NL1035649C2 - Sensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing the effects of vibrations and / or fields on a micro-organism for influencing a micro-organism. - Google Patents
Sensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing the effects of vibrations and / or fields on a micro-organism for influencing a micro-organism. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1035649C2 NL1035649C2 NL1035649A NL1035649A NL1035649C2 NL 1035649 C2 NL1035649 C2 NL 1035649C2 NL 1035649 A NL1035649 A NL 1035649A NL 1035649 A NL1035649 A NL 1035649A NL 1035649 C2 NL1035649 C2 NL 1035649C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- anolyte
- sensor
- microorganism
- cathode
- space
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
- G01N33/48735—Investigating suspensions of cells, e.g. measuring microbe concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/024—Mixtures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
V »V »
Sensor, bioreactor, microbiële brandstofcel en werkwijze voor het meten en benutten van effecten van trillingen en/of velden op een micro-organisme voor beïnvloeding van een 5 micro-organismeSensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing the effects of vibrations and / or fields on a micro-organism for influencing a micro-organism
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een sensor voor het meten van effecten van trillingen en/of velden op een micro-organisme. Dergelijke trillingen 10 betreffen bijvoorbeeld akoestische trillingen. De velden hebben betrekking op elektrische, magnetische of elektromagnetische velden. Hieronder worden onder meer licht en radiogolven begrepen. In het bijzonder is het mogelijk door het meten van het effect van trillingen en/of velden op 15 een micro-organisme de invloed van dergelijke trillingen en velden op biologische systemen in het algemeen te bestuderen en reproduceerbaar te kwantificeren.The present invention relates to a sensor for measuring the effects of vibrations and / or fields on a microorganism. Such vibrations 10 concern, for example, acoustic vibrations. The fields relate to electric, magnetic or electromagnetic fields. This includes light and radio waves. In particular, by measuring the effect of vibrations and / or fields on a micro-organism, it is possible to study the influence of such vibrations and fields on biological systems in general and to quantify them reproducibly.
De huidige onderzoeken naar de invloed van elektromagnetische golven in het algemeen, en radiogolven in 20 het bijzonder, zijn investerings- en arbeidsintensief vanwege de dure analyse-apparatuur die ten behoeve van het onderzoek noodzakelijk is. Bijkomend dienen een groot aantal experimenten uitgevoerd te worden alvorens uit het onderzoek een conclusie kan worden getrokken. Ter bestudering van de 25 invloed van radiogolven op de stofwisseling van micro-organismen zijn onder meer microbiologische laboratoriumfaciliteiten, professionele microscooptechnieken en analyse-apparatuur ter bepaling van het soort en aantal levende cellen noodzakelijk.Current investigations into the influence of electromagnetic waves in general, and radio waves in particular, are investment-intensive and labor-intensive because of the expensive analysis equipment required for the investigation. In addition, a large number of experiments must be carried out before a conclusion can be drawn from the study. To study the influence of radio waves on the metabolism of microorganisms, microbiological laboratory facilities, professional microscope techniques and analysis equipment for determining the type and number of living cells are required.
30 De onderhavige uitvinding heeft als doel te voorzien in een relatief eenvoudige systeem of sensor voor het bestuderen van de invloed van trillingen en/of velden op biologische systemen.The present invention has for its object to provide a relatively simple system or sensor for studying the influence of vibrations and / or fields on biological systems.
10356*9 I i 210356 * 9 I 2
Dit doel wordt bereikt met de sensor volgens de uitvinding voor het meten van effecten van trillingen én/of velden op een micro-organisme, omvattende: - een anolietruimte voor het bevatten van een micro- 5 organisme en een anoliet; - een in de anolietruimte geplaatste anode voor opname van elektronen afkomstig van het micro-organisme; - een katholietruimte; en - een in de katholietruimte geplaatste kathode, 10 waarin de anode en de kathode werkzaam zijn verbonden, zodanig dat een stroom en/of stroomverschil meetbaar is ten gevolge van een aangebrachte trilling of een elektrisch en/of magnetisch veld.This object is achieved with the sensor according to the invention for measuring the effects of vibrations and / or fields on a microorganism, comprising: an anolyte space for containing a microorganism and an anolyte; - an anode placed in the anolyte space for receiving electrons from the microorganism; - a catholic room; and - a cathode placed in the catheter space, in which the anode and the cathode are operatively connected, such that a current and / or current difference can be measured as a result of an applied vibration or an electric and / or magnetic field.
Trillingen, waaronder elektromagnetische golven, 15 kunnen het functioneren van biologische systemen beïnvloeden. Naast een directe invloed ten gevolge van een temperatuurstijging door dissipatie van elektromagnetische golven in water en/of organische stoffen en/of cellen van levende wezens worden ook indirecte invloeden van 20 elektromagnetische golven op levende organismen waargenomen. Dit is mogelijk door een stroom of stroomverschil te meten met een stroommeter geplaatst in het circuit waarmee de anode en de kathode werkzaam met elkaar zijn verbonden. Uit experimenten is gebleken dat naast het vermogen en de 25 frequentie van de draaggolf van elektromagnetische golven ook de aanwezigheid van en de aard van modulatie van deze elektromagnetische golven een aanzienlijke invloed hebben op biologische systemen. Als modulatievormen kan men, zonder de onderhavige vinding hiertoe te beperken, denken aan 30 amplitudemodulatie, fasemodulatie, frequentiemodulatie en enkelzijbandmodulatie. Een hypothese is bijvoorbeeld dat de elektromagnetische golven die door mobiele telefoons worden geproduceerd een meetbare invloed op de hersenactiviteit van . it 3 de mens hebben. In het verlengde hiervan is de hypothese bekend dat mobiele telefoons onder bepaalde omstandigheden een meetbare invloed hebben op de stofwisseling en celdeling van micro-organismen.Vibrations, including electromagnetic waves, can influence the functioning of biological systems. In addition to a direct influence as a result of a rise in temperature due to dissipation of electromagnetic waves in water and / or organic substances and / or cells of living beings, indirect influences of electromagnetic waves on living organisms are also observed. This is possible by measuring a current or current difference with a current meter placed in the circuit with which the anode and the cathode are connected to each other. Experiments have shown that in addition to the power and the frequency of the carrier wave of electromagnetic waves, the presence and nature of modulation of these electromagnetic waves also have a considerable influence on biological systems. As modulation forms, one can think of, without limiting the present invention to this, amplitude modulation, phase modulation, frequency modulation and single sideband modulation. For example, one hypothesis is that the electromagnetic waves produced by mobile phones have a measurable influence on brain activity. it 3 have the human. In line with this, the hypothesis is known that, under certain circumstances, mobile telephones have a measurable influence on the metabolism and cell division of microorganisms.
5 De sensor volgens de onderhavige aanvrage is gebaseerd op een microbiële brandstofcel alsmede een microbiële electrolytcel. Hiermee is het mogelijk de invloed van onder meer elektromagnetische straling op biologische systemen in het algemeen, en levende micro-organismen in het 10 bijzonder, snel en tegen lage investerings- en arbeidskosten te bestuderen. In een aantal gevallen kan analyse van biologische systemen volgens de onderhavige vinding de huidige onderzoekmethoden vervangen. In andere gevallen is de sensor en onderzoeksmethode volgens de onderhavige 15 uitvinding uitermate geschikt om een eerste screening uit te voeren ter verdere definitie van vervolgonderzoek.The sensor according to the present application is based on a microbial fuel cell as well as a microbial electrolyte cell. This makes it possible to study the influence of, among other things, electromagnetic radiation on biological systems in general, and living micro-organisms in particular, quickly and at low investment and labor costs. In a number of cases, analysis of biological systems according to the present invention can replace current research methods. In other cases, the sensor and examination method according to the present invention is extremely suitable for performing a first screening for further definition of follow-up examination.
