【編者按】暑假是科研工作攻堅(jiān)克難、實(shí)現(xiàn)躍升的黃金時(shí)期，學(xué)校各研究團(tuán)隊(duì)正搶抓時(shí)間機(jī)遇，聚焦科技前沿，鉚足干勁潛心研究，力求取得更多創(chuàng)新突破，奮力跑出科研攻關(guān)暑期“加速度”，為學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。學(xué)校推出“暑期科研‘加速度’”系列報(bào)道，將實(shí)時(shí)呈現(xiàn)學(xué)校師生暑期聚力科技創(chuàng)新、推進(jìn)科研攀登躍升的昂揚(yáng)風(fēng)貌和豐碩成果，彰顯學(xué)校持續(xù)深化有組織科研，以科技創(chuàng)新支撐高質(zhì)量發(fā)展的新姿態(tài)、新進(jìn)展、新成效。敬請(qǐng)關(guān)注！
7月31日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》（Nature Communications）在線(xiàn)發(fā)表了材料與能源學(xué)院胡衛(wèi)華教授團(tuán)隊(duì)的研究論文《利用斜入射光反射差成像解耦測(cè)量電活性細(xì)菌胞外電流》（Disentangling extracellular current of electroactive bacteria with oblique-incidence reflection difference imaging）。該工作創(chuàng)新性地利用反射光學(xué)成像技術(shù)（斜入射光反射差，OIRD），實(shí)現(xiàn)了對(duì)電活性細(xì)菌胞外電流中直接和間接電流的解耦測(cè)量，為研究微生物電化學(xué)和設(shè)計(jì)優(yōu)化相關(guān)器件提供了新的研究方法和思路。
細(xì)菌胞外電子轉(zhuǎn)移（EET）是電活性細(xì)菌在代謝中將電子轉(zhuǎn)移到外部受體的一種行為，廣泛存在于生物電化學(xué)合成、元素循環(huán)和生物修復(fù)等多種微觀(guān)、宏觀(guān)過(guò)程中，也是實(shí)現(xiàn)高效微生物燃料電池（MFC）的關(guān)鍵步驟。胞外電子轉(zhuǎn)移通過(guò)直接電子轉(zhuǎn)移（DET）和間接（介導(dǎo)）電子轉(zhuǎn)移（MET）兩種途徑進(jìn)行。前者通過(guò)細(xì)菌外膜上的氧化還原活性單元與固體/電極直接接觸實(shí)現(xiàn)，而間接電流由細(xì)菌分泌可溶性氧化還原穿梭體介導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。二者的分子機(jī)制不同，但彼此密切相關(guān)；一般情況下，二者同時(shí)發(fā)生，共同構(gòu)成輸出電流。因此，區(qū)分胞外直接電流和間接電流不僅對(duì)微生物燃料電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要應(yīng)用意義，而且有助于揭示胞外電子轉(zhuǎn)移等生物電化學(xué)過(guò)程的基本科學(xué)規(guī)律。然而，由于兩種電流在時(shí)空上高度糾纏，如何可靠地測(cè)量?jī)煞N電流并揭示它們的相互作用仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
在本工作中，研究人員利用斜入射光反射差（OIRD）成像技術(shù)與可開(kāi)關(guān)聚苯胺（PANI）基雙電極相配合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)菌陽(yáng)極中直接和間接胞外電流的解耦測(cè)量。具體而言，將電活性細(xì)菌接種于雙電極的其中一個(gè)電極（W1）上，聚苯胺薄膜作為電致變色電子受體，將電流信息轉(zhuǎn)化為OIRD光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)總體電流的空間分布成像；此后通過(guò)電化學(xué)調(diào)制，關(guān)閉該電極，細(xì)菌分泌的可溶性介質(zhì)被迫在鄰近電極（W2）上放電，從而實(shí)現(xiàn)間接胞外電流的成像。通過(guò)這種方式，成功地在種群水平上測(cè)量了粘附細(xì)菌產(chǎn)生的直接和間接胞外電流，并歸一化到單個(gè)細(xì)菌，以闡明胞外電子轉(zhuǎn)移的原理。這項(xiàng)工作為電活性細(xì)菌的放電行為研究提供了一個(gè)有力的測(cè)量方法，有望深化對(duì)胞外電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的科學(xué)認(rèn)識(shí)。
西南大學(xué)為論文唯一完成單位，胡衛(wèi)華教授為通訊作者，喬琰教授給予了學(xué)術(shù)指導(dǎo)和大力支持。材料與能源學(xué)院碩士研究生錢(qián)仕武為論文第一作者，碩士研究生王晨雨、方常祥、李萌參與了此項(xiàng)工作。本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62467-6
