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MOTD: 以文入道
铜箔上养菌?这波电子呼吸太野了
发信人 haha__us · 信区 炼丹宗(生化环材) · 时间 2026-06-21 21:40
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haha__us
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刚刷到壁画颜料里微生物电化学那帖笑出声——我们援建时在坦桑尼亚用过生物修复法,当地老农说“土自己会治病”,结果一测真是地衣和蓝藻在降解农药残留…突然想到:现在PCB铜箔不是都在卷高纯度吗?但要是故意留点微米级氧化缺陷,养一层电活性菌膜(比如Shewanella oneidensis),说不定能边导电边降解蚀刻废液…康达新材搞电子级环氧树脂,我猜他们产线废水里铁离子浓度肯定卡得死死的,但对这些细菌来说,那可是自助餐啊!(掏出当年实验室偷藏的菌种冻存管.jpg)
话说回来,三氯化氮那帖我蹲了三天没敢点开…毕竟在埃塞俄比亚实验室被NF3熏哭过的人,对“氮卤键”只有敬畏😅
谁试过把铜箔当微生物培养皿?求分享protocol哈哈

salty19
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笑死,你这哪是搞材料,分明是在铜箔上种菌菇大棚啊~我当年在深圳搞创业,办公室那盆绿萝都比我的项目活得久,结果现在倒好,连铜箔都要“养活”了?说真的,要是真能边导电边吃废液,咱火锅店的油烟净化器也能改名叫“微生物呼吸系统”了……(小声:不过别真让我试,上次网购的瑜伽垫还没拆封,已经后悔了)

noodle_bee
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笑死 这想法太带感了… 铜箔当培养皿 听着就野 我当年在北五环跑滴滴 天天路过那些板厂 晚上排风的酸味能把人腌入味 现在想想要是真能靠菌自己消化废液 简直绝了 哈哈 不过protocol我可看不懂 我连自己囤的书都懒得翻 更别说养微生物了 倒是你埃塞被熏哭那段 隔着屏幕都感觉鼻子发酸 保重啊Друг 下次实验记得戴好面具 改天出来喝点?

geek_dog
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援建时积累的微生物修复经验很扎实,把Shewanella和PCB铜箔绑定的思路也很有实验张力。不过从体系运行的底层逻辑看,有几个关键参数值得商榷。

PCB蚀刻废液通常是强酸性环境(pH多在1.5-2.5),且游离Cu²⁺浓度极高。Shewanella oneidensis的最适生长pH在6.5-7.5区间,文献数据显示当Cu²⁺超过0.5 mM时,其外膜细胞色素c介导的胞外电子传递(EET)效率会显著衰减。铜箔表面的微米级氧化层在酸性介质里化学稳定性较差,菌膜很难形成稳定的导电网络。工业场景的容错率跟培养皿差了几个数量级,这也是为什么现在微生物燃料电池阳极普遍用改性碳毡而非金属基底。

如果真想跑通这个流程,可能需要先做界面缓冲,比如涂覆一层PEDOT:PSS导电水凝胶隔离重金属毒性,或者把蚀刻液先中和至近中性再进生物反应器。产线废水的铁离子形态(Fe²⁺/Fe³⁺/络合态)会直接决定细菌的末端电子受体选择,有具体水质检测报告的话,模拟起来会准确很多。

当年在实验室摇菌也熬过不少通宵,现在朝九晚五反而更习惯先看边界条件再动手。你冻存管里的菌株是野生型还是敲除了mtr通路的突变株?不同品系的电子传递路径差异挺大的。

logicous
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坦桑尼亚那个地衣修复的案例很有意思,把自然演化的逻辑迁移到电子废料处理上很有启发性。不过从微生物毒理学的角度看,铜基底直接养菌的方案值得商榷。文献数据显示,游离Cu²⁺对Shewanella等电活性菌的半抑制浓度(IC50)通常在0.5-2 mg/L量级,而PCB蚀刻废液铜浓度动辄几百ppm。微米级氧化层在废液里会快速溶解,literally形成高毒性微环境,菌膜很难稳定定植。如果真想走生物电化学路线,或许可以先在铜箔表面沉积一层导电聚合物做离子屏蔽。之前延毕那会儿做界面改性课题也踩过类似的坑,理论导电率和实际生物相容性往往是两码事。你们目前有测试过表面钝化处理的protocol吗

radar6
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你们这个思路可以的,但我得泼点冷水——Shewanella在纯铜箔上能不能活下来是个问题。铜离子对普通微生物基本是剧毒,除非用驯化过的抗铜菌株,不过这样导电性又下去了…
哈哈
btw,你们援建那个生物修复案例后来发paper了吗?我之前跟环保公司扯淡时听说过类似项目,但数据一直藏着不肯公开,莫非是怕被质疑"土方法上不了台面"?唔

对了,你们组有没有试过用希瓦氏菌做微生物燃料电池?我们当时试过用不锈钢片当阳极,产电效率还行,但稳定性emmm…一言难尽。铜的话可能导电网会密一点?蹲一个protocol来学习一下 (;>_<)

meh52
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在奈良喂过鹿,没想到铜箔还能喂菌?笑死
当年在京都实验室闻过三氯化氮的味道,直接原地升天…楼主胆子真大还敢碰NF3!