In de anolietruimte van de sensor volgens de uitvinding wordt in het anoliet een micro-organisme gebracht. Deze anolietruimte of anodecompartiment wordt bij 20 voorkeur onder zuurstofvrije of zuurstofarme condities bedreven. Bij voorkeur bevat het anoliet nutriënten die als voeding dienen voor de micro-organismen in deze ruimte. De micro-organismen aanwezig in het anoliet vertonen de eigenschap om elektronen als deelproduct van hun 25 stofwisseling af te kunnen staan aan de anode in dit compartiment. Door adsorptie van de micro-organismen aan het oppervlak van de anode kunnen de micro-organismen de geproduceerde elektronen rechtstreeks overdragen aan de anode. In de katholietruimte of kathodecompartiment is naast 30 katholiet een kathode geplaatst. De anode en de kathode zijn werkzaam verbonden, zodanig dat een stroom en/of stroomverschil meetbaar is ten gevolge van een trilling of een veld. Bij voorkeur wordt in het kathodecompartiment r h 4 zuurstof met de elektronen en protonen gereduceerd tot water. Echter ook andere reacties zijn mogelijk. Dergelijke trillingen en/of velden beïnvloeden de werking van de micro-organismen, waardoor een verandering in de hoeveelheid 5 afgegeven elektronen per tijdseenheid zal ontstaan.A microorganism is introduced into the anolyte space of the sensor according to the invention. This anolyte space or anode compartment is preferably operated under oxygen-free or low-oxygen conditions. The anolyte preferably contains nutrients that serve as a feed for the microorganisms in this space. The microorganisms present in the anolyte exhibit the property of releasing electrons as part of their metabolism at the anode in this compartment. By adsorption of the microorganisms on the surface of the anode, the microorganisms can transfer the produced electrons directly to the anode. A cathode is placed in the catholic room or cathode compartment next to catholic. The anode and the cathode are operatively connected, such that a current and / or current difference can be measured as a result of a vibration or a field. Preferably in the cathode compartment r h 4 oxygen with the electrons and protons is reduced to water. However, other reactions are also possible. Such vibrations and / or fields influence the functioning of the microorganisms, as a result of which a change in the amount of electrons released per unit of time will occur.
Uit experimenten met een sensor volgens de uitvinding is gebleken dat, indien een dergelijke sensor onder stationaire procescondities wordt bedreven en bijgevolg een constante stroom produceert een dergelijke 10 sensor, uitermate geschikt is voor bestudering van de invloed op trillingen op biologische systemen. De trillingen kunnen bestaan uit akoestische trillingen of elektromagnetische golven waaronder licht- en radiogolven. Indien een microbiële brandstofcel in stationair bedrijf 15 wordt blootgesteld aan radiogolven, bijvoorbeeld door de brandstofcel in de nabijheid van een antenne van een werkende zender te plaatsen, en de radiogolven beïnvloeden de stofwisseling van de micro-organismen direct of indirect, dan is dit waarneembaar door een afname of toename van de 20 stroom die de microbiële brandstofcel levert. Op deze wijze is het mogelijk om snel en effectief de invloed van een scala aan verschillende soorten trillingen op het functioneren van biologische systemen te bestuderen. Opgemerkt wordt dat de meting van de stroom die de 25 microbiële brandstofcel levert kan worden verstoord door de nabijheid van een sterk radiosignaal. Om die reden kan het belangrijk zijn de stroom in de stationaire toestand zonder radiosignaal te vergelijken met de stroom die wordt gemeten na blootstelling van de cel aan het betreffende 30 radiosignaal. Het is voor de vakman duidelijk dat het meetsysteem op relatief eenvoudige wijze ook zodanig kan worden ingericht dat de radiogolven de meting niet «! ·· 5 beïnvloeden, bijvoorbeeld door gebruikmaking van een kooi van Faraday.Experiments with a sensor according to the invention have shown that, if such a sensor is operated under stationary process conditions and consequently produces a constant current, such a sensor is extremely suitable for studying the influence on vibrations on biological systems. The vibrations can consist of acoustic vibrations or electromagnetic waves including light and radio waves. If a microbial fuel cell in stationary operation is exposed to radio waves, for example by placing the fuel cell in the vicinity of an antenna of a working transmitter, and the radio waves influence the metabolism of the microorganisms directly or indirectly, this can be seen by a decrease or increase in the current supplied by the microbial fuel cell. In this way it is possible to study quickly and effectively the influence of a range of different types of vibrations on the functioning of biological systems. It is noted that the measurement of the current supplied by the microbial fuel cell can be disrupted by the proximity of a strong radio signal. For that reason, it may be important to compare the current in the stationary state without a radio signal with the current measured after exposure of the cell to the relevant radio signal. It is clear to a person skilled in the art that the measuring system can also be arranged in a relatively simple manner such that the radio waves do not make the measurement. ·· 5 influence, for example, by using a Faraday cage.
In een voordelige uitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding bevat de anolietruimte een mediator 5 voor het opnemen van de elektronen van het micro-organisme en het afstaan van deze elektronen aan de anode.In an advantageous embodiment according to the present invention, the anolyte space comprises a mediator 5 for receiving the electrons from the microorganism and releasing these electrons to the anode.
Door het gebruik van een zogeheten mediator in de vorm van een chemische, meestal organische, component kunnen elektronen die door het micro-organisme zijn geproduceerd 10 worden opgenomen en vervolgens aan de anode worden afgegeven. Hierdoor is adsorptie van de micro-organismen aan het oppervlak van de anode niet noodzakelijk om een goede werking van de sensor te verkrijgen.By using a so-called mediator in the form of a chemical, usually organic, component, electrons produced by the microorganism can be taken up and then released to the anode. As a result, adsorption of the microorganisms on the surface of the anode is not necessary in order to obtain a good functioning of the sensor.
In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens 15 de onderhavige uitvinding maakt de sensor gebruik van een redoxkoppel.In an advantageous preferred embodiment according to the present invention, the sensor uses a redox couple.
Hoewel het mogelijk is om in het kathodecompartiment zuurstof met elektronen en protonen te reduceren tot water, kunnen ook andere tegenreacties van de 20 anodereactie in het anodecompartiment worden gehanteerd. Hiertoe kan gebruik worden gemaakt van een geschikt redoxkoppel. Een bij voorkeur gehanteerd redoxkoppel is het ferricyanide/ferrocyanidekoppel.Although it is possible to reduce oxygen with electrons and protons to water in the cathode compartment, other counterreactions of the anode reaction in the anode compartment can also be used. A suitable redox couple can be used for this purpose. A preferred redox couple is the ferricyanide / ferrocyanide couple.
Voor een microbiële brandstofcel op 25 productieschaal is het wenselijk om de zuurstofreactie als tegenreactie te hebben, omdat anders het redoxkoppel van tijd tot tijd geregenereerd zou moeten worden. Voor een microbiële brandstofcel die als sensor wordt toegepast kan het acceptabel zijn een redoxkoppel toe te passen. Echter de 30 reductiestap van zuurstof heeft als voordeel dat het niet noodzakelijk is speciale chemicaliën zoals ferricyanide toe te passen.For a microbial fuel cell on a production scale, it is desirable to have the oxygen reaction as a counter-reaction, because otherwise the redox couple would have to be regenerated from time to time. For a microbial fuel cell that is used as a sensor, it may be acceptable to use a redox torque. However, the reduction step of oxygen has the advantage that it is not necessary to use special chemicals such as ferricyanide.
66
In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de kathode een biokathode.In a further advantageous preferred embodiment according to the present invention, the cathode comprises a biocathode.
Door het voorzien van een biokathode nemen 5 bacteriën elektronen op van de electrode. Het is mogelijk om aerobe biokathodes te gebruiken waarbij een mediator, bijvoorbeeld ijzer, wordt gereduceerd door de kathode en vervolgens wordt gereoxideerd door de bacteriën. Ook is het mogelijk anaerobe biokathodes te gebruiken die direct de 10 elektronen opnemen. Hierbij is het niet noodzakelijk om een mediator en bijvoorbeeld waterstof te gebruiken. Zo is het onder meer mogelijk om met een biokathode nitraat om te zetten in stikstof. Bruikbare bacteriën betreffen onder meer geobacter en pseudomonas fluorescens.By providing a biocathode, 5 bacteria absorb electrons from the electrode. It is possible to use aerobic biocathodes in which a mediator, for example iron, is reduced by the cathode and subsequently re-oxidized by the bacteria. It is also possible to use anaerobic biocathodes that directly absorb the electrons. It is not necessary to use a mediator and, for example, hydrogen. For example, it is possible to convert nitrate into nitrogen with a biocathode. Useful bacteria include geobacter and pseudomonas fluorescens.
