Chemical methods of microbe immobil

Chemical methods of microbe immobilization include covalent binding and cross-linking.
Covalent binding methods rely on the formation of a stable covalent bond between functional
groups of the cell wall components of the microorganism and the transducer. To successfully
achieve this goal, whole cells are exposed to harsh chemical reactions that can damage the
microbial cell membrane and decrease the biological viability of the cells. Determining how
to overcome this drawback remains a practical challenge. Cross-linking, on the other hand,
involves bridging between functional groups on the outer cell membrane by multifunctional
reagents (e.g., glutaraldehyde) to form a network. Because of the speed and simplicity, the
method has found wide acceptance for the immobilization of microorganisms. The cells may
be cross-linked directly onto the transducer surface or on a removable support membrane that
can then be placed on the transducer. While cross-linking has advantages over covalent binding, the cell viability can be affected by the cross-linking agents. Therefore, cross-linking is suitable in constructing microbial biosensors where cell viability is not important and only the
intracellular enzymes are involved in the detection.
Physical methods of microbe immobilization include adsorption and entrapment. Because
these methods do not involve covalent bond formation with microbes and provide relatively
small perturbation of microorganism native structure and function, these methods are preferred when viable cells are required. Physical adsorption is the simplest method for microbe
immobilization. Typically, a microbial suspension is incubated with the electrode or an immobilization matrix, such as glass bead. The microbes are immobilized due to adsorptive interactions (i.e., ionic or polar bonding) and hydrophobic interaction. However, immobilization
using adsorption alone generally leads to poor long-term stability because of desorption of
microbes. The immobilization of microorganisms by entrapment can be achieved, for example,
by the retention of the cells in close proximity of the transducer surface using a dialysis membrane. However, a major disadvantage of entrapment immobilization is the additional diffusion resistance offered by the entrapment material, which will result in a lower sensitivity
and detection limit.
A number of microbial sensors have been developed mainly for online control of biochemical processes in various environmental, agricultural, food, and pharmaceutical applications. Microbial biosensors typically involve the assimilation of organic compounds by
the microorganisms, followed by a change in respiration activity (metabolism) or the production of specific electrochemically active metabolites, such as H2, CO2, or NH3, that are
secreted by the microorganism.
Examples of microbial biosensors include ammonia (NH3) and nitrogen dioxide (NO2)
sensors that utilize nitrifying bacteria as the biological sensing component. An ammonia
biosensor can be constructed based on nitrifying bacteria, such as Nitrosomonas sp., that
use ammonia as a source of energy and oxidize ammonia as follows:

Kết quả (Việt) 1:

Các phương pháp hóa học của vi khuẩn cố định bao gồm các liên kết cộng hóa trị và qua.Phương pháp cộng hoá trị ràng buộc dựa vào sự hình thành của một trái phiếu liên ổn định giữa chức năngNhóm thành tế bào của các vi sinh vật và bộ biến. Để thành côngđạt được mục tiêu này, toàn bộ các tế bào được tiếp xúc với phản ứng hóa học khắc nghiệt có thể làm hỏng cácmàng tế bào vi khuẩn và giảm khả năng sinh học của các tế bào. Xác định như thế nàođể khắc phục nhược điểm này vẫn là một thách thức thực tế. Cừ, mặt khác,liên quan đến việc chuyển tiếp giữa nhóm chức trên màng tế bào bên ngoài bởi đa chức năngthuốc thử (ví dụ, glutaraldehyde) để tạo thành một mạng lưới. Vì tốc độ và đơn giản, cácphương pháp đã tìm thấy rộng chấp nhận cho cố định vi sinh vật. Các tế bào có thểđược cross-linked trực tiếp lên bề mặt bộ biến hoặc trên một màng di động hỗ trợ màcó thể sau đó được đặt trên bộ biến. Trong khi qua có lợi thế hơn các liên kết cộng hóa trị, khả năng di động có thể bị ảnh hưởng bởi các đại lý cross-linking. Vì vậy, qua là phù hợp trong xây dựng các vi khuẩn biosensors mà khả năng di động là không quan trọng và chỉ cácnội bào enzym có liên quan trong việc phát hiện.Các phương pháp vật lý của vi khuẩn cố định bao gồm hấp phụ và bẫy. Bởi vìnhững phương pháp này không liên quan đến hình thành liên bond với vi khuẩn và cung cấp tương đốinhiễu loạn nhỏ của vi sinh vật bản xứ cấu trúc và chức năng, những phương pháp được ưa thích khi tế bào khả thi được yêu cầu. Thể chất hấp phụ là phương pháp đơn giản nhất cho vi khuẩncố định. Thông thường, một đình chỉ vi khuẩn ủ với các điện cực hoặc một ma trận cố định, chẳng hạn như hạt thủy tinh. Các vi khuẩn được hỏng do bộ tương tác (ví dụ, liên kết ion hay cực) và kỵ nước tương tác. Tuy nhiên, cố địnhbằng cách sử dụng hấp phụ một mình thường dẫn đến sự ổn định lâu dài nghèo vì desorption củavi khuẩn. Cố định vi sinh vật bởi bẫy có thể đạt được, ví dụ,bởi việc lưu giữ của các tế bào gần của bề mặt bộ biến bằng cách sử dụng một màng lọc máu. Tuy nhiên, một bất lợi lớn của bẫy cố định là kháng bổ sung phổ biến được cung cấp bởi vật liệu bẫy, sẽ dẫn đến một độ nhạy thấp hơnvà phát hiện giới hạn.Một số vi khuẩn cảm biến đã được phát triển chủ yếu cho các kiểm soát trực tuyến của các quá trình hóa sinh trong các môi trường, nông nghiệp, thực phẩm, và các ứng dụng dược phẩm. Biosensors vi khuẩn thường liên quan đến đồng hóa của các hợp chất hữu cơ bởicác vi sinh vật, theo sau là một sự thay đổi trong hoạt động hô hấp (sự trao đổi chất) hoặc sản xuất chất chuyển hóa electrochemically hoạt động cụ thể, chẳng hạn như H2, CO2, hoặc NH3, cótiết ra bởi các vi sinh vật.Các ví dụ của vi khuẩn biosensors bao gồm amoniac (NH3) và nitơ điôxít (NO2)bộ cảm biến mà sử dụng nitrifying vi khuẩn như sinh học cảm biến thành phần. Một amoniacbiosensor có thể được xây dựng dựa trên nitrifying vi khuẩn, chẳng hạn như Nitrosomonas sp., màsử dụng amoniac như một nguồn năng lượng và oxy hóa amoniac như sau:

