JP2015158520A - 環境モニタリングのための、微生物をベースとするセンサー - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環境モニタリングの分野に関し、特に、地表水中の化合物レベルをモニタリングするための生物電気化学センサーの開発に関する。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び請求項から明らかであろう。
微生物燃料電池(MFC)は、還元型基質の嫌気的消費の際に電子シンクとして不溶性の析出金属を通常に用いる微生物を利用する。金属析出物を電極に置換することにより、電流は、外部回路を通って流れるように誘導されて集めることができ、電子は、酸素の場合がある最終電子受容体を還元する陰極室内に最終的に到達する前に、電気的作業を行う。膜は、陽極及び陰極半反応に分離し、回路を通って陰極に到達する電子によって輸送される電荷の平衡を保つために陽イオンの選択的通過のみを許容するので、一般的にプロトン交換膜燃料電池(PEMFC)のカテゴリーに分類される。電子流又は電流のための駆動力は、陽極の半電池における酸化反応と、陰極における最終電子受容体の還元反応との間の電気化学的な酸化還元電位差に由来する。
溶液中の電子供与体の利用可能性を検知する、以前に研究されたMFCをベースとするBODセンサーと対比し、本発明のセンサーは、液体又は気溶体中の電子受容体の利用能を標的とし得る。センサーの背後にある基本概念は、センサーの構成により、陽極又は陰極のいずれかの領域で、微生物によって溶液(水性又は気体状)中の最終電子受容体又は電子供与体の優先的又は階層的使用である。
拡散室内の電子受容体の濃度は、移動現象と反応速度論の原理を使用してモデル化されることが可能である。質量移動方程式の一般形は、
(1)
(2)
(3)
(4)
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(6)
(7)
(8)
(8)
本発明は、収集したデータを遠隔的に送信するために必要とされる電力要求も満たす、微生物燃料電池系環境センサーを提供する。センサー設計のいくつかの側面は、そのようなシステムに適合する。最初に、長寿命の防食用アノード基盤としてキチンを使用することによって、MFCは機能し、また、月又は年単位で測定される可能性のある一定期間にわたって電力を生産する。以前に示したように非常に微量のChitin−80を使用したとき、基盤を高度化されたMFCは、電力出力の損失もなく10日間、問題なく機能し、寿命は、使用されるキチン量に対して少なくとも線形に改良されるであろう(Rezaei et al.,2007)。本発明のセンサーは、酸素又は硝酸塩の刺激の増加がない状態で、比較的一定の電力が発生するように機能し、また、これらの干渉化学物質の濃度が、センサーから遠隔的に情報の送信を生み出すために依然として十分である電力出力において、単なる不完全な減少をもたらすように設計される。電力生産を完全に切断するのに十分である、極端な及び持続的な酸素又は硝酸塩汚染物質の場合、そのような状況では、問題となる汚染物質を改善するために操作者の介在を必要とする可能性が非常に高い。
センサー寿命にわたって過剰な容量と安定性を有する化学的半電池、カソードの結果として、信号の変動と制限を避けるカソード半電池設計が実行される。
農業、調査、下水、及び規制分野に出現した流行は、低コストなリアルタイムセンサーの著しい必要性を示している。例えば、EPAドキュメント、例として、その2006から2011の戦略的計画(2006−2011 Strategic Plan)は、既に、硝酸塩低減のための「戦略目標」に言及している(Johnson,2006)。米国環境保護庁(EPA)のミシシッピ川・メキシコ湾流域栄養作業部会(Mississippi River Gulf of Mexico Watershed Nutrient Taskforce)のなどのイニシアチブは、特に農作業と関連して、水表面の硝酸塩を監視することへの関心が増加していることを示している。現在、NRCS(8000万ドルの年次プログラム基金)により指導されるミシシッピ川流域イニシアチブに関係した約41の流水域がある。土壌と水の保全区域などは、改善された農場の実践(NRCS、2010)を通して、水路に「隣接した農場」内の「農場の端部」で硝酸塩と他の養分を監視する個人生産者によって、それらのレベルを縮小させることを目指して、機能している。加えて、中西部のような国の領域は、タイル排水システムの集中的使用で知られている。
本発明を概略的に説明した。本発明のある側面及び実施形態の単なる例示目的として含まれる以下の実施例を参照して、より容易に理解されるであろうが、これは本発明を多少なりとも制限することを意図しない。
本例は、微生物センサーの基本として、シェワネラ・オネイデンシスを好ましい電子受容体用途として使用する実現性を証明する。特に本例は以下を目的とする。
1)拡散と呼吸消費によって確立した酸素の濃度勾配を下げる差分電流の証明;
2)拡散と呼吸消費によって確立した硝酸塩の濃度勾配を下げる差分電流の証明;
3)センサーのサイズ、電子受容体の消費速度、及び電子受容体種の拡散率のパラメータに基づいた前段センサー設計の確立;
センサーは、以下に概説する方法に従って、4つの並列したステップで開発される。
段階1のテスト電池は、2つの構成要素、センサー領域と媒体再循環システムで構成されている(図2)。これらの構成要素の概略設計は、酸素及び硝酸塩センサーのテストにおいて、同一である。3つのテスト電池が組み立てられる:酸素センサーテスト電池、硝酸塩センサーテスト電池、及び受容体なしのコントロール電池。
センサー領域(図2)は、イオン交換膜又は無菌フィルタで分離された、サンプル室、拡散室、陽極室、及び陰極室で構成されている。これらの室の各々の構造は、制限された酸素拡散率を有する生体適合ポリマー材料から作られている。拡散室をサンプル室及び陽極室から分離している無菌フィルタは、細孔サイズ0.2umのフィルタ(Pall Suporフィルタ)で作られており、陽極室から拡散室、サンプル室、及び媒体貯蔵槽への微生物汚染がないことを保証する。全ての膜とプラスチィック部品は、漏出と空気流入を防止するために、ゴムパッキンを使用してセンサーアセンブリ内で密封されている。センサー領域の全ての部品は、各実験の前に殺菌される。
電子受容体と養分の濃度を一定に維持することは、センサー設計を検査するために必要不可欠である。これは、媒体の大きな貯蔵槽と、サンプル室を通しての媒体の高速再循環と、を用いて達成される。貯蔵槽のサイズは、実験の継続時間にわたってほぼ均一の組成物を維持するのに十分であり、これは、電子受容体と養分の存在を検査することによって確認することが可能である。もし必要なら、貯蔵槽内の媒体は、センサー構成要素に抜本的な影響を与えることなく変更することが可能である。貯蔵槽そのものは、チューブ取り付け具を含むように改良されたふたを有する大きな媒体ボトルであってもよい。
ステップ2は3つのサブタスクに分割される。第1のサブタスクは、酸素有りと酸素なしの電極利用における培養の差分反応を確認することである。これが確認されると、次の第2のサブタスクは、センサーテスト電池内で培養を利用して、酸素勾配の確立のため及びその勾配の下方への差分反応を検査することである。最後に、媒体内で、溶解酸素の異なるレベルは、第3サブタスクで検査され、センサー動作を検証する。これらのサブタスクを、以下でより詳細に説明する。
