在接近中性pH條件下，三種生理類型的微生物鐵氧化反應(yīng)可以發(fā)生，即微需氧鐵(II)氧化、厭氧硝酸鹽依賴性鐵(II)氧化以及厭氧光合鐵(II)氧化。我們?cè)诓煌膶?shí)驗(yàn)設(shè)置中研究這三種微生物鐵(II)氧化，以確定微生物鐵(II)氧化在地球化學(xué)鐵循環(huán)中的作用。其他研究則聚焦于錳(II)氧化細(xì)菌在沙基砷水過濾器中的作用，以確保去除飲用水中的砷。不同實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的氧氣監(jiān)測(cè)通過康濟(jì)爾公司提供的化學(xué)光學(xué)傳感膜（SF-PSt3）進(jìn)行。這些傳感膜粘貼在不同實(shí)驗(yàn)容器的內(nèi)表面，并通過聚合物光纖從外部讀取數(shù)據(jù)，使用Fibox 3或OXY-4 mini殘氧分析儀。這種非侵入式操作原理和傳感器小巧的尺寸，使我們能夠在不干擾實(shí)驗(yàn)或產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)偽影的情況下進(jìn)行氧氣測(cè)量。本文展示的實(shí)例顯示了這些傳感器在不同地球化學(xué)應(yīng)用中的多種應(yīng)用機(jī)會(huì)。

在連續(xù)培養(yǎng)器中培養(yǎng)鐵(II)氧化細(xì)菌

我們目前正在連續(xù)培養(yǎng)器中培養(yǎng)硝酸鹽依賴性和光合鐵(II)氧化細(xì)菌，以分析這些生物體的生理特征。在這些培養(yǎng)中，嚴(yán)格維持無氧條件至關(guān)重要。否則，鐵(II)會(huì)在氧氣作用下發(fā)生非生物氧化，這將干擾微生物鐵(II)氧化速率的測(cè)定。在這一實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，使用康濟(jì)爾科技提供的非侵入式傳感器進(jìn)行氣相和液相中的氧氣濃度測(cè)量具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@樣可以避免在培養(yǎng)容器中引入額外的表面，避免產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)偽影。

在人工沉積物柱中培養(yǎng)鐵(II)氧化細(xì)菌

我們小組研究的許多鐵(II)氧化細(xì)菌是從海洋或淡水沉積物中分離出來的。因此，我們使用人工沉積物柱來培養(yǎng)光合、硝酸鹽依賴性和微需氧鐵(II)氧化細(xì)菌的混合群落。沉積物柱中的條件模擬了細(xì)菌的自然棲息地，并提供了沉積物中光照、氧氣和溶解鐵(II)的梯度。在這些實(shí)驗(yàn)中，關(guān)鍵在于建立一個(gè)能夠測(cè)量沉積物中氧氣梯度的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，要求具有較高的空間分辨率，并且不干擾沉積物或引入額外的孔隙空間。我們實(shí)驗(yàn)中使用的氧敏感薄膜能夠承受反復(fù)高壓滅菌、冷凍至-80°C以及使用4%的鹽酸清洗沉積物柱，這在我們的應(yīng)用中是必需的。

微需氧鐵(II)氧化細(xì)菌的鐵(II)氧化速率測(cè)定

在中性pH和低氧濃度（約50 µM）條件下，微需氧鐵(II)氧化細(xì)菌能夠與氧氣引起的非生物鐵(II)氧化競爭。在研究這些細(xì)菌的鐵(II)氧化速率時(shí)，提供較低但仍足夠的氧氣濃度至關(guān)重要，以最小化氧氣對(duì)鐵(II)的非生物氧化。我們計(jì)劃通過微型生態(tài)系統(tǒng)（含有石英砂）來測(cè)定來自海洋濱海沉積物的富集培養(yǎng)中微需氧鐵(II)氧化細(xì)菌的鐵(II)氧化速率。培養(yǎng)條件旨在模擬細(xì)菌的自然棲息地，其中沉積物中的氧氣濃度由擴(kuò)散控制。由于需要在微型生態(tài)系統(tǒng)中維持正確的、相對(duì)較低的氧氣濃度，因此在這些實(shí)驗(yàn)中，使用OXY-4 mini傳感器和氧氣計(jì)的非侵入式氧氣監(jiān)測(cè)方法至關(guān)重要。

