In situ Biofilm Quantification in Bioelectrochemical Systems by using Optical Coherence Tomography = Cuantificación directa de la biomasa en sistemas bio-electroquímicos usando tomografía de coherencia óptica

Detailed studies of microbial growth in bioelectrochemical systems (BESs) are required for their suitable design and operation. Here, we report the use of optical coherence tomography (OCT) as a tool for in situ and noninvasive quantification of biofilm growth on electrodes (bioanodes). An experimen...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor Principal: Zamudio, Julián A.; Molenaar, Sam D.; Sleutels, Tom; Pereira, Joao; Lorio, Matteo; Borsje, Casper; Fabregat-Santiago, Francisco; Buisman, Cees J. N.; Heijne, Annemiek ter
Formato: Artículo (Article)
Lenguaje:Desconocido (Unknown)
Publicado: 2018
Materias:
Acceso en línea:http://babel.banrepcultural.org/cdm/ref/collection/p17054coll23/id/1186
Descripción
Sumario:Detailed studies of microbial growth in bioelectrochemical systems (BESs) are required for their suitable design and operation. Here, we report the use of optical coherence tomography (OCT) as a tool for in situ and noninvasive quantification of biofilm growth on electrodes (bioanodes). An experimental platform is designed and described in which transparent electrodes are used to allow real-time, 3D biofilm imaging. The accuracy and precision of the developed method is assessed by relating the OCT results to well-established standards for biofilm quantification (chemical oxygen demand (COD) and total N content) and show high correspondence to these standards. Biofilm thickness observed by OCT ranged between 3 and 90 mm for experimental durations ranging from 1 to 24 days. This translated to growth yields between 38 and 42 mgCODbiomass *gCODacetate -1 at an anode potential of -0.35 V versus Ag/AgCl. Time-lapse observations of an experimental run performed in duplicate show high reproducibility in obtained microbial growth yield by the developed method. As such, we identify OCT as a powerful tool for conducting in-depth characterizations of microbial growth dynamics in BESs. Additionally, the presented platform allows concomitant application of this method with various optical and electrochemical techniques. Resumen: Estudios detallados del crecimiento microbiano en sistemas bioelectroquímicos (BES) son necesarios para su diseño y operación adecuados. Aquí, informamos el uso de la tomografía de coherencia óptica (OCT) como herramienta para la cuantificación in situ y no invasiva de crecimiento de biopelículas en electrodos (bioanodes). La plataforma experimental está diseñada y descrita, en ella los electrodos transparentes se utilizan para permitir imágenes de biofilm 3D en tiempo real. La exactitud y la precisión del método desarrollado es evaluada por relacionando los resultados de OCT con estándares bien establecidos para biopelículas cuantificación (demanda química de oxígeno (DQO) y total N contenido) y muestran una alta correspondencia con estos estándares. El espesor de la biopelícula observado por OCT osciló entre 3 y 90 mm para duraciones experimentales que varían de 1 a 24 días Esto se tradujo en rendimientos de crecimiento entre 38 y 42 mgCODbiomasa *gCODacetato -1 a un potencial anódico de -0.35 V versus Ag / AgCl. Observaciones de lapso de tiempo de una carrera experimental realizada en duplicado muestran alta reproducibilidad en microbios obtenidos rendimiento de crecimiento por el método desarrollado. Como tal, nosotros identificamos OCT como una herramienta poderosa para realizar caracterizaciones en profundidad de la dinámica de crecimiento microbiano en BES. Adicionalmente, la plataforma presentada permite la aplicación concomitante de este método con diversas técnicas ópticas y electroquímicas.