シェワネラ・オネイデンシスMR−1の培養は、従来のMFC内で接種される。このMFCは、電池外の電子移動に従事している活性嫌気性微生物群を確立する条件とする。新しい養分は、安定した活性を維持するためリアクターに(嫌気的に)一括で付加される。安定した動作に到達したら、電池内の媒体は、連続的に空気を散布し、酸素で飽和させる。過剰な酸素の存在は、以前に報告されているように(Arnold1990)、劇的に電極の呼吸作用を縮小させる。嫌気性の場合、一定の活性を保証するため、新しい養分を媒体へ付加する。
シェワネラ・オネイデンシスMR−1は、酸素センサー原理を検証するために使用される。この株は、以前に説明された媒体の硝酸塩を含まない配合で所定の密度まで嫌気的に培養される(Kim1999)。この培養は、陽極室に接種するために使用される。同一の無菌媒体は、酸素で飽和し、媒体貯蔵槽に付加され、サンプル室内を循環する。この媒体は、代謝活性を制限しないように過剰な養分を含むように構築される。貯蔵槽内の媒体は、酸素の飽和を維持するために無菌の空気を散布される。媒体貯蔵槽と電池は、この実験において30℃の一定温度に維持される。陽極室の微生物は、陽極室に導入された後、安定状態に達することが可能である。各個々のワイヤーの電流は、抵抗での電圧降下を測定することによって決定される。
酸素飽和状態での初期テスト後、センサーの反応を検査するために媒体内の酸素量は変えられる。これらのテストために、媒体は標本抽出され、酸素量は酸素電極を使用して測定される。
酸素センサー概念の検証と類似しているので、硝酸塩センサー原理を実証するために、ステップ3は、以下を確認するために3つのサブタスクに分割される。
1)電子受容体として硝酸塩有りとなしの差分MFC出力
2)硝酸塩勾配形成とセンサー内での検出、及び
3)サンプル硝酸塩濃度に依存したセンサー反応
従来のMFCにおいて、野生型シェワネラ・オネイデンシスMR−1は、嫌気性の、硝酸塩を含まない媒体を利用して、陽極室内に適応させられる。培養が安定状態動作に到達した後、代替電子受容体として硝酸塩をアノードに付加し、電流出力が監視される。以前の研究では、MFCの電圧、電流発生出力、及びクーロン効率が、適当な炭素源及び電極電位と共に、硝酸塩の付加によって影響されることを示していた(Sukkasem et al,2008)。一般的に、硝酸塩の存在は電極で利用できる電位より低い還元電位を提供するため、MFCの性能は、硝酸塩のアノードの濃度が増加するのに応じて減少する。空気カソードを使用して、アノード媒体(嫌気性)へのミリモル濃度の硝酸塩の付加は、特により低いMFC内部抵抗のとき、電池の出力電圧と電流の発生を急速に減少させた(Sukkasem et al,2008)。シェワネラ・オネイデンシスMR−1は、これ以前の研究で使用される種より、呼吸作用における終端電子受容体として、更に効率的に硝酸塩を利用するので、我々は、より低い硝酸塩濃度のとき電子発生において同様な損失、及び、使用されるミリモル硝酸塩濃度のときより著しい反応を観測することを期待するであろう(Cruz−Garcia et al,2007)。この結果は、定電位電解装置で電極を+200mV(Ag/AgCl参照)の平衡とし、記述のとおり(Kim1999)媒体内で炭素源として乳酸を利用することによって、確認できる。
硝酸塩への反応が確立した後、シェワネラ・オネイデンシスMR−1の培養は、記述のとおり(Kim1999)、50mMの硝酸塩濃度で、媒体内において、指数的段階へ成長し、硝酸塩センサーの陽極室内に接種される。MFC動作の実質的な変化は、8mMより低いアノード硝酸塩濃度において確認されたので、勾配反応は明確に視認できる(Sukkasem et al,2008)。同一組成の嫌気性媒体が、媒体貯蔵槽に付加され、サンプル室内を循環する。酸素センサーテスト電池と同様に、均質の結果を保障するために、過剰の養分が媒体内に供給され、温度が一定に維持される。動作は、電極に生産された電流に基づいて判断される。
硝酸塩の高い濃度に対する基準値反応が確立した場合、硝酸塩センサー電池は、広範囲の硝酸塩濃度を含む媒体で検査される。この調査により、ここで説明するように微生物燃料電池を使用して、硝酸塩の検知閾値を決定すること、ならびに、硝酸塩反応の相互作用の線形性を決定することが可能である。特性評価方法は、実験の基準値決定段階と同じであり、サンプル硝酸塩濃度は、標準分光光度法を使用して確認される(Clesceri,1999)。
シェワネラ・オネイデンシス系センサーの初期開発の最終ステップでは、上記で説明した構成要素の各々を第1世代センサーに完全統合することに基づいた詳細設計に焦点が当てられ、ステップ1から4で扱われなかった付加的設計課題を扱う。これらの付加的問題は、酸素拡散率、硝酸塩拡散率、代謝速度及び呼吸速度、溶解酸素範囲、硝酸塩濃度範囲、及びアノード電力密度を含む。基本的設計パラメータを適用することに加えて、最終設計はまた、操作信頼性及び製品寿命を伴う課題を扱うという特徴を含む。
センサー動作の解析するため、および、将来の設計のための準備のため、電子受容体の移動と反応は、センサー内でモデル化される。このモデルは、システムの2次元数値解析を含むように、上記で説明された解析から構築される。電子受容体の様々な濃度の下での、酸素及び硝酸塩の消費割合及び電力生産についての実験データは、拡散性移動と拡散率パラメータのための理論方程式によって組み合わされる。結果は、センサーのサイズの設計及びセンサー動作の有効な仮定についての決定を通知することが可能な技術モデルである。
酸素及び硝酸塩からの寄与を分離するために、硝酸塩のレベルに影響を与えることなく、最初に酸素を感知する(また、枯渇する)ために、硝酸塩を還元することのできない菌株を利用する必要がある。硝酸塩で呼吸することのできない変異体株(napA−)は既に記載されている(Cruz−Garcia)。センサー開発の準備において、napA−株を得、表現型、及び電極に電子を輸送する能力を検証する。既に開示された条件及び方法を用い、従来の微生物燃料電池内で検証を実施する(Kim、1999)。
本発明は、本発明の精神又は本質的特徴を逸脱しないで、他の特定の形態に具現化することができる。従って、前記実施態様は、本明細書に開示された発明を限定するというよりも、全て説明するためであることを考慮すべきである。
特許、特許出願、特許出願公開、定期刊行物、書籍、論文、ウェブコンテンツなどの他の文献に対する参照及び引用は、本明細書の開示を介して行われている。そのような全ての文献は、全ての目的のために、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
特許、特許出願、特許出願公開、定期刊行物、書籍、論文、ウェブコンテンツなどの他の文献に対する参照及び引用は、本明細書の開示を介して行われている。そのような全ての文献は、全ての目的のために、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
以下、本発明の例示的態様を列挙する。
<1>少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、生物電気化学システム。
<2>前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、<1>に記載の生物電気化学システム。
