薩凡納河國家實驗室與克萊姆森大學、南卡羅來納大學和薩凡納河咨詢有限公司合作，展示了利用電化學技術監(jiān)測生物技術行業(yè)微生物的生長和能級。正如最近發(fā)表在《應用微生物學和生物技術公報》上的那樣，這些技術可以實時監(jiān)測微生物，與傳統(tǒng)的采樣和分析相比，這提高了結(jié)果的成本效益。
微生物被用于許多工業(yè)應用，包括生產(chǎn)燃料、化學品、藥物和食品(如乙醇、乙酸鹽、生物可降解塑料、青霉素和酸奶)。像所有生物一樣，微生物利用食物源(如糖、蛋白質(zhì)和脂類)獲得生長所需的有機碳和食物源分解過程中釋放的電子能量。微生物培養(yǎng)活性的下降可能是由于食物來源的減少、生長抑制劑的存在或其他培養(yǎng)物的污染造成的。為避免進一步下滑，任何此類問題都需要及時解決。
為了確保微生物的最佳性能，有必要監(jiān)控它們的細胞數(shù)量和/或化學副產(chǎn)物。傳統(tǒng)的方法是定期從微生物培養(yǎng)物中取樣來分析細胞的生長狀態(tài)。實際采樣和分析耗時、費力且成本高，這可能會導致問題持續(xù)幾個小時才能被檢測到。薩凡納河國家實驗室領導的研究團隊展示了一種多方向、自動化的微生物能級監(jiān)測方法。
當電池能量水平下降時，這項技術的一部分會發(fā)出警報。當電極處于特定的還原電位時，培養(yǎng)物中的微生物可以從鄰近培養(yǎng)物的電極以電子的形式將能量吸引到它們的細胞中。與電極接觸的一小部分培養(yǎng)物被用作次優(yōu)條件的早期預警系統(tǒng)。從電極進入微生物的能量在計算機屏幕上顯示為電流的增加。因為這種電化學活性可以在發(fā)生時被監(jiān)測，所以這種技術可以用于保持最佳微生物行為的正確條件。
這項技術的另一部分使用電化學阻抗來監(jiān)控整個生長周期的培養(yǎng)。這樣，微生物培養(yǎng)可以用等效電路來定義。然后，等效電路可用于擬合阻抗數(shù)據(jù)，并提供與培養(yǎng)物生理狀態(tài)相關的培養(yǎng)物的有價值信息。這種方法為降低分析成本和自動化生物過程提供了巨大的潛力。
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