Untersuchung elektrochemisch aktiver Biofilme von Geobacter Sulfurreducens mit der Schwingquarz-Mikrowaage

Sievers, Philipp GND

Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von elektrochemisch aktiven Biofilmen mit der Schwingquarz-Mikrowaage. Elektrochemisch aktive Biofilme stellen eine Sonderform von Biofilmen dar. Solche Biofilme werden von Bakterien gebildet, die in der Atmungskette eine äußere Elektrode als terminalen Elektronenakzeptor nutzen. Daher ist es möglich, mit solchen Biofilmen aus organischen Material direkt Strom zu produzieren. Zur Untersuchung wird die bewährte Schwingquarzmikrowaage benutzt. Allerdings ist die Eindringtiefe von Dicken-Scher-Resonatoren zu klein für die Untersuchung von Biofil-men. Daher wird in dieses Arbeit auf Torsionsresonatoren zurückgegriffen. Der erste Teil der Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung des Biofilmwachstums unter unterschiedlichen Bedingungen wie der Temperatur, der Kohlenstoffquelle (Glycerin, Acetat), dem Potential der Arbeitselektrode und der Zusammensetzung des Nährmedium. Aus einem viskoelastischen Modell werden die Dicke und die Steifheit als Parameter abgeleitet und mit den Stromdaten des Potentiostaten korreliert. Im zweiten Abschnitt wurde die Reaktion der Biofilme auf äußeren Stress untersucht. wie Acetatmangel, ungünstige Potentiale und Bakterizide. Alle Biofilme wurden weicher, wenn sie dem Stress ausgesetzt waren. Je nach Art des Stresses kam es auch zu Auflösungserschei-nungen am Biofilms. Zuletzt wurde die Schwingquarz-Mikrowaage mit der mit den elektrischen Messmethoden der Cyclovoltammetrie und der Elektrochemischen Impedanz Spektroskopie gekoppelt.

This thesis deals with the investigation of electrochemically active biofilms with the quartz crystal microbalance. Electrochemically active biofilms represent a special form of biofilms. Such biofilms are formed by bacteria that use an external electrode in their respiratory chain as a terminal electron acceptor. Therefore, it is possible to produce electricity directly from organic material. The quartz crystal microbalance is used for the investigation. However, the penetration depth of thick-shear resonators is too small for the investigation of biofilms. Therefore, tor-sional resonators are used in this work. The first part of the thesis focuses on the study of biofilm growth under different condi-tions such as temperature, the carbon source (glycerine, acetate), the potential of the working electrode and the composition of the nutrient medium. The thickness and the stiffness are de-rived as parameters from a viscoelastic model. Those parameters are correlated with the cur-rent data from the potentiostat. The second part discusses the response of the biofilm to external stress like acetate deple-tion, unfavourable potentials and bactericides. All biofilms became softer when exposed to stress. In some cases a dissolution of the biofilm was observed. At last, the quartz crystal microbalance was coupled with the electrical measurement methods of cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy.

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Sievers, Philipp: Untersuchung elektrochemisch aktiver Biofilme von Geobacter Sulfurreducens mit der Schwingquarz-Mikrowaage. Clausthal 2020.

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