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    基于排序的细菌迅速他们的能力的微流体技术来发电。

    图片:王茜濡

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技术识别电力生产菌

基于排序的细菌迅速他们的能力的微流体技术来发电。

用新的微流体处理筛选的微生物可能会在发电或环境净化中使用。


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生活在极端条件下需要创造性的改编。对于存在于缺氧的环境中细菌的某些物种,这意味着要找到一种方法,呼吸不涉及氧气。这些耐寒微生物,它可以内矿山深部发现,在湖泊的底部,甚至在人体肠道,已经进化呼吸,涉及排泄和泵出电子的独特形式。换句话说,这些微生物实际上可以产生电力。

科学家和工程师正在探索如何利用这些微生物电厂运行的燃料电池和净化污水,以及其他用途。但牵制微生物的电性能一直是一个挑战:细胞比哺乳动物细胞更小,极难在实验室条件下生长。

现在澳门太阳城最新网站的工程师已经开发出一种微流体技术,可以快速处理的细菌的小样本,评估达成目标高度与细菌的产生电力的能力相关的特定属性。他们说此属性,称为极化性,可用于相比,目前的技术在一更安全,更有效的方式来评估细菌的电化学活性。

“的愿景是要挑选出那些最强的候选人做人类希望的细胞做理想的工作,”倩如旺,机械工程的澳门太阳城最新网站的部门的博士后说。

“还有最近的工作表明有可能是细菌的范围更广已[电力生产国]性质,补充说:”卡伦布尤案,在澳门太阳城最新网站机械工程系副教授。 “因此,一个工具,允许你探测这些微生物可能是更重要的比我们想象的。它不是微生物可以做到这一点的只是极少数。”

布尤案和王今天发表了他们的结果 科学的进步.

只是青蛙之间

产生电力的细菌通过在其细胞内产生电子,然后通过由表面蛋白形成的微小通道在它们的细胞膜传送这些电子,在被称为细胞外电子传递,或EET的方法这样做。

用于探测的细菌的电化学活性现有技术涉及生长的细胞的大批量和测量EET蛋白的活性 - 一个细致的,耗时的过程。其它技术需要以纯化和探测蛋白破裂的细胞。布尤案寻找更快,破坏性更小的方法来评估细菌的电气功能。

在过去的10年里,他的研究小组已建立与小通道,通过它们流过的细菌微升的样品蚀刻的微流体芯片。每个通道在中间压紧以形成沙漏构型。比通道的其余部分更小的约100倍 - - 当跨越通道,压紧部施加电压使上的电场的挤压,使得比周围的场强它的100倍。电场的梯度创建称作介电电泳的现象,或者推压由电场引起的其运动的单元的力。其结果是,介电电泳可以排斥颗粒或在不同的施加电压停止在其轨道上,这取决于颗粒的表面性质。

研究人员包括布尤案已经使用介按照一般属性,如大小和种类快速排序的细菌。这一次,布尤案不知道该技术是否能苏斯出细菌的电化学活性 - 一个更为微妙的财产。

“基本上,人在使用介电电泳分离被认为是在,比如,从鸟青蛙不同的细菌,而我们正在努力青蛙兄弟姐妹之间的区别 - 更细小的差异,”王说。

电动相关

在新研究中,研究人员用他们的微流控的设置来比较各种细菌菌株,每一个不同的,已知的电化学活性。所述菌株包括一个“野生型”或细菌的天然菌株,在微生物燃料电池积极地产生电力,并且所述研究人员的基因工程几株。在一般情况下,球队的目的是看是否有细菌的电气能力及其行为在微流体装置下方的介电电泳力之间的相关性。

团队通过沙漏形微流体通道流入每个细菌菌株的非常小,微升样品和慢慢向上陶醉穿过通道,每秒一伏,电压从0到80伏。通过被称为粒子图像测速的成像技术,他们观察到,得到的电场通过通道推进的细菌细胞直至它们达到压紧部分,其中,所述强得多字段加载通过介电电泳和陷阱它们在适当位置推回上的细菌。

一些细菌在高电压被困在较低的施加电压,等等。旺注意到“捕获电压”对于每个细菌细胞的,测量它们的小区大小,然后使用计算机模拟来计算细胞的极化 - 它是多么容易对细胞响应于外部电场形成电偶极子。  

从她的计算,王发现,这更电化学活性细菌往往有较高的极化。她观察到跨组测试细菌的所有物种的这种相关性。

“我们有必要的证据看到,有极化和电化学活性之间的强相关性,”王说。 “其实,极化可能有一些我们可以作为代理来选择具有高电化学活性微生物的用途。”

旺说,至少在它们测得的菌株,研究人员可以通过测量它们的极化测量他们的电力生产 - 这组可以很容易地,有效地,并且非破坏性地跟踪使用他们的微流体技术。

目前在球队的合作者正在使用的方法来测试,最近被认定为潜在电力生产者的细菌新品种。

“如果相关性的相同的趋势代表那些较新的菌株,然后该技术可以具有更广泛的应用,在清洁能源发电,生物修复,和生物燃料的生产,”王说。 

这项研究部分由美国国家科学基金会,并协同生物技术研究所,通过从美国的资助军队。


主题: , 能源, 机械工业, 微生物, 微流控, 研究, 工程学院, 美国国家科学基金会(NSF)

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