“Chemical Engineering Journal∣Embedding carbon quantum dots in cell envelops to accelerate electron transfer for microbial advanced oxidation”
文献信息：
Ziyang Zhang（School of Environmental Science and Technology, Dalian University of Technology）,Chang Yang, Xingyuan Song, Qilin Yu, Zhiqiang Zhao, Huimin Zhao, and Yaobin Zhang.
接收时间：2024年01月24日
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149102
Chemical Engineering Journal 影响因子：16.744
背景介绍
微生物高级氧化是自然环境中污染物分解的关键途径，通常受到微生物细胞外呼吸的限制。这是因为常见微生物（如枯草杆菌）的电子惰性细胞壁阻碍了交叉壁电子转移，这对还原铁类物种和诱导类Fenton反应至关重要。
在这项研究中，碳量子点（CDs）被用于促进枯草杆菌的细胞外呼吸，以增强苯胺的微生物高级氧化。结果显示，CDs嵌入细菌细胞壁中，改善了细胞外电子传递，从而增加了•OH的产生（增加了60.25%）和苯胺的降解。同时，•OH的生成主要增加在细胞外，这有利于污染物的降解，也有利于减轻自由基对细菌细胞的损伤。CDs诱导了细胞壁中酰胺基团的极化，以保持活跃的质子耦合电子转移，从而使ATP的生成增加了39.28%。喂食CDs提供了一种潜在策略，可以增强常见微生物的细胞外呼吸，并通过微生物高级氧化增加环境中污染物的降解。
图文解读
图1. 透射电子显微镜观察枯草杆菌细胞
a：CDs的透射电子显微镜图像；
b-c：CDs喂养的枯草杆菌的图像；
d-e：枯草杆菌的图像；
图2. 透射电子显微镜观察枯草杆菌细胞横切面切片
a：CDs喂养的枯草杆菌的图像；
b：枯草杆菌的图像。
图.3. 通过5,5-二甲基吡咯烷-N-氧化物（DMPO）
捕获电子顺磁共振（EPR）光谱确认•OH的产生
a：CDs喂养组；四个峰的指纹分别是•OH的特征叠加物
b：对照组。
c：通过二甲基亚砜（DMSO）捕获，并通过高效液相色谱法分析CDs喂养和未喂养的B. subtilis总•OH的产生；
d：CDs喂养组和对照组产生•OH的情况。
e：CDs喂养组和对照组的Fe2+浓度。
图4.
细胞内•OH含量（H2DCFDA作为荧光探针，只有在被细胞内水解酶水解后才能识别•OH ）的细菌细胞。控制组和CDs添加组。
图5. CDs添加组和对照组中的ATP生成和PCET分析
a: 细菌的ATP含量检测;
b: 细菌的动力学同位素效应测试。
图6. CDs添加组和对照组的电化学特性
a: CDs添加组和对照组的EIS测试;
b: 在铟锡氧化物玻璃上CDs添加的活细菌B. subtilis的CAFM拓扑图;
c: 对应于在铟锡氧化物玻璃上CDs添加的活细菌B. subtilis的电导率;
d: 在铟锡氧化物玻璃上未添加CDs的活细菌B. subtilis的CAFM拓扑图;
e: 对应于在铟锡氧化物玻璃上未添加CDs的活细菌B. subtilis的电导率。
图7. CDs添加组和对照组的电化学特性
a: CDs添加组和对照组在N2/O2气氛下的CV测试;
b: CDs添加组和对照组细菌的电子受体能力。
图8. 对照组和CDs添加组细菌的原位傅里叶变换红外光谱
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