监测微生物生长的电化学技术

萨凡纳河国家实验室(savannah River National Laboratory)与克莱姆森大学、南卡罗来纳大学和萨凡纳河咨询有限公司(savannah river Consulting Co .Ltd .)合作，演示了在生物技术行业中使用电化学技术监测微生物生长和能量水平。正如最近发表在《应用微生物学和生物技术快报》上的文章所述，这些技术实时监测微生物，与传统的采样和分析相比，提高了结果的成本效益。

微生物被用于许多工业应用，包括生产燃料、化学品、药物和食品(如乙醇、乙酸盐、可生物降解塑料、青霉素和酸奶)。与所有生物一样，微生物利用食物来源(如糖、蛋白质和脂类)获得生长所需的有机碳和食物来源分解过程中释放的电子能量。微生物培养物活性的降低可能是由于食物来源的减少、生长抑制剂的存在或其他培养物的污染造成的。要避免进一步下滑，任何这样的问题都需要及时解决。

为了确保微生物的最佳性能，有必要监控其细胞数量和/或化学副产物。传统的方法是定期从微生物培养物中取样，以分析细胞的生长状态。实际采样和分析耗时耗力，成本高昂，可能会使问题持续几个小时才被检测出来。由萨凡纳河国家实验室领导的研究小组展示了一种多方位和自动化的方法来监测微生物的能量水平。

这项技术的一部分是在电池能量水平下降时发出警报。当电极处于特定的还原电位时，培养物中的微生物可以从与培养物相邻的电极以电子的形式将能量吸引到它们的细胞中。与电极接触的一小部分培养物被用作次优条件的早期预警系统。从电极进入微生物的能量在计算机屏幕上显示为电流的增加。因为这种电化学活动在发生时可以被监测，所以这种技术可以用于维持最佳微生物行为的正确条件。

该技术的另一部分使用电化学阻抗来监测整个生长周期中的培养物。这样，微生物培养可以由等效电路来定义。然后，可以使用等效电路来拟合阻抗数据，并提供与培养物的生理状态相关的关于培养物的有价值的信息。该方法在降低分析成本和自动化生物过程方面具有巨大的潜力。

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