Kết quả (Việt) 2:

Phương pháp hóa học của vi khuẩn cố định bao gồm liên kết cộng hóa trị và liên kết ngang.
Phương pháp ràng buộc kết hóa trị dựa trên sự hình thành các liên kết hóa trị ổn định giữa chức năng
nhóm của các thành phần tế bào của vi sinh vật và các đầu dò. Để thành công
đạt được mục tiêu này, toàn bộ các tế bào tiếp xúc với phản ứng hóa học khắc nghiệt có thể làm hỏng
màng tế bào vi khuẩn và làm giảm khả năng phát triển sinh học của tế bào. Xác định như thế nào
để khắc phục nhược điểm này vẫn còn là một thách thức thực tế. Liên kết ngang, mặt khác,
liên quan đến việc chuyển tiếp giữa các nhóm chức năng trên các tế bào màng ngoài của đa chức năng
chất phản ứng (ví dụ, glutaraldehyde) để tạo thành một mạng lưới. Do tốc độ và sự đơn giản, các
phương pháp đã được tìm thấy chấp nhận rộng rãi cho bất động của vi sinh vật. Các tế bào có thể
được liên kết ngang trực tiếp lên bề mặt đầu dò hoặc trên màng hỗ trợ di động mà
sau đó có thể được đặt trên đầu dò. Trong khi liên kết ngang có lợi thế hơn ràng buộc kết cộng hóa trị, các khả năng di động có thể bị ảnh hưởng bởi các chất liên kết chéo. Vì vậy, liên kết ngang là phù hợp trong việc xây dựng cảm biến sinh học của vi sinh vật mà khả năng di động là không quan trọng và chỉ có các
enzyme trong tế bào có liên quan trong việc phát hiện.
Phương pháp vật lý của vi khuẩn cố định bao gồm hấp phụ và cạm bẫy. Bởi vì
các phương pháp này không liên quan đến hình thành liên kết cộng hóa trị với vi khuẩn và cung cấp tương đối
sự thay đổi nhỏ của vi sinh vật cấu trúc bản địa và chức năng, các phương pháp được ưa thích khi tế bào sống được yêu cầu. Hấp phụ vật lý là phương pháp đơn giản nhất cho vi khuẩn
cố định. Thông thường, một hệ thống treo của vi sinh vật được ủ với các điện cực hoặc một ma trận cố định, chẳng hạn như hạt thủy tinh. Các vi sinh vật được cố định do sự tương tác hút bám (tức là, liên kết ion hay cực) và tương tác kỵ nước. Tuy nhiên, cố định
sử dụng hấp phụ một mình thường dẫn đến sự ổn định lâu dài nghèo vì giải hấp của
vi khuẩn. Các vi sinh vật cố định enzyme bởi cạm bẫy có thể đạt được, ví dụ,
bằng việc lưu giữ các tế bào trong gần gũi của các bề mặt đầu dò sử dụng một màng lọc máu. Tuy nhiên, một bất lợi lớn của cạm bẫy cố định là các kháng khuếch tán thêm được cung cấp bởi các vật liệu bẫy, mà sẽ dẫn đến độ nhạy thấp hơn
giới hạn và phát hiện.
Một số cảm biến vi khuẩn đã được phát triển chủ yếu để kiểm soát trực tuyến của các quá trình sinh hóa trong môi trường khác nhau, nông nghiệp , ứng dụng thực phẩm, và dược phẩm. Cảm biến sinh học của vi khuẩn thường liên quan đến sự đồng hóa của các hợp chất hữu cơ bởi
các vi sinh vật, theo sau là một sự thay đổi trong hoạt động hô hấp (trao đổi chất) hoặc sản xuất các chất chuyển hóa electrochemically hoạt động cụ thể, chẳng hạn như H2, CO2, hoặc NH3, được
tiết ra bởi các vi sinh vật.
Ví dụ về cảm biến sinh học của vi sinh vật bao gồm amoniac (NH3) và nitrogen dioxide (NO2)
cảm biến sử dụng vi khuẩn nitrat như các thành phần cảm biến sinh học. An ammonia
cảm biến sinh học có thể được xây dựng dựa trên các vi khuẩn nitrat hóa, chẳng hạn như Nitrosomonas sp, mà.
Sử dụng ammonia như một nguồn năng lượng và oxy hóa ammonia như sau: