CALM/arwiki huggingface dataset:
في عام 1998، توصلت ولاية ميشيغان مع 45 ولاية أخرى إلى تسوية بتكلفة ثمانية ونصف بليون دولار مع الشركات الأمريكية العاملة في مجال التبغ. Former Governor وأنشأ جون إنجلر، الحاكم السابق للولاية في عام 1999 ممر ميشيغان لعلوم الحياة، بعدما وقّع القانون العام رقم 120 لعام 1999. وخصص مشروع القانون مالاً من تسوية الولاية مع شركات صناعة التبغ لتمويل البحث العلمي في التكنولوجيا الحيوية في أربع مؤسسات من أكبر مؤسسات البحث العلمي في ميشيغان. قام ممر ميشيغان لعلوم الحياة، تحت إدارة شركة ميشيغان للتنمية الاقتصادية، بتخصيص بليون دولار على مدار 20 عامًا، متضمنًا مبلغ 50 مليون دولار لتمويل البحث العلمي في مجال الشيخوخة، وفي العام التالي، منحت المبادرة 100 مليون دولار إلى 63 جامعة في ميشيغان. وفي عام 2002، دمجت الحاكمة جينيفر غرانهولم بين ممر ميشيغان لعلوم الحياة وممر ميشيغان الثلاثي للتكنولوجيا، مما أضاف تمويلاً للبحث العلمي في مجالات الأمن الوطني والوقود البديل. ونظرًا لأنه ما زالت هناك عشر سنوات متبقية للبرنامج، يأمل قادة ميشيغان أن تؤدي هذه الاستثمارات في البحث العلمي في مجال التقنية العالية إلى توسيع القاعدة الاقتصادية للولاية.
الميكروبيدات هي جسيمات بوليمرية منتظمة، تتراوح أقطارها عادةً من 0.5 إلى 500 ميكرومتر. ويمكن امتصاص الجزيئات ذات رد الفعل الحيوي أو مضاعفتها على سطحها الخارجي، وتُستخدم لفصل المواد البيولوجية مثل الخلايا أو البروتينات أو الأحماض النووية.
وتستخدم الميكروبيدات لعزل مواد أو جزيئات خاصة والتحكم فيها، كما تُستخدَم كذلك في تحليل الجزيئات الحساسة أو تلك التي لا توجد بوفرة، مثل الموجودة في الموجودات الآلية والمصغرة.
تم إنشاء الميكروبيدات عندما تمكن الدكتور جون أوجيلستاد مؤخرًا من تكوين سلاسل متعددة السيترين بنفس الحجم الكروي، في جامعة تروندهايم في النرويج في عام 1976. ثم قام بتكوين ميكروبيدات فائقة النفاذية المغناطيسية (دينابيدات) وعند وضع هذه السلاسل في مجال مغناطيسي، فإنها تُظهر خصائص مغناطيسية بدون أن تُخلف وراءها أية مغناطيسية عند إخراجها من المجال المغناطيسي، مما أدى إلى تطور تكنولوجيا الفصل المغناطيسي.
تسمح الميكروبيدات بحركة ديناميكية سريعة في مرحلة السوائل، مما يعطي لكل حجم مساحة سطح كبيرة. ويمكن للميكروبيدات القيام بعمليات فصل سريعة خلال بروتكول الاستخدام والتطبيق من خلال استخدام المغناطيس. ولا توجد حاجة لعمليات أخرى مثل الطرد المركزي أو الترشيح أو الترسيب.
تمكن جون أوجيلستاد من تطوير طريقة لتكوين ميكروبيدات ذات حجم متجانس. وصُنعت مادة متعدد السيترين لإنتاج سلاسل كروية الشكل ذات حجم منتظم. يوفر تجانس الحجم، والشكل، ومساحة السطح ديناميكية ذات إمكانية وصول ورد فعل مثاليين للربط السريع والفعال.
