新的电化学测量输出使用数据科学揭示微生物发电机制

日本国家材料科学研究所(NIMS)的研究人员开发了一种设备，该设备能够进行比传统设备多数百倍的电化学测量。通过分析该设备的大量数据，该团队已经确定了使产电细菌即使在受到广泛的电极电位影响时也能有效发电的分子机制。

该技术还可用于分析与微生物相互作用的材料(例如，可生物降解的塑料)，可能有助于发现创新的微生物可降解材料。

这项工作于2022年10月发表在《模式》杂志上。

一些微生物可以在净化废水的同时发电。由于这种环保发电机制受到多种因素的影响，传统的实验和理论方法很难理解和控制它。数据科学——大量数据的分析——被认为是解决这个问题的潜在有效方法。然而，它需要大量高质量的电化学数据，条件明确且可变性很小，这使得它在技术上和经济上几乎不可能实现。

研究人员开发了一种电化学测量系统，能够进行比传统系统多数百倍的三电极电化学测量。然后，他们构建了一个高质量的数据库，并使用数据科学技术分析数据，以确定细菌发电效率与增强细菌细胞外电子转移的外部因素浓度之间的关系。

此外，他们确定了核黄素分子作为细胞外电子转运体的机制，使生电细菌即使在受到广泛的电极电位影响时也能有效发电。

该团队新开发的电化学测量系统比传统系统更具成本效益，并且具有很高的测量重现性。这是第一项证明数据科学技术(即分析大量电化学测量数据)可以有效用于微生物电化学研究的研究。

此外，由于微生物产生的电流是其代谢活动水平的指标，因此该系统可用于测量微生物对生物材料的影响。例如，可生物降解塑料的分解速度应该与分解它们的微生物产生的电流量正相关。

该系统还可用于测量与各种材料相关的微生物产生的电流。然后可以使用数据科学技术分析这些数据，以预测具有卓越物理特性的材料，从而有可能加快发现新的有效材料的速度。

该项目由MiranWaheed(JSPS博士后研究员(在进行本研究时)，电化学纳米生物技术组(ENG)，国际材料纳米建筑学中心(MANA)，NIMS)领导;GakuImamura(高级研究员，ENG、MANA、NIMS)和AkihiroOkamoto(ENG、MANA、NIMS的负责人)。