薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室與克萊姆森大學(xué)、南卡羅來納大學(xué)和薩凡納河咨詢有限公司合作，展示了利用電化學(xué)技術(shù)監(jiān)測生物技術(shù)行業(yè)微生物的生長和能級。正如最近發(fā)表在《應(yīng)用微生物學(xué)和生物技術(shù)公報(bào)》上的那樣，這些技術(shù)可以實(shí)時(shí)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(yīng)用，包括生產(chǎn)燃料、化學(xué)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(jī)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(jìn)一步下滑，任何此類問題都需要及時(shí)解決。
為了確保微生物的最佳性能，有必要監(jiān)控它們的細(xì)胞數(shù)量和/或化學(xué)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(xì)胞的生長狀態(tài)。實(shí)際采樣和分析耗時(shí)、費(fèi)力且成本高，這可能會導(dǎo)致問題持續(xù)幾個(gè)小時(shí)才能被檢測到。薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)展示了一種多方向、自動化的微生物能級監(jiān)測方法。
當(dāng)電池能量水平下降時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的一部分會發(fā)出警報(bào)。當(dāng)電極處于特定的還原電位時(shí)，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(xì)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(yù)警系統(tǒng)。從電極進(jìn)入微生物的能量在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示為電流的增加。因?yàn)檫@種電化學(xué)活性可以在發(fā)生時(shí)被監(jiān)測，所以這種技術(shù)可以用于保持最佳微生物行為的正確條件。
這項(xiàng)技術(shù)的另一部分使用電化學(xué)阻抗來監(jiān)控整個(gè)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(guān)的培養(yǎng)物的有價(jià)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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