15 In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding zijn circulatiemiddelen voorzien voor het circuleren van anoliet door een separate ruimte.In an advantageous preferred embodiment according to the present invention, circulation means are provided for circulating anolite through a separate space.
Door het toepassen van een circulatie van het anoliet door een aparte cel, waar het anoliet wordt 20 blootgesteld aan trillingen of van een geroerd systeem, kunnen het behandelingsproces van het anoliet en een ektronendonatie in de anolietruimte worden losgekoppeld.By applying a circulation of the anolyte through a separate cell, where the anolyte is exposed to vibrations or from a stirred system, the treatment process of the anolyte and an electron donation in the anolyte space can be disconnected.
In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat het micro-organisme gist, 25 zoals bakkersgist.In an advantageous preferred embodiment according to the present invention, the microorganism comprises yeast, such as baker's yeast.
Het is uit experimenten gebleken dat bakkergist, of een andere gistsoort, toegepast kan worden als micro-organisme in de anoderuimte. In de stofwisselingscyclus van bakkersgist en/of de voeding voor bakkersgist blijkt in de 30 praktijk voldoende mediator aanwezig te zijn om een goede elektronenoverdracht naar de anode te waarborgen zonder dat het noodzakelijk is dat grote hoeveelheden bakkersgist aan het anode-oppervlak gehecht zijn.Experiments have shown that baker's yeast, or another type of yeast, can be used as a microorganism in the anode space. In the metabolic cycle of baker's yeast and / or the feed for baker's yeast, it appears that sufficient mediator is present in practice to ensure a good electron transfer to the anode without it being necessary for large amounts of baker's yeast to be adhered to the anode surface.
77
In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat het anoliet verdund diksap, zoals appelsap.In a further advantageous preferred embodiment according to the present invention, the anolyte comprises diluted thick juice, such as apple juice.
Uit experimenten is gebleken dat vruchtensap, 5 zoals appelsap, in de vorm van in de markt verkrijgbaar verdund diksap op effectieve wijze als anoliet kan worden toegepast. Het appelsap heeft als voordeel dat het een bufferende werking heeft en dat sacchariden, partieel geoxydeerde sacchariden en de (poly)carboxylzuren die in het 10 appelsap aanwezig zijn een complexerende werking hebben voor polyvalente metaalionen, waaronder ijzer. Een ander voordeel dat toepassing van bakkersgist met zich meebrengt IS dat de relatief grote hoeveelheid kooldioxide, die bij het gistingsproces wordt gevormd en in de vorm van gasbellen het 15 anoliet verlaat, voor continue extractie van zuurstof uit het anoliet zorg draagt. Hierdoor blijft het gehalte van zuurstof in het anoliet zeer laag zonder dat het noodzakelijk is de anolietruimte middels een waterslot af te sluiten van de buitenlucht. Dit is relevant aangezien 20 hiermee de constructie en het in bedrijf nemen van de sensor aanzienlijk eenvoudiger worden. Een bijkomend effect van het toepassen van een sensor met anoliet, dat niet van de buitenlucht is afgesloten, is dat een afname van de biologische activiteit van de gistcellen tot een lagere 25 kooldioxideproductiesnelheid leidt en daarmee tot een hogere zuurstofconcentratie in het anoliet. Dit wordt veroorzaakt doordat de extractiesnelheid van zuurstof in water afneemt. Door deze hogere zuurstofconcentratie in het anoliet wordt minder stroom geproduceerd hetgeen de werking van de sensor 30 versterkt. In geval het secundair effect in de beoogde studie ongewenst is, kan uiteraard gebruik worden gemaakt van een waterslot om stofoverdracht van zuurstof uit de omgeving naar het anoliet tot een minimum te beperken.Experiments have shown that fruit juice, such as apple juice, in the form of commercially available diluted thick juice can be used effectively as an anolyte. The apple juice has the advantage that it has a buffering action and that saccharides, partially oxidized saccharides and the (poly) carboxylic acids present in the apple juice have a complexing action for polyvalent metal ions, including iron. Another advantage that the use of baker's yeast entails IS that the relatively large amount of carbon dioxide, which is formed in the fermentation process and leaves the anolyte in the form of gas bubbles, ensures continuous extraction of oxygen from the anolyte. As a result, the oxygen content in the anolyte remains very low without it being necessary to close the anolyte space from the outside air by means of a water seal. This is relevant since this considerably simplifies the construction and commissioning of the sensor. An additional effect of using an anolyte sensor that is not sealed off from the outside air is that a decrease in the biological activity of the yeast cells leads to a lower carbon dioxide production rate and thus to a higher oxygen concentration in the anolyte. This is caused by the fact that the extraction rate of oxygen in water decreases. Due to this higher oxygen concentration in the anolyte, less current is produced, which enhances the operation of the sensor 30. In case the secondary effect in the intended study is undesirable, a water trap can of course be used to minimize the transfer of oxygen from the environment to the anolyte.
88
In een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is een membraan voorzien als scheiding tussen de anolietruimte en de katholietruimte.In a preferred embodiment of the present invention, a membrane is provided as a separation between the anolyte space and the catholyte space.
Door de anolietruimte en de katholietruimte te 5 scheiden door middel van een membraan, in het bijzonder een kation selectief membraan, kunnen de in het anodecompartiment geproduceerde protonen diffunderen door dit kation selectieve membraan naar de kathoderuimte. In de kathoderuimte worden de protonen gereduceerd.By separating the anolyte space and the catholyte space by means of a membrane, in particular a cation-selective membrane, the protons produced in the anode compartment can diffuse through this cation-selective membrane to the cathode space. Protons are reduced in the cathode room.
10 In een alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is een absorberend element voorzien tussen de anolietruimte en de kathode.In an alternative preferred embodiment according to the present invention, an absorbent element is provided between the anolyte space and the cathode.
