新型微流控微生物燃料电池传感器在生物毒性物质定量检测中的响应机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21206145
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0816.资源、环境与生态化工
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

.Due to the advantage of direct conversion of input signal to electric current for microbial fuel cell based biosensor, it is considered as a promising technology in environmental application and biological engineering. Here, a novel microfluidic microbial fuel cell based biosensor will be used for quantitative analysis of bacterial biotoxin and the mechanism of the bacteria activity responding to biotoxin will be studied. Firstly, to overcome the disadvantages of biosensor (e.g. slow response and instable signal output), a novel microfluidic microbial fuel cell based biosensor is developed by taking the advantage of microfluidic devices, which are small volume, fast response and well-defined controllable fluidic state. The anode and cathode in the micro-MFC are separated by inherent laminar flow and thus resulting in omitting membrane. The key design factors will be optimized based on computational fluid dynamics. Then, the improved biosensor will be employed for quantitative analysis of bacterial biotoxin. Furthermore, the response mechanism will be studied by examining the effect of biotoxin concentration and exposure time on bacterial activities, which is determined by electric current change. Finally, parameter optimizing experiments will be conducted to improve the biosensor sensitivity and output signal stability.
基于微生物燃料电池的传感器由于具有能将目标检测物质直接转化为电流信号的优点,在环境保护,生物化工等领域有着广阔的应用前景。本申请课题将微生物燃料电池传感器用于生物毒性物质的定量检测并揭示传感器电流信号对生物毒性物质的响应机制。首先,针对现有微生物燃料电池型传感器存在的响应速度慢,输出信号不稳定等缺点,通过将微流控芯片与微生物燃料电池传感器相整合,利用微流控芯片体积小,响应快,内部流态明确可控等优点来克服上述缺陷,并利用微流控芯片中的层流特性分隔阴阳两极取代膜材料的使用。其次,根据计算流体力学的计算模拟和MFC评价实验优化其设计。然后,将基于微流控芯片的微生物燃料电池传感器应用于生物毒性物质的定量检测,关联生物毒性物质浓度,暴露时间与响应电流的关系;探明输出电流信号对生物毒性物质的响应机制。最后结合上述两部分工作的结果对该微生物燃料电池传感器的响应性能、稳定性和精确度进行优化

结项摘要

微生物三电极体系(M3Cs)已经广泛地应用于生物传感和电化学活性细菌的研究上。与传统的两电极体系(微生物燃料电池和微生物电解池)相比,M3Cs能够提供稳定并且明确的电化学环境。本项目致力于研究与实验室级别(毫升级)的M3C具有相同性能的微升级M3C。在此系统中,层流被用来分隔参比电极通道与溶液本体通道,实现了在微升级别的体系中整合M3C并形成一个稳定的三电极系统的目的。通过整合的参比电极,工作电极的电势被准确地控制从而为细菌生长提供了一个稳定的电化学环境。系统运行33天之后,参比电极的电势仍然稳定在原先的水平,证明了系统的稳定性。同时利用铁氰化钾和细胞色素c的标准电极电位对系统的稳定性进行测试,结果同样显示了该系统具有良好的稳定性。利用微升级的体积和秒级的水利停留时间,实现了对柠檬酸铁、重金属、抗生素等物质的快速响应。而且电流信号响应具有良好的重现性和与化学刺激信号之间良好的线性关系。我们的研究结果表明,该项目开发的微流控三电极体系在毒性物质检测方面和产电细菌筛选方面是一种很有前景的平台。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Direct electron transfer from electrode to electrochemically active bacteria in a bioelectrochemical dechlorination system
生物电化学脱氯系统中从电极到电化学活性细菌的直接电子转移
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2013.08.108
  • 发表时间:
    2013-11-01
  • 期刊:
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Liu, Ding;Lei, Lecheng;Li, Zhongjian
  • 通讯作者:
    Li, Zhongjian
ON/OFF states of a microbial fuel cell controlled by an optical switching system
由光开关系统控制的微生物燃料电池的开/关状态
  • DOI:
    10.1039/c4ra03225j
  • 发表时间:
    2014-01-01
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Bao, Han;Li, Feifang;Li, Zhongjian
  • 通讯作者:
    Li, Zhongjian
Ionic liquid-mediated electrochemical CO2 reduction in a microbial electrolysis cell
微生物电解池中离子液体介导的电化学二氧化碳还原
  • DOI:
    10.1016/j.elecom.2013.08.002
  • 发表时间:
    2013-10
  • 期刊:
    Electrochemistry Communications
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Ding Liu;Bin Yang;Xingwang Zhang;Lecheng Lei
  • 通讯作者:
    Lecheng Lei

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其他文献

氮掺杂有序介孔碳的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘云朋;周洁;李中坚;雷乐成
  • 通讯作者:
    雷乐成
Selective Adsorption of Naphthalene in Aqueous Solution on Mesoporous Carbon Functionalized by Task-specific Ionic Liquid
特定任务离子液体功能化介孔碳对水溶液中萘的选择性吸附
  • DOI:
    10.1021/ie5040144
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    周洁;杨彬;李中坚;雷乐成;张兴旺
  • 通讯作者:
    张兴旺

其他文献

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李中坚的其他基金

基于非金属掺杂碳基产氢催化剂的无机/生物耦合催化体系中CO2转化机制的研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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