زندگی در شرایط شدید مستلزم سازگاری خلاقانه است. برای گونه های خاصی از باکتری هایی که در محیط های بدون اکسیژن وجود دارند ، این به معنای پیدا کردن راهی برای تنفس است که شامل اکسیژن نمی شود. این میکروبهای هاردی ، که در اعماق مین ها ، در پایین دریاچه ها و حتی در روده انسان یافت می شوند ، یک شکل منحصر به فرد از تنفس را تکامل داده اند که شامل دفع و پمپاژ الکترون ها است. به عبارت دیگر ، این میکروب ها در واقع می توانند برق تولید کنند.
دانشمندان و مهندسان در حال بررسی راه های مهار این نیروگاه های میکروبی برای اجرای سلول های سوختی و تصفیه آب فاضلاب از جمله موارد دیگر هستند. اما پایین آوردن خواص الکتریکی میکروب یک چالش بوده است: سلول ها بسیار کوچکتر از سلول های پستانداران هستند و رشد در شرایط آزمایشگاهی بسیار دشوار است.
اکنون مهندسان MIT یک روش میکروسیالی را ایجاد کرده اند که می تواند به سرعت نمونه های کوچک باکتری ها را پردازش کرده و خاصیت خاصی را که با توانایی باکتری ها در تولید برق ارتباط دارد ، اندازه گیری کند. آنها می گویند که این خاصیت ، به عنوان قطبش پذیری شناخته می شود ، می تواند برای ارزیابی فعالیت الکتروشیمیایی باکتری به شیوه ای ایمن تر و کارآمدتر در مقایسه با تکنیک های فعلی مورد استفاده قرار گیرد.
Qianru Wang ، فوق دکتری در گروه مهندسی مکانیک MIT می گوید: "چشم انداز این است که از بین قویترین نامزدها برای انجام وظایف مطلوب انسانی که سلولها می خواهند انجام دهند ، استفاده شود."
کالن بیو ، استادیار مهندسی مکانیک در MIT می افزاید: "اخیراً کارهایی وجود دارد که نشان می دهد ممکن است طیف وسیع تری از باکتری هایی که دارای خاصیت تولید برق هستند ، وجود داشته باشد." "بنابراین ، ابزاری که به شما امکان می دهد آن ارگانیسم ها را مورد بررسی قرار دهید می تواند بسیار مهمتر از آن چیزی باشد که فکر می کردیم. فقط تعداد معدودی از میکروب ها نیستند که می توانند این کار را انجام دهند."
بیو و وانگ نتایج خود را امروز در Advanced Science منتشر کرده اند .
درست بین قورباغه ها
باکتریهای تولید کننده برق این کار را با تولید الکترون در سلولهای خود انجام می دهند ، سپس آن الکترونها را از طریق کانالهای ریز تشکیل شده توسط پروتئینهای سطحی ، در فرایندی که به عنوان انتقال الکترونی خارج سلولی یا EET انجام می شود ، از طریق غشای سلولی خود منتقل می کنند.
تکنیک های موجود برای بررسی فعالیت الکتروشیمیایی باکتری ها شامل رشد دسته های زیادی از سلول ها و اندازه گیری فعالیت پروتئین های EET - یک فرآیند دقیق و وقت گیر است. تکنیک های دیگر به منظور پاکسازی و بررسی پروتئین ها نیاز به پارگی سلول دارد. بیو برای ارزیابی عملکرد الکتریکی باکتریها به دنبال روشی سریعتر و کمتر مخرب بود.
برای 10 سال گذشته ، گروه وی در حال ساخت تراشه های میکروسیالی بوده و دارای کانال های کوچک بوده و از طریق آنها میکرولیتر نمونه های باکتری ها جریان می یابد. هر کانال در وسط پیچ خورده است تا یک پیکربندی ساعت شنی تشکیل شود. هنگامی که یک ولتاژ در یک کانال اعمال می شود ، بخش پین شده (تقریباً 100 برابر کوچکتر از بقیه کانال) ، یک فشار را بر روی میدان الکتریکی قرار می دهد ، و آن را 100 برابر از میدان اطراف می کند. شیب میدان الکتریکی پدیده ای را ایجاد می کند که به نام دی الکتریک یا نیرویی شناخته می شود که سلول را در برابر حرکت خود فشار می آورد که ناشی از میدان الکتریکی است. در نتیجه ، دی الکتریک می تواند ذره ای را دفع کند یا بسته به ویژگی سطح آن ذره ، در ولتاژهای مختلف اعمال شده ، آن را متوقف کند.