Door een absorberend element te voorzien tussen de anolietruimte en de kathode, kan worden afgezien van het 15 kation selectief membraan. Dit is voordelig, aangezien een dergelijk membraan beschadigd kan raken, kan vervuilen en langzaam kan degenereren. Met behulp van een absorberend element kan een meer robuuste sensor worden verkregen met een langere levensduur zonder dat onderhoud of reiniging 20 noodzakelijk is. In de sensor met het absorberend element bevindt zich in de anolietruimte bijvoorbeeld bakkersgist en de voeding daarvoor. Ten gevolge van de kooldioxide productie wordt de oplossing nagenoeg zuurstofvrij. Bij voorkeur bevindt zich in de anolietruimte een anode van 25 actieve kool. Door het absorberend element gedeeltelijk in het anoliet te hangen en aan het andere uiteinde van het absorberende element de kathode hieraan te bevestigen, zal het absorberend element zich bijvoorbeeld door capillaire werking volzuigen met anoliet. Door het contact van het 30 absorberend element met de omgeving, zoals buitenlucht, zal het anoliet in het absorberend element, en daarmee aan de kathode, verzadigd raken met zuurstof. Hiermee wordt bewerkstelligd dat een zuurstofvrij of zuurstofarm anoliet 9 wordt verkregen, evenals een zuurstofrijk katholiet. De katholietruimte wordt in feite gevormd door het deel van het absorberend element dat niet in het anoliet is geplaatst met de kathode en de directe omgeving daarvan. In een voordelige 5 voorkeursuitvoeringsvorm wordt het absorberend element gevormd door een katoenen doek. Een bijkomend voordeel van een dergelijke sensor met absorberend element is dat de stofoverdracht van de componenten plaatsvindt door middel van diffusie en/of convectie. Hiermee is het mogelijk om ten 10 opzichte van een sensor met een membraan op een meer eenvoudige wijze een grotere hoeveelheid ionen en andere componenten tussen de anolietruimte en de kathode te realiseren. Een verder bijkomend voordeel van een dergelijke sensor is dat een dergelijke sensor relatief eenvoudig is, 15 waarin het mogelijk is om enkel zogeheten "foodgrade" chemicaliën te gebruiken, samen met standaard verkrijgbare grafietelektroden en bijvoorbeeld katoen.By providing an absorbent element between the anolyte space and the cathode, the cation-selective membrane can be dispensed with. This is advantageous since such a membrane can be damaged, contaminated and slowly degenerate. With the aid of an absorbent element, a more robust sensor can be obtained with a longer service life without the need for maintenance or cleaning. For example, in the sensor with the absorbent element there is baker's yeast and the feed therefor in the anolyte space. Due to the carbon dioxide production, the solution becomes virtually oxygen-free. An anode of activated carbon is preferably located in the anolyte space. By partially hanging the absorbent element in the anolyte and attaching the cathode to it at the other end of the absorbent element, the absorbent element will for instance fill itself up with anolyte by capillary action. Due to the contact of the absorbent element with the environment, such as outside air, the anolyte in the absorbent element, and therefore at the cathode, will become saturated with oxygen. This ensures that an oxygen-free or low-oxygen anolite 9 is obtained, as well as an oxygen-rich catholic. The cathode space is in fact formed by the part of the absorbent element that is not placed in the anolyte with the cathode and its immediate environment. In an advantageous preferred embodiment, the absorbent element is formed by a cotton cloth. An additional advantage of such an sensor with an absorbent element is that the dust transfer of the components takes place by means of diffusion and / or convection. With this it is possible to realize a larger amount of ions and other components between the anolyte space and the cathode in a more simple manner compared to a sensor with a membrane. A further additional advantage of such a sensor is that such a sensor is relatively simple, in which it is possible to use only so-called "food grade" chemicals, together with standard available graphite electrodes and, for example, cotton.
Door het absorberend element, althans dat deel dat niet is geplaatst in het anoliet, continu of periodiek van 20 anoliet te voorzien, bijvoorbeeld door besproeien, kan op relatief eenvoudige wijze voldoende uitwisseling plaatsvinden van de ionen tussen anoliet en katholiet. Dit is mogelijk, aangezien het volume van het katholiet bij voorkeur aanzienlijk geringer is dan het volume van het 25 anoliet. Door deze bijmenging van "uitgeput" katholiet met het grotere volume aan anoliet veranderen de eigenschappen of samenstelling van het anoliet nauwelijks en zal de werking of activiteit van de sensor niet nadelig hierdoor worden beïnvloed. Een dergelijke besproeiing of bevochtiging 30 kan worden gerealiseerd onder meer door diffusie, gebruik van pompen of sproeiers, wind, en reeds aanwezige stromingsprofielen in een ruimte ten gevolge van reeds aanwezige roersystemen.By providing the absorbent element, at least that part that is not placed in the anolyte, with anolyte continuously or periodically, for example by spraying, sufficient exchange of the ions between anolyte and catholyte can take place in a relatively simple manner. This is possible, since the volume of the catholyte is preferably considerably smaller than the volume of the anolyte. Due to this admixture of "depleted" catholyte with the larger volume of anolyte, the properties or composition of the anolyte hardly change and the operation or activity of the sensor will not be adversely affected by this. Such a spraying or humidification 30 can be realized, inter alia, by diffusion, use of pumps or sprayers, wind, and flow profiles already present in a space as a result of stirring systems already present.
1010
Een probleem dat zich bij een dergelijke sensor zou kunnen voordoen is dat, door stoftransport via het doek, een significante hoeveelheid opgeladen mediator uit het anoliet terecht komt bij het kathode-oppervlak. Het is voor 5 de vakman duidelijk dat dit proces de werking van de sensor negatief zou beïnvloeden aangezien de mediator dan elektronen aan de kathode zou kunnen afstaan en daarmee het nuttig vermogen van de microbiële brandstofcel zou verkleinen. Uit experimenten blijkt echter verrassenderwijs 10 dat het probleem van de elektronenoverdracht door de mediator via het doek naar de kathode in voldoende mate wordt voorkomen. Een door de uitvinder van de onderhavige vinding gehanteerde hypothese over de afwezigheid van nadelige effecten van mediator die door stoftransport door 15 het doek bij de kathode terechtkomt luidt dat, indien mediator door diffusie of door benatting van het doek met anoliet in het doek terechtkomt, deze mediator in intensief contact zal zijn met zuurstof. Het gevolg hiervan is dat een redoxreactie met zuurstof plaatsvindt waardoor de mediator 20 niet meer opgeladen is. Aangezien de ontladen mediator geen elektronen meer kan overdragen, heeft deze ook geen negatief effect meer op de werking van de microbiële brandstofcel zodra deze de kathode bereikt.A problem that could arise with such a sensor is that, through substance transport through the cloth, a significant amount of charged mediator from the anolyte ends up at the cathode surface. It is clear to those skilled in the art that this process would adversely affect the operation of the sensor since the mediator could then release electrons to the cathode and thereby reduce the usefulness of the microbial fuel cell. However, experiments surprisingly show that the problem of electron transfer by the mediator via the cloth to the cathode is sufficiently prevented. A hypothesis used by the inventor of the present invention about the absence of adverse effects of a mediator ending up at the cathode through fabric transport through the cloth is that if mediator ends up in the cloth due to diffusion or by wetting the cloth with anolyte mediator will be in close contact with oxygen. The consequence of this is that a redox reaction with oxygen takes place, as a result of which the mediator 20 is no longer charged. Since the discharged mediator can no longer transfer electrons, it also no longer has a negative effect on the operation of the microbial fuel cell once it reaches the cathode.
De effectiviteit waarmee met onderhavige vinding 25 elektriciteit kan worden geproduceerd hangt in belangrijke mate af van een goed ontwerp van het doek tussen katholiet en anoliet. Belangrijke parameters ter verkrijging van een groot elektrisch vermogen per vierkante meter toegepast doek zijn: de dikte van het doek, de capillaire werking van het 30 doek, i.e. de microstructuur in het doek, de intensiteit van het contact tussen de kathode en het doek uitgedrukt in vierkante meter kathode-oppervlak per vierkante meter doek, de afstand tussen anoliet en kathode uitgedrukt in meter * · 11 doek, de wijze waarop het doek wordt belucht, toepassing van een geschikte mediator en de verversingssnelheid van het katholiet met anoliet. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige vinding maakt de op het doek aangebrachte 5 kathode geen direct contact met het anoliet omdat uit experimenten is vastgesteld dat in een aantal, maar niet alle dergelijke gevallen, het elektrisch vermogen van de sensor lager is. De sensor werkt hierbij als een soort microbiële brandstofcel. In een andere 10 voorkeursuitvoeringsvorm is het doek of een deel van het doek geïmpregneerd met een geleidend materiaal, zoals actieve kool of een metaal. Ook kan het doek, of een deel van het doek, in zijn geheel bestaan uit een geleidend materiaal en wordt de benatting gerealiseerd mede dankzij de 15 capillaire werking van de geleider. Een bijkomend voordeel van deze sensor is dat het relatief eenvoudig is om het katholiet op andere procesomstandigheden te bedrijven dan het anoliet. Dit kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door de verversingsgraad van het katholiet te variëren, door het 20 doek in contact te brengen met een kleine hoeveelheid gas zoals kooldioxide of met een kleine hoeveelheid base of zuur. Bij deze productie blijven de variabele kosten laag aangezien het totaal volume van het katholiet zeer klein is. Om deze reden verandert de samenstelling van het anoliet ook 25 nauwelijks na opmenging van katholiet en anoliet.The effectiveness with which electricity can be produced with the present invention depends to a large extent on a good design of the cloth between catholic and anolyte. Important parameters for obtaining a large electrical power per square meter of cloth used are: the thickness of the cloth, the capillary action of the cloth, ie the microstructure in the cloth, the intensity of the contact between the cathode and the cloth expressed in square meter of cathode area per square meter of cloth, the distance between anolyte and cathode expressed in meters * · 11 cloth, the way in which the cloth is aerated, application of a suitable mediator and the refresh rate of the catholyte with anolyte. In a preferred embodiment of the present invention, the cathode applied to the cloth does not make direct contact with the anolyte because experiments have determined that in some, but not all such cases, the electrical power of the sensor is lower. The sensor acts as a kind of microbial fuel cell. In another preferred embodiment, the cloth or part of the cloth is impregnated with a conductive material, such as activated carbon or a metal. The cloth, or a part of the cloth, can also consist of a conductive material in its entirety and the wetting is realized partly thanks to the capillary action of the conductor. An additional advantage of this sensor is that it is relatively easy to operate the catholic on different process conditions than the anolyte. This can be achieved, for example, by varying the degree of renewal of the catholicite, by contacting the cloth with a small amount of gas such as carbon dioxide or with a small amount of base or acid. With this production the variable costs remain low as the total volume of the catholicite is very small. For this reason, the composition of the anolyte also hardly changes after mixing of catholyte and anolyte.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een bioreactor voor het produceren en/of selecteren van een micro-organisme, omvattende: een reactorvat voor het bevatten van een micro-30 organisme; middelen voor het opleggen van trillingen, zoals akoestische trillingen, en/of een elektrisch, % 12 magnetisch of elektromagnetisch veld voor het beïnvloeden van het micro-organisme.The invention also relates to a bioreactor for producing and / or selecting a microorganism, comprising: a reactor vessel for containing a microorganism; means for applying vibrations, such as acoustic vibrations, and / or an electric, magnetic or electromagnetic field for influencing the microorganism.