<3>前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、<1>または<2>に記載の生物電気化学システム。
<4>前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、<3>に記載の生物電気化学システム。
<5>前記標的化合物が硝酸塩である、<4>に記載の生物電気化学システム。
<6>前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、<1>または<2>に記載の生物電気化学システム。
<7>前記標的化合物が:水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S 0 )、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、<6>に記載の生物電気化学システム。
<8>前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、<1>〜<7>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<9>前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、<8>に記載の生物電気化学システム。
<10>前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO 3 − )又は亜硝酸塩(NO 2 − )を利用できないことである、<9>に記載の生物電気化学システム。
<11>前記第一の起電性微生物が、シュワネラ、シュードモナス、ジオバクター、及びシアノバクテリア、又はそれらの変異体からなる群から選択される株である、<8>に記載の生物電気化学システム。
<12>前記第一の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの変異株である、<11>に記載の生物電気化学システム。
<13>前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA − である、<12>に記載の生物電気化学システム。
<14>第二の起電性微生物を更に含む、<1>〜<13>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<15>前記第二の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物とは、異なる呼吸表現型を有する、<14>に記載の生物電気化学システム。
<16>前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、<15>に記載の生物電気化学システム。
<17>標的化合物が水相中にある、<1>〜<16>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<18>標的化合物が気相中にある、<1>〜<16>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<19>前記少なくとも1種の標的化合物を検出するための、少なくとも1個のセンサー領域を更に含み、前記領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、<1>〜<18>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<20>第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二の領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、<19>に記載の生物電気化学システム。
<21>前記領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、<20>に記載の生物電気化学システム。
<22>媒体再循環システムを更に含む、<1>〜<21>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<23>少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記第一の起電性微生物がシュワネラ・オネイデンシスの変異株である、生物電気化学システム。
<24>前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、<23>に記載の生物電気化学システム。
<25>前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、<23>または<24>に記載の生物電気化学システム。
<26>前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、<23>〜<25>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<27>前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、<26>に記載の生物電気化学システム。
<28>前記標的化合物が硝酸塩である、<27>に記載の生物電気化学システム。
<29>前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、<23>〜<25>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<30>前記標的化合物が:水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S 0 )、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、<29>に記載の生物電気化学システム。
<31>前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、<23>〜<30>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<32>前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、<31>に記載の生物電気化学システム。
<33>前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO 3 − )又は亜硝酸塩(NO 2 − )を利用できないことである、<32>に記載の生物電気化学システム。
<34>前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA − である、<22>〜<33>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<35>第二の起電性微生物を更に含む、<23>〜<34>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<36>前記第二の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物とは、異なる呼吸表現型を有する、<35>に記載の生物電気化学システム。
