一种采用液滴微流控技术提高微生物燃料电池的输出功率的实验方法

摘要

本发明提出一种采用液滴微流控技术提高微生物燃料电池的输出功率的方法，该方法包括步骤：（1）建立液滴微流控实验装置平台：（2）建立微量（picoinjection）实验溶液注入实验装置；（3）建立菌种数据库；（4）建立基质材料数据库；（5）制作具有晃动阳极的微生物燃料电池装置；（6）采用步骤（4）的基质数据库中的基质材料与步骤（3）中的菌种数据库中的液滴菌种采用步骤（5）的微生物燃料电池装置，测量特定基质材料和特定菌种条件下的，电池装置的输出功率；筛选出能够使微生物燃料电池达到最大功率的菌种和最优的基质材料。我们采用的液滴微流控实验方法具有成本低，可以大批量实验的优势。

主权项

一种采用液滴微流控技术提高微生物燃料电池的输出功率的方法,包括以下步骤：（1）建立液滴微流控实验装置平台：将水相溶液和油相溶液以不同流速从不同的方向共同流经微管道产生的油相溶液包裹水相溶液的液滴，油相溶液形成液滴外壳，可密封任何水相溶液中细胞，颗粒或者分子等；培养包含一定数量菌种的液滴，将液滴收集在微管中；（2）建立微量（picoinjection）实验溶液注入实验装置，将醋酸盐电解液注入到上述包含有细菌细胞的液滴中，并对醋酸盐溶液添加有机染料，便于显微镜观测；（3）建立菌种数据库，选取不同的细菌菌种，每个液滴包含相同数量的一种菌种，或者某几种菌种的组合，采用步骤（2）的方法在细菌溶液液滴中添加不同的染料颜色进行染色，从而进行分类，即每一种颜色对应一种细菌或者细菌组合，从而建立菌种数据库；（4）建立基质材料数据库，采用（2）的方法对每一种基质材料进行染色，及每一种颜色对应一种基质材料，从而建立基质材料数据库；（5）制作具有晃动阳极的微生物燃料电池装置；在特定胶体液滴中培养生物膜，利用不同的胶体液滴来培养生物膜，所述特定胶体液滴是加入胶体和碳导线丝的不同液滴表面的液滴；并在胶粒的胶体内部加入碳导线丝，增加胶粒的导电性，通过一定频率周期性晃动阳极溶液，来更换阳极表面的已经释放到电荷的生物膜胶粒，而电解液中产生电子的生物膜胶粒会吸引到阳极，被置换的生物膜胶粒在电解液中进行恢复；所述一定频率周期性晃动是通过调整晃动的频率和幅度，调整细胞恢复时间，提高置换效率；（6）采用步骤（4）的基质数据库中的基质材料与步骤（3）中的菌种数据库中的液滴菌种采用步骤（5）的微生物燃料电池装置，测量特定基质材料和特定菌种条件下的，电池装置的输出功率；从而筛选出能产生最大电流功率的生物菌种，将细菌细胞，DNA 或者其他的分子颗粒包裹在体积从0.05微微升到1 纳升的反应液滴中来测量输出功率，这么小的液滴体积极大地缩短了反应时间，使得高速率的测量以建立不同细菌液滴数据库，从而筛选出能够使微生物燃料电池达到最大功率的菌种；把各种基质材料按照不同的浓度和成分包裹在很小体积的反应液滴中，采用上述步骤的筛选方法定量分析各种基质材料在相同的条件下能够产生的电流密度，挑选出最优的基质材料。