Voor een dergelijke brandstofcel gelden gelijke effecten en voordelen als die beschreven zijn voor de 5 sensor. Met de bioreactor is het mogelijk culturen van micro-organismen te screenen en eventueel tegelijkertijd te detecteren.The same effects and advantages apply to such a fuel cell as those described for the sensor. With the bioreactor it is possible to screen cultures of microorganisms and possibly simultaneously detect them.
Indien een mengsel van micro-organismen in bijvoorbeeld een microbiële brandstofcel volgens de 10 onderhavige uitvinding wordt gebracht dan zal zich gegeven de procescondities een stationaire toestand instellen die een bepaalde stroomproductie oplevert. Door het anoliet nu bloot te stellen aan trillingen zoals akoestische trillingen, licht-, radiogolven, een wisselend elektrisch 15 veld of een magnetisch veld zal de stofwisseling van de verschillende micro-organismen worden beïnvloed waardoor sommige micro-organismen juist in aantal zullen toenemen. Door de gewijzigde omstandigheden in het anoliet zal in de meeste gevallen ook een andere stroom gaan lopen. Het is dus 20 mogelijk om middels de onderhavige uitvinding in situ selectie van culturen te realiseren en op deze wijze de werking van een microbiële brandstofcel te optimaliseren. Hiermee kan een microbiële brandstofcel worden ingesteld om ervoor te zorgen dat de gewenste micro-organismen actief 25 zijn en de groei van ongewenste micro-organismen wordt geremd. Desgewenst kunnen deze ongewenste micro-organismen worden geremd of deze ongewenste micro-organismen zelfs worden vernietigd. Met de onderhavige uitvinding is het mogelijk om een stationaire toestand te verkrijgen in een 30 microbiële brandstofcel die, zonder blootstelling aan trillingen onder gegeven procescondities, niet zou ontstaan. Nadat deze stationaire toestand zich heeft ingesteld kan in een aantal gevallen de trillingsbron worden uitgezetIf a mixture of microorganisms is introduced into, for example, a microbial fuel cell according to the present invention, then, given the process conditions, a stationary state will be established which produces a certain current production. By now exposing the anolyte to vibrations such as acoustic vibrations, light waves, radio waves, an alternating electric field or a magnetic field, the metabolism of the various microorganisms will be influenced, as a result of which some microorganisms will increase in number. Due to the changed circumstances in the anolyte, a different current will also start to flow in most cases. It is thus possible to realize in situ selection of cultures by means of the present invention and in this way to optimize the functioning of a microbial fuel cell. A microbial fuel cell can hereby be set up to ensure that the desired microorganisms are active and that the growth of undesired microorganisms is inhibited. If desired, these unwanted microorganisms can be inhibited or these unwanted microorganisms can even be destroyed. With the present invention, it is possible to achieve a stationary state in a microbial fuel cell that would not arise without exposure to vibrations under given process conditions. After this stationary state has set itself, the vibration source can be turned off in a number of cases
1 I1 I
13 aangezien de ongewenste micro-organismen uit het systeem zijn verwijderd. In andere gevallen is het gewenst om de trillingsbron niet uit te schakelen.13 since the unwanted microorganisms have been removed from the system. In other cases it is desirable not to switch off the vibration source.
De uitvinding heeft voorts tevens betrekking op 5 een microbiële brandstofcel, omvattende: - een anolietruimte voor het bevatten van een micro-organisme en een anoliet; - een in de anolietruimte geplaatste anode voor opname van elektronen, afkomstig van het micro-organisme; 10 - een kathode; en - een tussen de anolietruimte en de kathode geplaatst absorberend element.The invention furthermore also relates to a microbial fuel cell, comprising: an anolyte space for containing a micro-organism and an anolyte; - an anode placed in the anolyte space for receiving electrons from the microorganism; 10 - a cathode; and - an absorbent element placed between the anolyte space and the cathode.
Een dergelijke microbiële brandstofcel heeft gelijke voordelen en effecten als beschreven voor de sensor en de 15 bioreactor.Such a microbial fuel cell has the same advantages and effects as described for the sensor and the bioreactor.
De uitvinding heeft verder eveneens betrekking op een werkwijze voor het beïnvloeden van een micro-organisme, omvattende de stappen: - het voorzien van het micro-organisme in een 20 anolietruimte; - het plaatsen van een anode in de anolietruimte; - het voorzien van een werkzaam met de anode verbonden kathode, zodanig dat een spanning ontstaat tussen de anode en de kathode; en 25 - het blootstellen van een micro-organisme aan trillingen, zoals akoestische trillingen, een elektrisch veld en/of een magnetisch veld.The invention furthermore also relates to a method for influencing a microorganism, comprising the steps of: - providing the microorganism in an anolyte space; - placing an anode in the anolyte space; - providing a cathode operatively connected to the anode, such that a voltage is created between the anode and the cathode; and - exposing a microorganism to vibrations, such as acoustic vibrations, an electric field and / or a magnetic field.
Met een dergelijke werkwijze kunnen gelijke effecten en voordelen worden bewerkstelligd als beschreven 30 voor de sensor, bioreactor en microbiële brandstofcel.With such a method, similar effects and advantages can be achieved as described for the sensor, bioreactor and microbial fuel cell.
Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van de 14 voorkeursuitvoeringsvormen daarvan, waarvan verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen:Further advantages, features and details of the invention are explained on the basis of the 14 preferred embodiments thereof, of which reference is made to the accompanying drawings, in which:
Figuur 1 een schematische weergave van de werking van het principe volgens de uitvinding; en 5 Figuur 2 een alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding.Figure 1 shows a schematic representation of the operation of the principle according to the invention; and Figure 2 shows an alternative preferred embodiment according to the invention.