<37>前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、<36>に記載の生物電気化学システム。
<38>標的化合物が水相中にある、<23>〜<37>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<39>標的化合物が気相中にある、<23>〜<37>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<40>前記少なくとも1種の標的化合物を検出するための、少なくとも1個のセンサー領域を更に含み、前記領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、<23>〜<39>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<41>第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二の領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、<40>に記載の生物電気化学システム。
<42>前記領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、<41>に記載の生物電気化学システム。
<43>媒体再循環システムを更に含む、<23>〜<42>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<44>少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記第一の起電性微生物とは異なる呼吸表現型を有する第二の起電性微生物をさらに有する、生物電気化学システム。
<45>前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、<44>に記載の生物電気化学システム。
<46>前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、<44>または<45>に記載の生物電気化学システム。
<47>前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、<44>〜<46>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<48>前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、<47>に記載の生物電気化学システム。
<49>前記標的化合物が硝酸塩である、<47>に記載の生物電気化学システム。
<50>前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、<44>〜<49>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<51>前記標的化合物が:水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S 0 )、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、<50>に記載の生物電気化学システム。
<52>前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、<44>〜<51>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<53>前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、<52>に記載の生物電気化学システム。
<54>前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO 3 − )又は亜硝酸塩(NO 2 − )を利用できないことである、<53>に記載の生物電気化学システム。
<55>前記第一の起電性微生物が、シュワネラ、シュードモナス、ジオバクター、及びシアノバクテリア、又はそれらの変異体からなる群から選択される株である、<44>〜<54>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<56>前記第一の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの変異株である、<55>に記載の生物電気化学システム。
<57>前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA − である、<56>に記載の生物電気化学システム。
<58>前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、<44>〜<57>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<59>標的化合物が水相中にある、<44>〜<58>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<60>標的化合物が気相中にある、<44>〜<58>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<61>前記少なくとも1種の標的化合物を検出するための、少なくとも1個のセンサー領域を更に含み、前記領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、<44>〜<60>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<62>第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二の領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、<61>に記載の生物電気化学システム。
<63>前記領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、<62>に記載の生物電気化学システム。
<64>媒体再循環システムを更に含む、<44>〜<63>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<65>少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記システムが、前記少なくとも1種の第1の標的化合物を検出するための、少なくとも1個の第一のセンサー領域を更に含み、ここで前記第一のセンサー領域は、固有の陽極室及び固有の陰極室を含み、また、第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二のセンサー領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、生物電気化学システム。
<66>前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、<65>に記載の生物電気化学システム。