محققان از جمله Buie از Dielectroforesis برای مرتب کردن سریع باکتری ها با توجه به خصوصیات عمومی مانند اندازه و گونه ها استفاده کرده اند. این بار ، بوی این سوال را مطرح کرد که آیا این تکنیک می تواند فعالیت الکتروشیمیایی باکتری ها را خنثی کند - یک خاصیت بسیار لطیف تر.
وانگ می گوید: "اساساً ، مردم از دیلیکتروفورز برای جدا کردن باکتری هایی که مثلاً قورباغه ای از یک پرنده متفاوت بودند ، استفاده می کردند ، در حالی که ما در تلاشیم تا بین خواهران و برادران قورباغه تفاوت های جزئی تری داشته باشیم."
یک همبستگی الکتریکی
محققان در مطالعه جدید خود از مجموعه میکروسیالیک خود برای مقایسه انواع مختلف باکتریها استفاده کردند که هر یک از آنها یک فعالیت الکتروشیمیایی متفاوت و شناخته شده است. سویه ها شامل "نوع وحشی" یا سویه طبیعی باکتری ها هستند که به طور فعال در سلول های سوخت میکروبی الکتریسیته تولید می کنند ، و چندین سویه که محققان از نظر ژنتیکی مهندسی شده اند. به طور کلی ، این تیم قصد داشتند ببینند آیا بین توانایی الکتریکی یک باکتری و چگونگی رفتار آن در یک دستگاه میکروفلوئیدی تحت نیروی دی الکتریک تحت فشار وجود دارد.
این تیم نمونه های میکرولیتر از هر باکتری بسیار کوچک را از طریق کانال میکروسیالی شکل یک ساعته تشکیل داده و به آرامی ولتاژ را در کانال ، یک ولت بر ثانیه ، از 0 تا 80 ولت تقویت کردند. آنها با استفاده از روش تصویربرداری معروف به سرعت تصویر ذرات ، مشاهده کردند که میدان الکتریکی حاصل سلولهای باکتریایی را از طریق کانال سوق می دهد تا اینکه به بخش پینک شده نزدیک شویم ، جایی که زمینه بسیار قوی تر عمل می کند تا باکتری ها را از طریق دی الکتریک و باکتری به عقب برگرداند و آنها را به دام بیندازد.
بعضی از باکتریها در ولتاژهای کمتری قرار گرفتند و برخی دیگر در ولتاژهای بالاتر. وانگ به "ولتاژ به دام افتادن" برای هر سلول باکتری توجه کرد ، اندازه سلول آنها را اندازه گیری کرد ، و سپس از یک شبیه سازی رایانه ای برای محاسبه قطبیت سلول استفاده کرد - اینکه یک سلول برای پاسخ به میدان الکتریکی خارجی چقدر آسان است که قطب های برقی را تشکیل دهد .
از محاسبات او ، وانگ فهمید که باکتریهایی که از نظر الکتروشیمیایی فعال تر هستند ، دارای قطبش پذیری بالاتری هستند. او این ارتباط را بین همه باکتریهای گروه آزمایش شده مشاهده کرد.
وانگ می گوید: "ما شواهد لازم را داریم كه می بینیم بین قطب پذیری و فعالیت الکتروشیمیایی ارتباط قوی وجود دارد." "در حقیقت ، قطبش پذیری ممکن است چیزی باشد که بتوانیم از آن به عنوان پراکسی استفاده کنیم تا میکروارگانیسم هایی با فعالیت الکتروشیمیایی بالا را انتخاب کنند."
وانگ می گوید ، حداقل برای سویه های اندازه گیری شده ، محققان می توانند با اندازه گیری قطبش پذیری خود ، میزان تولید برق خود را اندازه گیری کنند - چیزی که این گروه می تواند به راحتی ، کارآمد و غیر مخرب با استفاده از تکنیک میکروسیالی خود پیگیری کند.
همکاران این تیم در حال حاضر از این روش برای آزمایش سویه های جدید باکتری ها استفاده می کنند که اخیراً به عنوان تولیدکننده بالقوه برق شناخته شده اند.
