用碳纳米管合的自组装电化学活性生物膜:电子交换效率和细胞毒性评估
Teng Cai1, Yule Han2, Wanjiang Li2
1Shanghai Key Lab for Urban Ecological Processes and Eco-Restoration, School of Ecological and Environmental Sciences, East China Normal University, Shanghai 200241, PR China; Shanghai Institute of Pollution Control and Ecological Security, Shanghai 200092, PR China.
The Science of the total environment
|September 18, 2023
概括
碳纳米管 (CNT) 通过改善电子传输和功率输出来增强电化学活性生物膜 (EAB). 这种导电材料在厚厚的生物膜中提高了性能,没有显著的细胞毒性.
科学领域:
- 生物电化学 生物电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 微生物电化学 微生物电化学
背景情况:
- 厚厚的电化学活性生物膜 (EAB) 由于基质扩散和电子交换而面临细胞外电子转移 (EET) 的限制.
- 改善ETT对于提高微生物电化学技术的功率输出和效率至关重要.
研究的目的:
- 开发碳纳米管 (CNT) 合的EAB,以克服厚生物膜的局限性.
- 研究CNT对电子转移,发电和生物膜特性的影响.
- 评估 CNTs 对 EAB 的细胞毒性和代谢作用.
主要方法:
- 在EAB内部自组装CNT.
- 电化学测量包括输出功率和内部电阻.
- 对焦激光扫描显微镜用于生物膜可视化和可行性.
- 酶活性测试和非向的代谢学分析.
- 尼恩斯特-莫诺德模型刺激.
主要成果:
- 在三个月内,用CNT合的EAB实现了0.568W m−2的稳定功率输出.
- 导电生物膜的内部电阻降低到~211 Ω.
- 混合生物膜显示出更高的净电荷储存能力 (0.15 C m-2) 和更负的半和潜力 (-0.401 V).
- CNTs表现出微不足道的细胞毒性,代谢分析表明对中央通路没有显著影响.
- 丰富的地球细菌 sp. 的丰富性. 增加了2倍,增强了生物电催化活性.
结论:
- CNTs有效地作为电子道,在厚厚的生物膜中加速EET.
- 开发的混合EAB提供了一种有希望的方法来增强电子交换和功率输出.
- 该战略提供了一种可行的方法来提高微生物能量收集系统的性能.