<67>前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、<65>または<66>に記載の生物電気化学システム。
<68>前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、<65>〜<67>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<69>前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、<68>に記載の生物電気化学システム。
<70>前記標的化合物が硝酸塩である、<69>に記載の生物電気化学システム。
<71>前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、<65>〜<70>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<72>前記標的化合物が:水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S 0 )、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、<71>に記載の生物電気化学システム。
<73>前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、<65>〜<72>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<74>前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO 2 − )、硝酸塩(NO 3 − )、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO 4 −3 )、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO 4 − )、元素硫黄(S 0 )、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H 2 )、メタン(CH 4 )、アンモニウム(NH 4 + )、アンモニア(NH 3 )、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、<73>に記載の生物電気化学システム。
<75>前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO 3 − )又は亜硝酸塩(NO 2 − )を利用できないことである、<74>に記載の生物電気化学システム。
<76>前記第一の起電性微生物が、シュワネラ、シュードモナス、ジオバクター、及びシアノバクテリア、又はそれらの変異体からなる群から選択される株である、<73>に記載の生物電気化学システム。
<77>前記第一の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの変異株である、<76>に記載の生物電気化学システム。
<78>前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA − である、<77>に記載の生物電気化学システム。
<79>第二の起電性微生物を更に含む、<65>〜<78>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<80>前記第二の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物とは、異なる呼吸表現型を有する、<79>に記載の生物電気化学システム。
<81>前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、<80>に記載の生物電気化学システム。
<82>標的化合物が水相中にある、<65>〜<81>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<83>標的化合物が気相中にある、<65>〜<81>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<84>前記第一及び第二のセンサー領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、<65>〜<83>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
<85>媒体再循環システムを更に含む、<65>〜<84>のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
Claims (85)
- 少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、生物電気化学システム。
- 前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、請求項1に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、請求項1または請求項2に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、請求項3に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が硝酸塩である、請求項4に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、請求項1または請求項2に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S0)、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、請求項6に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、請求項8に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO3 −)又は亜硝酸塩(NO2 −)を利用できないことである、請求項9に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、シュワネラ、シュードモナス、ジオバクター、及びシアノバクテリア、又はそれらの変異体からなる群から選択される株である、請求項8に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの変異株である、請求項11に記載の生物電気化学システム。
- 前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA−である、請求項12に記載の生物電気化学システム。
- 第二の起電性微生物を更に含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記第二の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物とは、異なる呼吸表現型を有する、請求項14に記載の生物電気化学システム。