وانگ می گوید: "اگر همین روند همبستگی مربوط به آن سویه های جدیدتر باشد ، این روش می تواند کاربرد بیشتری داشته باشد ، در تولید انرژی پاک ، تولید انرژی زیستی و تولید سوخت های زیستی."
https://www.namasha.com/v/dFHRrToj
زندگی در شرایط شدید مستلزم سازگاری خلاقانه است. برای گونه های خاصی از باکتری هایی که در محیط های بدون اکسیژن وجود دارند ، این به معنای پیدا کردن راهی برای تنفس است که شامل اکسیژن نمی شود. این میکروبهای هاردی ، که در اعماق مین ها ، در پایین دریاچه ها و حتی در روده انسان یافت می شوند ، یک شکل منحصر به فرد از تنفس را تکامل داده اند که شامل دفع و پمپاژ الکترون ها است. به عبارت دیگر ، این میکروب ها در واقع می توانند برق تولید کنند.
دانشمندان و مهندسان در حال بررسی راه های مهار این نیروگاه های میکروبی برای اجرای سلول های سوختی و تصفیه آب فاضلاب از جمله موارد دیگر هستند. اما پایین آوردن خواص الکتریکی میکروب یک چالش بوده است: سلول ها بسیار کوچکتر از سلول های پستانداران هستند و رشد در شرایط آزمایشگاهی بسیار دشوار است.
اکنون مهندسان MIT یک روش میکروسیالی را ایجاد کرده اند که می تواند به سرعت نمونه های کوچک باکتری ها را پردازش کرده و خاصیت خاصی را که با توانایی باکتری ها در تولید برق ارتباط دارد ، اندازه گیری کند. آنها می گویند که این خاصیت ، به عنوان قطبش پذیری شناخته می شود ، می تواند برای ارزیابی فعالیت الکتروشیمیایی باکتری به شیوه ای ایمن تر و کارآمدتر در مقایسه با تکنیک های فعلی مورد استفاده قرار گیرد.
Qianru Wang ، فوق دکتری در گروه مهندسی مکانیک MIT می گوید: "چشم انداز این است که از بین قویترین نامزدها برای انجام وظایف مطلوب انسانی که سلولها می خواهند انجام دهند ، استفاده شود."
کالن بیو ، استادیار مهندسی مکانیک در MIT می افزاید: "اخیراً کارهایی وجود دارد که نشان می دهد ممکن است طیف وسیع تری از باکتری هایی که دارای خاصیت تولید برق هستند ، وجود داشته باشد." "بنابراین ، ابزاری که به شما امکان می دهد آن ارگانیسم ها را مورد بررسی قرار دهید می تواند بسیار مهمتر از آن چیزی باشد که فکر می کردیم. فقط تعداد معدودی از میکروب ها نیستند که می توانند این کار را انجام دهند."
بیو و وانگ نتایج خود را امروز در Advanced Science منتشر کرده اند .
درست بین قورباغه ها
باکتریهای تولید کننده برق این کار را با تولید الکترون در سلولهای خود انجام می دهند ، سپس آن الکترونها را از طریق کانالهای ریز تشکیل شده توسط پروتئینهای سطحی ، در فرایندی که به عنوان انتقال الکترونی خارج سلولی یا EET انجام می شود ، از طریق غشای سلولی خود منتقل می کنند.
تکنیک های موجود برای بررسی فعالیت الکتروشیمیایی باکتری ها شامل رشد دسته های زیادی از سلول ها و اندازه گیری فعالیت پروتئین های EET - یک فرآیند دقیق و وقت گیر است. تکنیک های دیگر به منظور پاکسازی و بررسی پروتئین ها نیاز به پارگی سلول دارد. بیو برای ارزیابی عملکرد الکتریکی باکتریها به دنبال روشی سریعتر و کمتر مخرب بود.
برای 10 سال گذشته ، گروه وی در حال ساخت تراشه های میکروسیالی بوده و دارای کانال های کوچک بوده و از طریق آنها میکرولیتر نمونه های باکتری ها جریان می یابد. هر کانال در وسط پیچ خورده است تا یک پیکربندی ساعت شنی تشکیل شود. هنگامی که یک ولتاژ در یک کانال اعمال می شود ، بخش پین شده (تقریباً 100 برابر کوچکتر از بقیه کانال) ، یک فشار را بر روی میدان الکتریکی قرار می دهد ، و آن را 100 برابر از میدان اطراف می کند. شیب میدان الکتریکی پدیده ای را ایجاد می کند که به نام دی الکتریک یا نیرویی شناخته می شود که سلول را در برابر حرکت خود فشار می آورد که ناشی از میدان الکتریکی است. در نتیجه ، دی الکتریک می تواند ذره ای را دفع کند یا بسته به ویژگی سطح آن ذره ، در ولتاژهای مختلف اعمال شده ، آن را متوقف کند.