In een eerste uitvoeringsvorm 2 (Figuur 1) zijn twee compartimenten of elektroderuimten 4, 6 voorzien. Compartiment 4 is het anodecompartiment waarin anoliet 8 is 10 voorzien. In het kathodecompartiment 6 is katholiet 10 voorzien. In anodecompartiment 4 is een anode 12 aangebracht en kathodecompartiment 6 is voorzien van een kathode 14. Tussen de beide compartimenten 4, 6 is een kation selectief membraan 16 aangebracht. In anoliet 8 is een micro-organisme 15 in de vorm van bakkersgist aangebracht. Het anoliet betreft een vruchtensap in de vorm van diksap. In de anolietruimte 4 wordt kooldioxide geproduceerd dat uit de ruimte wordt gelaten via uitgang 18. De elektroden 12, 14 zijn werkzaam verbonden via circuit 20. Circuit 20 bevat een stroommeter 20 22 waarmee stroom en met name wisselingen daarin kunnen worden gemeten. In kathoderuimte 6 worden de door het membraan 16 gediffundeerde protonen gereduceerd met behulp van zuurstof, waarbij water ontstaat. Zuurstof wordt aangevoerd via ingang 24 en de reactieproducten kunnen 25 worden afgevoerd via uitgang 26 van kathodecompartiment 6.In a first embodiment 2 (Figure 1), two compartments or electrode spaces 4, 6 are provided. Compartment 4 is the anode compartment in which anolite 8 is provided. Catholite 10 is provided in cathode compartment 6. An anode 12 is provided in anode compartment 4 and cathode compartment 6 is provided with a cathode 14. A cation-selective membrane 16 is arranged between the two compartments 4, 6. Anolite 8 has a microorganism 15 in the form of baker's yeast. The anolyte is a fruit juice in the form of thick juice. Carbon dioxide is produced in the anolyte space 4, which is released from the space via output 18. The electrodes 12, 14 are operatively connected via circuit 20. Circuit 20 contains a current meter 22 with which current and in particular changes therein can be measured. In cathode space 6, the protons diffused through the membrane 16 are reduced with the aid of oxygen, whereby water is formed. Oxygen is supplied via input 24 and the reaction products can be discharged via output 26 of cathode compartment 6.
In een alternatieve uitvoeringsvorm van sensor 28 (figuur 2) is in een anoderuimte 30 anoliet 32 gebracht. In de anoderuimte 30 is een anode 34 aangebracht. Tevens hangt een absorberend element 36 in de vorm van een katoenen doek 30 met een eerste uiteinde 38 in het anoliet 32. Een kathode 40 wordt omgeven door het andere doekuiteinde 42. Anode 34 en kathode 40 zijn verbonden via circuit 44 waarin een stroommeter 46 is voorzien.In an alternative embodiment of sensor 28 (Figure 2), anolyte 32 is introduced into an anode space 30. An anode 34 is provided in the anode space 30. An absorbent element 36 in the form of a cotton cloth 30 also hangs in the anolyte 32 with a first end 38. A cathode 40 is surrounded by the other cloth end 42. Anode 34 and cathode 40 are connected via circuit 44 in which a current meter 46 is to provide.
1515
Mogelijke toepassingen van de nieuwe sensor 2, 28 worden navolgend toegelicht. Indien een biologisch systeem in de anolietruimte van een brandstofcel wordt blootgesteld aan de invloed van bijvoorbeeld elektromagnetische golven 5 dan is het mogelijk dat het anoliet opwarmt door energiedissipatie van de golven in water en/of in het biologische systeem. Deze opwarming heeft gevolgen voor de stofwisseling en/of deling van de micro-organismen en/of chemische reacties en/of enzymatische reacties in het 10 anoliet waardoor het zeer waarschijnlijk is dat ook de door de sensor in de vorm van een microbiële brandstofcel geproduceerde stroom verandert. Een microbiële brandstofcel waarin een temperatuurmeting is aangebracht maakt deel uit van de onderhavige uitvinding. Indien echter het vermogen 15 van de radiogolven beperkt is en bijgevolg de temperatuurstijging van het anoliet nauwelijks waarneembaar is kunnen elektromagnetische golven nog steeds een significante invloed hebben op het biologische systeem en daarmee ook op de stroom die de microbiële brandstofcel 20 produceert. Eén van de achterliggende mechanismen hiervoor is dat de celmembranen van cellen van levende organismen een asymmetrische samenstelling hebben en dat ionen als functie van de lengtecoördinaat loodrecht op het celmembraan een asymmetrische mobiliteit hebben. Hierdoor kunnen 25 celmembranen als demodulator van radiogolven fungeren aangezien ze vanuit elektrotechnisch perspectief opgevat kunnen worden als een parallelschakeling van een diode, een weerstand en een condensator. Consequentie hiervan is dat bijvoorbeeld in geval van een amplitude gemoduleerde 30 radiogolf met een frequentie van de draaggolf van 2 MHz en een amplitudemodulatie met een frequentie van 100 kHz, een wisselspanning met een frequentie van 100 kHz over het membraan kan ontstaan. Een dergelijke wisselspanning over * 16 het membraan kan de eigenschappen van het membraan veranderen of zelfs elektroporatie gevolgd door celdood veroorzaken. Het is voor de vakman duidelijk dat de frequentie en aard van de modulatie waarbij radiogolven een 5 effect hebben op een levende cel in het algemeen, of op het micro-organisme in het bijzonder, afhankelijk is van de aard van de levende cel of het micro-organisme. Dit betekent dat het mogelijk is om effecten van radiogolven op een micro-organisme te vertalen naar effecten op andere levende cellen 10 vooropgesteld dat de "elektrische eigenschappen" in termen van met name resonantiefrequentie en demodulatiekarakteristiek van zowel de micro-organismen als andere levende cellen bekend zijn. Zo is het in beginsel mogelijk om gemeten effecten met een sensor volgens de 15 onderhavige uitvinding, waarbij bijvoorbeeld bakkersgist in het anoliet wordt toegepast, te vertalen naar mogelijke biologische effecten op de mens.Possible applications of the new sensor 2, 28 are explained below. If a biological system in the anolyte space of a fuel cell is exposed to the influence of, for example, electromagnetic waves, it is possible that the anolyte heats up due to energy dissipation of the waves in water and / or in the biological system. This warming up has consequences for the metabolism and / or division of the microorganisms and / or chemical reactions and / or enzymatic reactions in the anolyte, so that it is very likely that also the current produced by the sensor in the form of a microbial fuel cell changes. A microbial fuel cell in which a temperature measurement is provided is part of the present invention. However, if the power of the radio waves is limited and consequently the temperature rise of the anolyte is hardly perceptible, electromagnetic waves can still have a significant influence on the biological system and therefore also on the current produced by the microbial fuel cell 20. One of the underlying mechanisms for this is that the cell membranes of cells of living organisms have an asymmetrical composition and that ions have asymmetrical mobility as a function of the length coordinate perpendicular to the cell membrane. This allows cell membranes to act as a demodulator of radio waves since they can be seen from an electrical engineering perspective as a parallel connection of a diode, a resistor and a capacitor. The consequence of this is that, for example, in the case of an amplitude modulated radio wave with a frequency of the carrier wave of 2 MHz and an amplitude modulation with a frequency of 100 kHz, an alternating voltage with a frequency of 100 kHz can arise over the membrane. Such an alternating voltage across the membrane may alter the properties of the membrane or even cause electroporation followed by cell death. It is clear to the person skilled in the art that the frequency and nature of the modulation at which radio waves have an effect on a living cell in general, or on the microorganism in particular, depends on the nature of the living cell or the micro -organism. This means that it is possible to translate effects of radio waves on a microorganism into effects on other living cells, provided that the "electrical properties" in terms of in particular resonance frequency and demodulation characteristic of both the microorganisms and other living cells are known. to be. Thus it is in principle possible to translate measured effects with a sensor according to the present invention, wherein for example baker's yeast is used in the anolyte, into possible biological effects on humans.