- 前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、請求項15に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が水相中にある、請求項1〜16のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が気相中にある、請求項1〜16のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記少なくとも1種の標的化合物を検出するための、少なくとも1個のセンサー領域を更に含み、前記領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、請求項1〜18のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二の領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、請求項19に記載の生物電気化学システム。
- 前記領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、請求項20に記載の生物電気化学システム。
- 媒体再循環システムを更に含む、請求項1〜21のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記第一の起電性微生物がシュワネラ・オネイデンシスの変異株である、生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、請求項23に記載の生物電気化学システム。
- 前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、請求項23または請求項24に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、請求項23〜25のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、請求項26に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が硝酸塩である、請求項27に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、請求項23〜25のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S0)、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、請求項29に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、請求項23〜30のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、請求項31に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO3 −)又は亜硝酸塩(NO2 −)を利用できないことである、請求項32に記載の生物電気化学システム。
- 前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA−である、請求項23〜33のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 第二の起電性微生物を更に含む、請求項23〜34のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記第二の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物とは、異なる呼吸表現型を有する、請求項35に記載の生物電気化学システム。
- 前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、請求項36に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が水相中にある、請求項23〜37のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が気相中にある、請求項23〜37のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記少なくとも1種の標的化合物を検出するための、少なくとも1個のセンサー領域を更に含み、前記領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、請求項23〜39のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二の領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、請求項40に記載の生物電気化学システム。
- 前記領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、請求項41に記載の生物電気化学システム。
- 媒体再循環システムを更に含む、請求項23〜42のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記第一の起電性微生物とは異なる呼吸表現型を有する第二の起電性微生物をさらに有する、生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、請求項44に記載の生物電気化学システム。
- 前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、請求項44または請求項45に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、請求項44〜46のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、請求項47に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が硝酸塩である、請求項47に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、請求項44〜49のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S0)、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、請求項50に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、請求項44〜51のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、請求項52に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO3 −)又は亜硝酸塩(NO2 −)を利用できないことである、請求項53に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、シュワネラ、シュードモナス、ジオバクター、及びシアノバクテリア、又はそれらの変異体からなる群から選択される株である、請求項44〜54のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの変異株である、請求項55に記載の生物電気化学システム。
