot birbirinden (Şekil 1) elektriksel olarak yalıtılmış emin olmak için test edilmiştir. Reaktörler, G. sulfurreducensile aşılanmış, monte ve bir biyofilm elektrot arasındaki boşluğu köprü kadar inkübe. G. sulfurreducens biyofilm dizi kapsayan için görsel olarak görülebilir. Diğer biyofilmler iki elektrot elektrikle bağlı olmadığını görmek için bir elektrokimyasal gating ?...

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

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Fizyolojik olarak ilgili koşullar altında yaşayan mikrobiyal biyofilmler elektriksel iletkenlik ölçüm için bir protokol sunulmuştur.

Elektron taşıma yaşayan biyofilmler ile karakterize

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

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Electrochemistry

SCIENTISTS IN ACTION

8.4K Görüntüleme.  Naval Research Laboratory. Fizyolojik olarak ilgili koşullar altında yaşayan mikrobiyal biyofilmler elektriksel iletkenlik ölçüm için bir protokol sunulmuştur.

Video: 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.

Büyüme, Bakım ve Temel Karakterizasyonu: Atık Su Elektroaktif mikrobiyel filmlerin Türetilmiş

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

Çevre

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.

Elektrokimyasal algılama döteryum Kinetik izotop etkisi üzerinde ekstraselüler elektron taşıma Shewanella Corynebacterium Bay-1

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

Biyokimya

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.

Akış sitometresi ile su biyofilmler karakterizasyonu

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.

Situ Shewanella Corynebacterium MR1 biyofilmler SALVI ve ToF-SIMS tarafından karakterizasyonu

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

Kimya

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.

Hücresel ve Biyofilmler Ekstrasellüler Bileşenleri Eşzamanlı Kantitasyonu

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

İmmünoloji ve Enfeksiyon

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.

Biyofilm ve Habitat Heterojen Eş-geliştirme karakterize Yöntemleri

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

Biyomühendislik

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.

Araştırma yöntemleri<em&gt; B. subtilis</emKüçük Molekül Biyofilm İnhibitörleri Karakterizasyonu için Bir Model Olarak&gt; Biyofilmler

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 ile Lactiplantibacillus plantarum'da EET'nin kronoamperometri analizi

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>Laktik Asit Bakterilerinde Üç Elektrotlu, İki Odacıklı Biyoelektrokimyasal Sistem ile Aracılı Hücre Dışı Elektron Transferinin Karakterize Edilmesi

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.

Elektron taşıma yaşayan biyofilmler ile karakterize

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Büyüme, Bakım ve Temel Karakterizasyonu: Atık Su Elektroaktif mikrobiyel filmlerin Türetilmiş

Elektrokimyasal algılama döteryum Kinetik izotop etkisi üzerinde ekstraselüler elektron taşıma Shewanella Corynebacterium Bay-1

Akış sitometresi ile su biyofilmler karakterizasyonu

Situ Shewanella Corynebacterium MR1 biyofilmler SALVI ve ToF-SIMS tarafından karakterizasyonu

Hücresel ve Biyofilmler Ekstrasellüler Bileşenleri Eşzamanlı Kantitasyonu

Biyofilm ve Habitat Heterojen Eş-geliştirme karakterize Yöntemleri

Araştırma yöntemleri

Laktik Asit Bakterilerinde Üç Elektrotlu, İki Odacıklı Biyoelektrokimyasal Sistem ile Aracılı Hücre Dışı Elektron Transferinin Karakterize Edilmesi

Laktik Asit Bakterilerinde Üç Elektrotlu, İki Odacıklı Biyoelektrokimyasal Sistem ile Aracılı Hücre Dışı Elektron Transferinin Karakterize Edilmesi

Laktik Asit Bakterilerinde Üç Elektrotlu, İki Odacıklı Biyoelektrokimyasal Sistem ile Aracılı Hücre Dışı Elektron Transferinin Karakterize Edilmesi