In enkele van de besproken mogelijke toepassingen staat het gehanteerde biologische systeem model voor een 20 ander biologisch systeem. Zo kunnen de micro-organismen model staan voor onder meer de mens. In een mogelijke andere toepassing van een dergelijke bioreactor wordt door middel van een sensor volgens de onderhavige technologie de werking van een bioreactor gestuurd, bijvoorbeeld voor de productie 25 van medicijnen. Dit kan bijvoorbeeld door een bioreactor uit te rusten met elektroden volgens één van de concepten in de onderhavige vinding. Indien de bioreactor nu wordt blootgesteld aan trillingen, zal het sensorsysteem onder bepaalde trillingscondities een andere stroom meten hetgeen 30 aangeeft dat de processen in de bioreactor worden beïnvloed. De bioreactor kan op deze wijze optimaal worden ingesteld en zonodig blijft de trillingsbron na instelling van het optimum operationeel.In some of the possible applications discussed, the biological system used stands for a different biological system. For example, the microorganisms can serve as a model for people, among others. In a possible other application of such a bioreactor, the operation of a bioreactor is controlled by means of a sensor according to the present technology, for instance for the production of medicines. This is possible, for example, by equipping a bioreactor with electrodes according to one of the concepts in the present invention. If the bioreactor is now exposed to vibrations, the sensor system will measure a different current under certain vibration conditions, indicating that the processes in the bioreactor are being influenced. The bioreactor can be optimally adjusted in this way and, if necessary, the vibration source remains operational after the optimum has been set.
1717
Nog een andere toepassing van de onderhavige vinding is een sensor voor het detecteren van biofouling waarbij een procesvloeistof aan het anoliet of katholiet van de sensor wordt toegevoegd en waarbij, afhankelijk van de 5 aard en de hoeveelheid biofouling die zich op een elektrode van de sensor afzet, de stroomproductie van de sensor verandert.Yet another application of the present invention is a sensor for detecting biofouling where a process fluid is added to the anolyte or catholyte of the sensor and wherein, depending on the nature and amount of biofouling that deposits on an electrode of the sensor , the current production of the sensor changes.
De sensorprincipes 2, 28 zijn ook bruikbaar als microbiële brandstofcel. Zo is het met de nieuwe technologie 10 ook mogelijk om een anaerobe afvalwaterzuiveringsinstallatie om te bouwen tot een microbiële brandstofcel tegen zeer lage investeringen. Verder zijn ook de variabele kosten en het onderhoud van een dergelijke microbiële brandstofcel laag. Indien een anaerobe reactor wordt uitgerust met 15 koolstofmatten en loodrecht op het vloeistofoppervlak katoenen doek wordt gespannen waarin koolstofmatten als kathode zijn verwerkt dan hebben we een microbiële brandstofcel. Hierbij kan desgewenst gebruik worden gemaakt van het bevochtigen van het absorberende element in geval 20 het sensorprincipe 28 wordt toegepast.The sensor principles 2, 28 can also be used as a microbial fuel cell. It is thus also possible with the new technology 10 to convert an anaerobic waste water treatment plant into a microbial fuel cell at very low investments. Furthermore, the variable costs and maintenance of such a microbial fuel cell are also low. If an anaerobic reactor is equipped with 15 carbon mats and a cotton cloth is stretched perpendicular to the liquid surface in which carbon mats are processed as cathodes, we have a microbial fuel cell. Here, if desired, use can be made of wetting the absorbent element in case the sensor principle 28 is applied.
ExperimentExperiment
In een kunststof vat van 10 liter met schroefdop wordt 5 liter drinkwater met een temperatuur van 25°C 25 gevoegd. Vervolgen wordt 750 ml geconcentreerd appelsap (merk Dixap van Covelt met een hoeveelheid koolhydraten van 87,5 gram koolhydraten per 100 ml en 0,1 gram eiwit per 100 ml) toegevoegd. Na intensief mengen wordt 21 gram instant gist (3 zakjes van 7 gram merk Dr. Oetker overeenkomend met 30 75 gram verse gist) toegevoegd. Het mengsel wordt vervolgens gedurende 5 minuten intensief geschud waarna de vloeistof gedurende 3 uur wordt bewaard in aanwezigheid van zuurstof, i.e. de schroefdop van het 10 liter vat was niet op het vast 18 geschroefd. Het aldus verkregen mengsel werd vervolgens intensief geschud. Vervolgens werd zo'n 400 ml van de gistende suspensie in een 750 ml bekerglas met een diameter van 10 cm gevoegd. In het bekerglas werd een 5 grafietelektrode, verderop de anode genoemd, aangebracht met een effectief oppervlak van 2*10"3 m2. Vervolgens werd een katoenen doek in de vloeistof gehangen en deze katoen doek werd circa 10 cm boven het vloeistofoppervlak in intensief contact gebracht met een tweede grafietelektrode, verderop 10 de kathode genoemd, met een oppervlak van 1*10~3 m2. Door de capillaire werking werd deze tweede elektrode vochtig en door het zeer intensieve contact van de vloeistof in de doek en op de kathode met de lucht, werkt deze elektrode als een kathode. De anode en kathode werden verbonden met een 15 voltmeter en na circa 3 uur gaf deze voltmeter een spanning aan van circa 50 mV. Vervolgens werd een weerstand van 10 kohm tussen anode en kathode aangebracht en na circa 10 minuten stelde zich een stabiele spanning tussen anode en kathode van ca. 15 mV in. Hiermee is de werking van de 20 microbiële brandstofcel volgens de onderhavige vinding aangetoond. Opgemerkt wordt dat de brandstofcel in dit voorbeeld verre van optimaal functioneert door een hoge interne weerstand van de brandstofcel, een niet optimaal functionerende mediator, beperkt elektrode-oppervlak en 25 zuurstofdiffusie van de lucht naar het anoliet in het bekerglas. Na een week in bedrijf te zijn geweest, werkt de microbiële brandstofcel nog steeds en levert ongeveer hetzelfde vermogen. Het is voor de vakman duidelijk dat deze microbiële brandstofcel eenvoudig geoptimaliseerd kan 30 worden.5 liters of drinking water with a temperature of 25 ° C are added to a 10-liter plastic container with a screw cap. Then 750 ml of concentrated apple juice (brand Dixap van Covelt with an amount of carbohydrates of 87.5 grams of carbohydrates per 100 ml and 0.1 gram of protein per 100 ml) is added. After intensive mixing, 21 grams of instant yeast (3 bags of 7 grams of Dr. Oetker brand corresponding to 30 75 grams of fresh yeast) are added. The mixture is then shaken intensively for 5 minutes, after which the liquid is stored for 3 hours in the presence of oxygen, i.e. the screw cap of the 10 liter vessel was not screwed onto the solid 18. The resulting mixture was then shaken intensively. Subsequently, about 400 ml of the fermenting suspension was added to a 750 ml beaker with a diameter of 10 cm. In the beaker a graphite electrode, hereinafter referred to as the anode, was applied with an effective surface of 2 * 10 "3 m2. Subsequently a cotton cloth was hung in the liquid and this cotton cloth was brought into intensive contact approximately 10 cm above the liquid surface with a second graphite electrode, hereinafter referred to as the cathode, with a surface area of 1 * 10 ~ 3 m 2. Due to the capillary action, this second electrode became moist and due to the very intensive contact of the liquid in the cloth and on the cathode with the air This electrode acts as a cathode The anode and cathode were connected to a 15 volt meter and after about 3 hours this volt meter indicated a voltage of about 50 mV. Then a resistor of 10 kohm was applied between anode and cathode and after about 10 minutes, a stable voltage between anode and cathode of about 15 mV was established, demonstrating the operation of the 20 microbial fuel cell according to the present invention. The fuel cell in this example functions far from optimally due to a high internal resistance of the fuel cell, a mediator that does not function optimally, a limited electrode area and oxygen diffusion of the air to the anolyte in the beaker. After being in operation for a week, the microbial fuel cell still works and delivers approximately the same power. It is clear to the skilled person that this microbial fuel cell can be easily optimized.