- 前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA−である、請求項56に記載の生物電気化学システム。
- 前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、請求項44〜57のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が水相中にある、請求項44〜58のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が気相中にある、請求項44〜58のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記少なくとも1種の標的化合物を検出するための、少なくとも1個のセンサー領域を更に含み、前記領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、請求項44〜60のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二の領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、請求項61に記載の生物電気化学システム。
- 前記領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、請求項62に記載の生物電気化学システム。
- 媒体再循環システムを更に含む、請求項44〜63のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 少なくとも1種の標的化合物を検出するための生物電気化学システムであって、少なくとも1個の作用電極と、該作用電極に近接する少なくとも1種の第一の起電性微生物とを含み、前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の非存在下に前記作用電極と選択的に相互作用して電流を生成し、前記システムが、前記少なくとも1種の第1の標的化合物を検出するための、少なくとも1個の第一のセンサー領域を更に含み、ここで前記第一のセンサー領域は、固有の陽極室及び固有の陰極室を含み、また、第二の標的化合物を検出するための第二のセンサー領域を更に含み、前記第二のセンサー領域が、固有の陽極室及び固有の陰極室を含む、生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、前記標的化合物の存在下に前記電極の代わりに前記標的化合物を電子供与体又は電子受容体として使用し、前記標的化合物の濃度増大下に前記電流が減少する、請求項65に記載の生物電気化学システム。
- 前記システムが、複数の起電性微生物を含有するバイオフィルムを含む、請求項65または請求項66に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陽極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に還元される、請求項65〜67のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩及び鉄(III)からなる群から選択される、請求項68に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が硝酸塩である、請求項69に記載の生物電気化学システム。
- 前記作用電極が陰極であり、前記システムが、制御された化学陰極を更に含み、前記標的化合物が前記システムにより選択的に酸化される、請求項65〜70のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記標的化合物が:水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、元素硫黄(S0)、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される、請求項71に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物の対応する野生型株と比較して変化した呼吸表現型を有する、請求項65〜72のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、酸素、亜硝酸塩(NO2 −)、硝酸塩(NO3 −)、フマル酸塩、ジメチルスルホキシド、ヒ酸塩(AsO4 −3)、ウラン(VI)、モリブデン(VI)、バナジウム(V又はIV)、バナジウム酸塩、セレン酸塩、亜セレン酸塩、硫酸塩(SO4 −)、元素硫黄(S0)、クロム(VI)、リン酸塩、亜リン酸塩、鉄(III)、水素(H2)、メタン(CH4)、アンモニウム(NH4 +)、アンモニア(NH3)、硫化物、鉄(II)、亜ヒ酸塩、クロム(III)、ウラン(III)、モリブデン(V)、バナジウム(IV又はIII)、バナジウム酸塩、還元型リン酸塩、炭水化物及びグルコースからなる群から選択される化合物を利用できないことである、請求項73に記載の生物電気化学システム。
- 前記変化した呼吸表現型が、硝酸塩(NO3 −)又は亜硝酸塩(NO2 −)を利用できないことである、請求項74に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、シュワネラ、シュードモナス、ジオバクター、及びシアノバクテリア、又はそれらの変異体からなる群から選択される株である、請求項73に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの変異株である、請求項76に記載の生物電気化学システム。
- 前記変異株がシュワネラ・オネイデンシスnapA−である、請求項77に記載の生物電気化学システム。
- 第二の起電性微生物を更に含む、請求項65〜78のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記第二の起電性微生物が、前記第一の起電性微生物とは、異なる呼吸表現型を有する、請求項79に記載の生物電気化学システム。
- 前記第二の起電性微生物が、シュワネラ・オネイデンシスの野生型株である、請求項80に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が水相中にある、請求項65〜81のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 標的化合物が気相中にある、請求項65〜81のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 前記第一及び第二のセンサー領域が、選択的に透過性なバリアによって分離されている、請求項65〜83のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
- 媒体再循環システムを更に含む、請求項65〜84のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
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