錳(II)氧化細(xì)菌在沙基砷飲用水過濾器中的作用

在越南的農(nóng)村地區(qū)，家庭沙濾器被用于去除污染地下水中的砷、鐵和錳，以確保安全的飲用水供應(yīng)。紅河三角洲地區(qū)家庭使用的沙濾器由兩個(gè)水箱組成。上部水箱填充了當(dāng)?shù)乜傻玫纳匙樱盟偷牡叵滤畯纳趁鏉B透并經(jīng)過水箱底部。過濾后的水通過水箱底部的孔或前端的排水口進(jìn)入儲(chǔ)水池。這些過濾器通過與鐵(II)的共氧化以及與形成的鐵(II)（氧氫）氧化物的吸附或共沉淀作用，將有毒的砷固定下來。不幸的是，至今尚未找到能夠作為砷去除的普遍指示物。錳是一個(gè)有前景的候選物，可以用作水中砷去除的指示物。錳(IV)氧化物作為氧化劑對(duì)鐵(II)和砷(III)起作用。當(dāng)水中的鐵(II)和砷(III)存在時(shí)，錳(IV)會(huì)被還原為錳(II)。如果砷(III)和鐵(II)在上層沙子中被去除，錳(IV)氧化物會(huì)在沙濾器的底部形成穩(wěn)定的棕色層。然而，我們發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，即使水中的幾乎所有砷已被去除，仍然會(huì)觀察到錳(IV)氧化物還原和錳(II)的動(dòng)員。因此，我們得出結(jié)論，沙子的顏色不能作為砷去除的可靠指示物。我們將識(shí)別在何種地球化學(xué)條件下，錳(II)氧化細(xì)菌能夠形成錳(IV)層，從而確保飲用水中砷的去除。我們使用充沙的玻璃柱作為家庭沙濾器的實(shí)驗(yàn)室模型，研究錳(II)氧化細(xì)菌的作用。附著在玻璃壁上的氧敏感薄膜被用于測(cè)量由微生物活動(dòng)引起的氧氣耗竭，并記錄柱深度中的變化。

康濟(jì)爾（上海）科技有限公司是一家專注于高精度分析儀器和傳感器開發(fā)、生產(chǎn)及銷售的創(chuàng)新型企業(yè)，致力于為制藥、生命科學(xué)、生物技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品飲料等領(lǐng)域提供高質(zhì)量的檢測(cè)與分析解決方案。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于科研實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)車間和質(zhì)量控制部門，幫助客戶實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的檢測(cè)與分析。

公司與如德國PreSens等技術(shù)提供商建立合作關(guān)系，通過引入成熟的光學(xué)傳感技術(shù)，結(jié)合自主研發(fā)能力，推出符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)儀器和解決方案，包括支持氧氣檢測(cè)、密封完整性驗(yàn)證（CCIT）和殘氧分析的系統(tǒng)。公司提供多樣化的檢測(cè)方案，包括頂空殘氧和溶解氧檢測(cè)（熒光法和激光法）、CCIT測(cè)試服務(wù)方案（真空衰減、高壓放電、壓力衰減和質(zhì)量提取）等，全面滿足不同行業(yè)客戶的檢測(cè)需求。所有產(chǎn)品均嚴(yán)格按照GMP、CFR21 PART 11等國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，確保滿足行業(yè)的嚴(yán)苛要求。

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公司秉承“創(chuàng)新、質(zhì)量、服務(wù)”的理念，專注于不斷提升產(chǎn)品性能和客戶滿意度。通過持續(xù)的研發(fā)投入和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，康濟(jì)爾致力于為生命科學(xué)、制藥、食品工業(yè)等領(lǐng)域提供切實(shí)可靠的技術(shù)支持與服務(wù)。公司倡導(dǎo)誠信經(jīng)營、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和持續(xù)學(xué)習(xí)，并希望與客戶和合作伙伴攜手，共同推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。