محققان از جمله Buie از Dielectroforesis برای مرتب کردن سریع باکتری ها با توجه به خصوصیات عمومی مانند اندازه و گونه ها استفاده کرده اند. این بار ، بوی این سوال را مطرح کرد که آیا این تکنیک می تواند فعالیت الکتروشیمیایی باکتری ها را خنثی کند - یک خاصیت بسیار لطیف تر.
وانگ می گوید: "اساساً ، مردم از دیلیکتروفورز برای جدا کردن باکتری هایی که مثلاً قورباغه ای از یک پرنده متفاوت بودند ، استفاده می کردند ، در حالی که ما در تلاشیم تا بین خواهران و برادران قورباغه تفاوت های جزئی تری داشته باشیم."
یک همبستگی الکتریکی
محققان در مطالعه جدید خود از مجموعه میکروسیالیک خود برای مقایسه انواع مختلف باکتریها استفاده کردند که هر یک از آنها یک فعالیت الکتروشیمیایی متفاوت و شناخته شده است. سویه ها شامل "نوع وحشی" یا سویه طبیعی باکتری ها هستند که به طور فعال در سلول های سوخت میکروبی الکتریسیته تولید می کنند ، و چندین سویه که محققان از نظر ژنتیکی مهندسی شده اند. به طور کلی ، این تیم قصد داشتند ببینند آیا بین توانایی الکتریکی یک باکتری و چگونگی رفتار آن در یک دستگاه میکروفلوئیدی تحت نیروی دی الکتریک تحت فشار وجود دارد.
این تیم نمونه های میکرولیتر از هر باکتری بسیار کوچک را از طریق کانال میکروسیالی شکل یک ساعته تشکیل داده و به آرامی ولتاژ را در کانال ، یک ولت بر ثانیه ، از 0 تا 80 ولت تقویت کردند. آنها با استفاده از روش تصویربرداری معروف به سرعت تصویر ذرات ، مشاهده کردند که میدان الکتریکی حاصل سلولهای باکتریایی را از طریق کانال سوق می دهد تا اینکه به بخش پینک شده نزدیک شویم ، جایی که زمینه بسیار قوی تر عمل می کند تا باکتری ها را از طریق دی الکتریک و باکتری به عقب برگرداند و آنها را به دام بیندازد.
بعضی از باکتریها در ولتاژهای کمتری قرار گرفتند و برخی دیگر در ولتاژهای بالاتر. وانگ به "ولتاژ به دام افتادن" برای هر سلول باکتری توجه کرد ، اندازه سلول آنها را اندازه گیری کرد ، و سپس از یک شبیه سازی رایانه ای برای محاسبه قطبیت سلول استفاده کرد - اینکه یک سلول برای پاسخ به میدان الکتریکی خارجی چقدر آسان است که قطب های برقی را تشکیل دهد .
از محاسبات او ، وانگ فهمید که باکتریهایی که از نظر الکتروشیمیایی فعال تر هستند ، دارای قطبش پذیری بالاتری هستند. او این ارتباط را بین همه باکتریهای گروه آزمایش شده مشاهده کرد.
وانگ می گوید: "ما شواهد لازم را داریم كه می بینیم بین قطب پذیری و فعالیت الکتروشیمیایی ارتباط قوی وجود دارد." "در حقیقت ، قطبش پذیری ممکن است چیزی باشد که بتوانیم از آن به عنوان پراکسی استفاده کنیم تا میکروارگانیسم هایی با فعالیت الکتروشیمیایی بالا را انتخاب کنند."
وانگ می گوید ، حداقل برای سویه های اندازه گیری شده ، محققان می توانند با اندازه گیری قطبش پذیری خود ، میزان تولید برق خود را اندازه گیری کنند - چیزی که این گروه می تواند به راحتی ، کارآمد و غیر مخرب با استفاده از تکنیک میکروسیالی خود پیگیری کند.
همکاران این تیم در حال حاضر از این روش برای آزمایش سویه های جدید باکتری ها استفاده می کنند که اخیراً به عنوان تولیدکننده بالقوه برق شناخته شده اند.
وانگ می گوید: "اگر همین روند همبستگی مربوط به آن سویه های جدیدتر باشد ، این روش می تواند کاربرد بیشتری داشته باشد ، در تولید انرژی پاک ، تولید انرژی زیستی و تولید سوخت های زیستی."
https://www.namasha.com/v/dFHRrToj
تعویض توربین های بادی در دانمارک تمرکز خود را به ابررساناها معطوف می کند