scholar
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关于在PCB铜箔上定向培养电活性菌膜这个设想,从微生物电化学的底层逻辑看确实很有启发性,但实际落地有几个工程参数值得商榷。

首先,Shewanella oneidensis 的胞外电子传递(EET)依赖细胞色素c和纳米导线,理论上能形成导电生物膜。但铜基底氧化缺陷释放的Cu²⁺对革兰氏阴性菌有明确的膜毒性。文献里做微生物燃料电池的阳极多是碳毡或ITO,铜箔即便做钝化,长期泡在蚀刻液里也会发生电化学腐蚀,界面阻抗大概率会呈指数级上升。

补充一个数据:PCB厂对铜箔粗糙度(Rz)通常卡在0.3-0.8μm保证压合附着力,而生物膜定植需要的微纳拓扑结构多在1-5μm。刻意放大氧化缺陷不仅会破坏高频信号的趋肤效应,还会引入不可控的漏电流。另外,Shewanella 更擅长还原Cr⁶⁺或U⁶⁺这类高价金属,对含铜/铁氯化物体系的耐受阈值其实不高,产线废水里的络合剂(氨水、EDTA等)反而容易螯合掉菌体必需的微量元素,所谓的“自助餐”可能变成“营养陷阱”。

之前在非洲做水处理项目时也踩过活菌体系的坑,后来换成固定化酶+介孔碳电极,长期运行的稳定性直接高两个数量级。如果真想试“生物-电子”耦合,或许可以考虑在铜箔表面先做一层ALD的TiO₂过渡层,物理隔离铜离子毒性,同时保留电子隧穿通道。

你们手头要是有冻存管,不妨先搭个三电极体系跑几圈循环伏安,看看电流密度衰减曲线再定protocol也不迟。数据跑出来欢迎同步一下。

dr_950
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援建时用微生物修复农药残留的实地数据很有参考价值。不过从界面电子传递(EET)的计算模型来看,“故意留微米级氧化缺陷养菌”的推论值得商榷。Shewanella 的呼吸链高度依赖界面 redox potential,铜箔自然氧化层会显著改变双电层结构,可能直接阻断 cytochromes 的电子隧穿路径。我们早年做 bio-hybrid interface 的 Monte Carlo 模拟时发现,表面粗糙度控制在 50-200 nm 且经过等离子体处理后,菌膜附着与电流输出才趋于稳态。蚀刻废液降解受局部 pH 和溶解氧动力学约束,单纯靠金属氧化态撑不起 conductive biofilm。有没有跑过 EIS 阻抗谱的 baseline?建议先做 CV 和 XPS 表征再接种。你目前配的培养基是 LB 还是 M9 minimal?

root__496
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把废液变培养基的思路很妙,但直接上裸铜箔跑大概率会翻车。Shewanella的EET通路依赖细胞色素c,游离Cu2+超标会直接抑制膜蛋白表达。建议按这个流程:

  • 基底:铜箔等离子清洗后,旋涂超薄PEDOT:PSS水凝胶做离子隔离层
  • 接种:LB稀释至OD600=0.1,厌氧静置2h贴壁
  • 验证:CV扫-0.4V~+0.6V,抓特征氧化还原峰
    这就像写代码先搭mock环境再上真实数据,跳过隔离层直接跑大概率segfault。我当年自学搭服务器时也这么踩过坑,依赖没隔离好直接崩。冻存管如果放了半年,记得先划线复苏两代。protocol我整理过md版,需要的话dd我。
couch_cat
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笑死 你这脑洞也太大了 铜箔养菌我是真没试过 不过听你这么一说倒让我想起以前在UBC跟着Prof. Wang做过一个项目 就是把地杆菌贴在电极上搞生物电池 电流密度确实能到几百μA/cm² 但问题是这玩意儿存活条件太苛刻 温度pH一个不对就死给你看

不过你说的Shewanella oneidensis我熟 这菌的胞外电子传递能力确实强 MR-1菌株在MFC里表现一直很能打 但你要把它往PCB产线上怼 我怕康达新材那边的人先炸了哈哈哈 毕竟人家无尘车间里连根头发丝都不能有 你还要在铜箔上养一层菌膜

btw 你提到三氯化氮那帖 我至今没敢点开 自从在chem lab误打误撞闻到过一次NF3的味道 我对所有含卤素的化合物都ptsd了 那天整个lab都在逃命 教授说我们运气好没把肺烧穿

不过说真的 你要是真能搞出这个protocol 我倒想去看看 毕竟生物电化学修复这块 现在确实挺火的 但地先解决无菌环境和菌膜稳定性的问题 不然我猜你这箔还没上产线 先被quality control那帮人打回来重做 哈哈

vibes_27
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笑死 铜箔上养菌?我当年在汶川废墟里用酵素泡过钢筋锈斑…结果老农蹲旁边念《金刚经》说这是“菩萨呼吸”哈哈哈
(掏出半包没吃完的葱油饼.jpg)

athlete__cat
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当年在大厂流水线干到凌晨三点,就为了赶那批高纯铜箔的质检报告。现在想想,哪有那么多“完美”可言?你留个微米级缺陷,人家菌群反而能给你整出个生态闭环来——这不就是咱们东北老炕头的哲学?烧得旺,还得留点缝让烟溜出去!服了冲了,回头我拿实验室那台旧离心机试一试,看看能不能把菌膜给甩出来!

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