براساس مطالعه منتشر شده در مجله Science Advances، مهندسان MIT با بهره‌گیری از میکروسیال‌شناسی (microfluidics)، روشی با توانایی پردازش سریع نمونه‌های کوچک باکتریایی و ارزیابی ویژگی قطبش‌پذیری آن‌ها ایجاد کرده‌اند. این ویژگی که مرتبط با توانایی تولید برق در باکتری‌ها است می‌تواند جهت ارزیابی فعالیت الکتروشیمیایی باکتری‌ها در روشی کارآمدتر در مقایسه با روش‌های فعلی استفاده شود. همچنین در صورت وجود این روند همبستگی در سویه‌های مختلف، این روش می‌تواند در تولید انرژی پاک، زیست‌پالایی و تولید سوخت‌های زیستی مورد استفاده قرار گیرد.
زندگی در شرایط سخت نیازمند سازگاری خلاقانه است. برای برخی گونه‌های باکتریایی که در محیط‌های فاقد اکسیژن زندگی می‌کنند، این به‌معنی یافتن راهی برای تنفس بدون اکسیژن است. این میکروب‌های مقاوم در اعماق معادن، کف دریاچه‌ها و حتی روده انسان، شکل منحصر به‌فردی از تنفس ایجاد کرده‌اند که شامل دفع و پمپاژ الکترون‌ها است. در واقع این میکروب‌ها قادر به تولید برق هستند.
دانشمندان و مهندسان در حال بررسی راه‌هایی جهت مهار این نیروگاه‌های میکروبی برای به‌کار انداختن سلول‌های سوختی و تصفیه فاضلاب هستند. اما کشف خواص الکتریکی یک میکروب به‌دلیل کوچکی بسیار این سلول‌ها و دشواری کشت در شرایط آزمایشگاهی، یک چالش است.
باکتری‌ها، تولید برق را با تولید الکترون‌ها درون سلول‌هایشان و سپس انتقال الکترون‌ها از میان غشاهای سلولی خود از طریق کانال‌های کوچک شکل‌یافته توسط پروتئین‌های سطحی در فرایندی موسوم به انتقال الکترون خارج سلولی یا EET، به خارج از سلول انجام می‌دهند.
روش‌های موجود برای بررسی فعالیت الکتروشیمیایی باکتری شامل فرایندهای وقت‌گیر کشت مقادیر انبوه سلول‌ها و اندازه‌گیری فعالیت EET پروتئین‌ها است. سایر روش‌ها نیز نیازمند گسستن سلول به‌منظور خالص‌سازی و بررسی پروتئین‌ها است. کولن بوئی در جستجوی روشی سریع‌تر با تخریب کمتر برای ارزیابی عملکرد الکتریکی باکتری‌ها بود.
کولن بوئی (Cullen Bui) –دانشیار مهندسی مکانیک در MIT- می‌افزاید: “کارهای اخیر نشان‌دهنده امکان وجود طیف گسترده‌ای از باکتری‌ها با ویژگی تولید برق است. لذا، ابزاری که قادر به بررسی این ارگانیسم‌ها است، می‌تواند بیش از تصور مهم باشد.”
این گروه موفق به ساخت تراشه‌های میکروسیال تراشیده شده با کانال‌های کوچکی شدند که از میانش نمونه‌های میکرولیتری باکتری جریان می‌یابد. این کانال‌ها در وسط باریک و فشرده شده‌اند تا شکلی ساعت شنی‌وار ایجاد کنند. با اعمال ولتاژ در یک سمت کانال، بخش فشرده‌فشاری روی میدان الکتریکی اعمال و آن را قوی‌تر از میدان اطراف می‌سازد.
گرادیان میدان الکتریکی، پدیده‌ای موسوم به دی‌الکتروفورزیس یا نیرویی است که سلول‌ها را مخالف حرکت القا شده توسط میدان الکتریکی به جلو می‌راند. دی‌الکروفورزیس براساس ویژگی‌های سطح ذرات، قادر به دفع و یا توقف ذره درون مسیرها در ولتاژهای مختلف به‌کار رفته است. با وجود استفاده مرسوم جهت طبقه‌بندی سریع باکتری‌ها براساس ویژگی‌های عمومی نظیر اندازه و گونه، محققان به بررسی توانایی این روش در تقویت فعالیت الکتروشیمیایی باکتری‌ها پرداختند.
محققان با روشی با نام سرعت‌سنج تصویری ذرات (particle image velocimetry) و محاسبات کامپیوتری داده‌ها دریافتند باکتری‌های فعال‌تر از نظر الکتروشیمیایی، دارای قطبش‌پذیری بالاتری هستند. به‌گفته کیانرو وانگ (Qianru Wang) –پسادکترا در بخش مهندسی مکانیک MIT-: “با تداوم این روند همبستگی، محققان قادرند به‌آسانی، به‌طور کارآمد و ردیابی غیرمخرب، تولید برق را با اندازه‌گیری قطبش‌پذیری و با استفاده از روش میکروسیال محاسبه کنند.”
☑ منبع خبر
☑ لینک مقاله