De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen 19 de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn. Zo behoort bijvoorbeeld tot de mogelijkheden om de sensorprincipes 2, 28 toe te passen op een bekende microbiële elektrolysecel. Hiermee kan een dergelijke cel 5 worden toegepast als een sensor voor de detectie van onder meer de invloed van trillingen op biologische systemen. Uit de stroom die gaat lopen bij een bepaalde overproductie tussen de anode en kathode kan de biologische activiteit van een systeem worden bepaald. Opgemerkt wordt dat ook bij deze 10 toepassing het sensorprincipe 28 op voordelige wijze kan worden toegepast.The present invention is by no means limited to the preferred embodiments described above. The rights sought are defined by the following claims, within the scope of which many modifications are conceivable. For example, it is possible to apply the sensor principles 2, 28 to a known microbial electrolysis cell. With this, such a cell 5 can be used as a sensor for the detection of, among other things, the influence of vibrations on biological systems. The biological activity of a system can be determined from the current that flows during a certain overproduction between the anode and cathode. It is noted that also with this application the sensor principle 28 can be applied in an advantageous manner.
10356*910356 * 9
Claims (15)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1035649A NL1035649C2 (en) | 2008-02-20 | 2008-07-02 | Sensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing the effects of vibrations and / or fields on a micro-organism for influencing a micro-organism. |
| PCT/NL2009/000038 WO2009104956A1 (en) | 2008-02-20 | 2009-02-19 | Sensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing effects of vibrations and/or fields on a micro-organism in order to influence a micro-organism |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1035048 | 2008-02-20 | ||
| NL1035048 | 2008-02-20 | ||
| NL1035649A NL1035649C2 (en) | 2008-02-20 | 2008-07-02 | Sensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing the effects of vibrations and / or fields on a micro-organism for influencing a micro-organism. |
| NL1035649 | 2008-07-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1035649C2 true NL1035649C2 (en) | 2009-08-24 |
Family
ID=40670986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1035649A NL1035649C2 (en) | 2008-02-20 | 2008-07-02 | Sensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing the effects of vibrations and / or fields on a micro-organism for influencing a micro-organism. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1035649C2 (en) |
| WO (1) | WO2009104956A1 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2340134B1 (en) * | 2010-04-09 | 2011-01-28 | Centro De Estudios E Investigaciones Tecnicas De Guipuzcoa (Ceitg) | REACTOR FOR THE STUDY AND CULTURE OF BIOCAPAS. |
| DE202013005125U1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-09-05 | Hugo Vogelsang Maschinenbau Gmbh | Device for electrical disintegration of cell aggregates |
| JP6370544B2 (en) * | 2013-11-11 | 2018-08-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | Cell observation apparatus and cell observation method |
| CN104458862B (en) * | 2014-12-02 | 2017-04-05 | 清华大学 | A kind of water monitoring device and preparation method thereof |
| EP3668650A4 (en) * | 2017-10-03 | 2021-06-02 | Avails Medical, Inc. | Apparatus, systems, and methods for determining the concentration of microorganisms and the susceptibility of microorganisms to anti-infectives based on redox reactions |
| JP7174521B2 (en) * | 2017-12-05 | 2022-11-17 | 住友重機械工業株式会社 | Microbial activity measurement sensor and method for evaluating microbial activity |
| CN113241454B (en) * | 2021-05-18 | 2023-02-03 | 中南大学 | Microbial fuel cell for monitoring microbial quantity, monitoring system and method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004626A1 (en) * | 1999-07-07 | 2001-01-18 | Korea Institute Of Science And Technology | An electrochemical method for enrichment of microorganism, a biosensor for analyzing organic substance and bod |
| US6297025B1 (en) * | 1994-06-13 | 2001-10-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Measurement of complete electrical waveforms of tissue or cells |
| WO2006044954A2 (en) * | 2004-10-20 | 2006-04-27 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Enhanced electrical contact to microbes in microbial fuel cells |
-
2008
- 2008-07-02 NL NL1035649A patent/NL1035649C2/en not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-02-19 WO PCT/NL2009/000038 patent/WO2009104956A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6297025B1 (en) * | 1994-06-13 | 2001-10-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Measurement of complete electrical waveforms of tissue or cells |
| WO2001004626A1 (en) * | 1999-07-07 | 2001-01-18 | Korea Institute Of Science And Technology | An electrochemical method for enrichment of microorganism, a biosensor for analyzing organic substance and bod |
| WO2006044954A2 (en) * | 2004-10-20 | 2006-04-27 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Enhanced electrical contact to microbes in microbial fuel cells |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ABDULLAH ET AL: "Feasibility study of a mini fuel cell to detect interference from a cellular phone", JOURNAL OF POWER SOURCES, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 155, no. 2, 21 April 2006 (2006-04-21), pages 311 - 318, XP005365142, ISSN: 0378-7753 * |
| YANG S ET AL: "The ultrasonic effect on biological characteristics of Monascus sp", ENZYME AND MICROBIAL TECHNOLOGY, STONEHAM, MA, US, vol. 37, no. 1, 1 June 2005 (2005-06-01), pages 139 - 144, XP025278630, ISSN: 0141-0229, [retrieved on 20050601] * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2009104956A1 (en) | 2009-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL1035649C2 (en) | Sensor, bioreactor, microbial fuel cell and method for measuring and utilizing the effects of vibrations and / or fields on a micro-organism for influencing a micro-organism. | |
| Shan et al. | Sensitive and selective xanthine amperometric sensors based on calcium carbonate nanoparticles | |
| Yu et al. | Characteristics of hydrogen evolution and oxidation catalyzed by Desulfovibrio caledoniensis biofilm on pyrolytic graphite electrode | |
| Strik et al. | Solar energy powered microbial fuel cell with a reversible bioelectrode | |
| Modin et al. | A novel bioelectrochemical BOD sensor operating with voltage input | |
| Kumlanghan et al. | Microbial BOD sensor for monitoring treatment of wastewater from a rubber latex industry | |
| Shimomura et al. | Amperometric L-lactate biosensor based on screen-printed carbon electrode containing cobalt phthalocyanine, coated with lactate oxidase-mesoporous silica conjugate layer | |
| Saba et al. | Characterization and performance of anodic mixed culture biofilms in submersed microbial fuel cells | |
| Landwall et al. | Removal of inhibitors of bacterial growth by dialysis culture | |
| CN102796660B (en) | For proofing unit and the on-line water quality monitoring method of monitoring water quality on line | |
| Sun et al. | Innovative operation of microbial fuel cell-based biosensor for selective monitoring of acetate during anaerobic digestion | |
| Sangeetha et al. | Influence of electrode material and electrode distance on bioelectricity production from sago‐processing wastewater using microbial fuel cell | |
| You et al. | Stability and reliability of anodic biofilms under different feedstock conditions: Towards microbial fuel cell sensors | |
| CN102520040B (en) | Microbial reactor for detecting water toxicity and method for detecting water toxicity | |
| Seelajaroen et al. | Enhanced bio‐electrochemical reduction of carbon dioxide by using neutral red as a redox mediator | |
| Dhar et al. | Hydrogen-based syntrophy in an electrically conductive biofilm anode | |
| Muñoz-Berbel et al. | On-chip impedance measurements to monitor biofilm formation in the drinking water distribution network | |
| Li et al. | Power generation enhanced by a polyaniline–phytic acid modified filter electrode integrating microbial fuel cell with membrane bioreactor | |
| Pal et al. | Exoelectrogenic response of Pichia fermentans influenced by mediator and reactor design | |
| CN103940883A (en) | Preparation method, application, device and detection method of one-time microbial film sensor for rapid detection of biotoxicity of water | |
| Wang et al. | Activity and stability of horseradish peroxidase in hydrophilic room temperature ionic liquid and its application in non-aqueous biosensing | |
| Fujita et al. | Electrochemical analysis of electrode-immobilized dehydrogenases in hydrated choline dihydrogen phosphate-type ionic liquid | |
| Su et al. | Ameliorating substance accessibility for microorganisms to amplify toluene degradation and power generation of microbial fuel cell by using activated carbon anode | |
| Sun et al. | Enhanced removal of veterinary antibiotic from wastewater by photoelectroactive biofilm of purple anoxygenic phototroph through photosynthetic electron uptake | |
| Badalyan et al. | Novel sensor platform for rapid detection and quantification of coliforms on food contact surfaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| SD | Assignments of patents |
Effective date: 20100618 |
|
| MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20210801 |