تستخدم الميكروبيدات كأداة أساسية في عمليات الفصل المغناطيسية الحيوية. وتم تطوير مجموعة من العمليات والتطبيقات الحاصلة على براءة اختراع اعتمادًا على استخدام الميكروبيدات في البحث العلمي الأكاديمي والصناعي. وتتم مضاعفة الميكروبيدات مسبقًا بواسطة اللجين، وهو جزيء حيوي مثل الأجسام المضادة، والستريبتافيدين، والبروتينات، والمستضدات، والحمض النووي/الحمض النووي الريبوزي، أو أي نوع آخر من الجزيئات. وهناك ثلاث خطوات لعملية الفصل المغناطيسي:
تستخدم الميكروبيدات في عزل الخلايا وتمددها. كما يمكن فصل جزيئيات البروتين وجزيئيات البروتين المعقدة في أغراض ووسائل الترسيب المناعي على سبيل المثال. ويستفاد كذلك من الميكروبيدات في دراسات الجزيئات وتشخيصاتها (مثل المقايسة المناعية والحمض النووي في التشخيصات المخبرية). وتوفر الميكروبيدات عند مضاعفتها بالستريبتافيدين وسيلة فعالة للغاية لفصل أي جزيء معقد البيروكسيديز. وهذه الطريقة تستخدم كثيرًا في دراسات ربط البروتين مع الحمض النووي/الحمض النووي الريبوزي، وتسلسل الحمض النووي وإعداد نماذج أحادية مجدولة. ويُستفاد أيضًا من الميكروبيدات في تحليل التعبير الجيني مثل عزل الحمض النووي الريبوزي الرسول(mRNA) من أجل التحاليل الاستنساخية.
وتستخدم الميكروبيدات في عدة مجالات أهمها التكنولوجيا الحيوية والبحث العلمي في الطب الحيوي. كما مكنت الميكروبيدات و تكنولوجيا الفصل المغناطيسي مجموعة من الطرق المبتكرة التي تفيد البحث العلمي في مجالات الوقاية من الأمراض، والطب، ومجالات أخرى تهدف إلى تحسين الحالة البشرية.
مكتبة الميكروبات هي مركز وسائط رقمية يراجعه أفراده، وتم إنشاؤه في عام 2000 لدراسات ما قبل التخرج في علم الميكروبات. والمكتبة تحت رعاية الجمعية الأمريكية لعلم الميكروبات (ASM)، والتي تعد أكبر جمعية مستقلة لعلوم الحياة في العالم. ويغطي نطاق المكتبة، بفضل وجود محتوى متاح في أربعة أقسام، علوم الميكروبات المحددة في إرشادات المنهج العلمي التي توصي بها الجمعية الأمريكية لعلم الميكروبات. تتم مراجعة محتوى المكتبة بالكامل من قبل أفرادها لضمان الدقة العلمية، والقيمة التعليمية، والوضوح في المحتوى المسموع والمرئي. ويشكل أساتذة علم الميكروبات الجمهور الأساسي الذي تستهدفه المكتبة، على الرغم من أنَ بعض الأقسام مناسبة للطلاب كذلك.
مهمة المكتبة هي:
• تشجيع التعليم الجيد في علم الميكروبات
• الارتقاء بالتدريس الجامعي، و
• تحسين فهم عالم الميكروبات والإحاطة به.
المعرض - يحتوي مجموعة من الصور، ومقاطع الفيديو، والرسوم المتحركة، التي تستخدم لتحسين المحاضرة أو عروض المختبر. تتضمن العناصر الفردية حكايات موجزة تشرح هذه العناصر وكيفية الحصول عليها. كذلك يشتمل على مجموعة من العناصر التي تنتشر حول فكرة أساسية محورية (مثل صبغة جرام وماكونكي أجار) والتي تتضمن عنوانًا للمجموعة، وعنوان ووصف قصير لكل عنصر (مثل اسم الشكل وقصته).
مواجز الوسائط المرئية - مراسلات قصيرة عالية الجودة، تتضمن صورًا رقمية ومقاطع فيديو ورسومًا متحركة حول عالم الميكروبات. وهذه المواجز تشبه مراسلات البحث العلمي القصيرة (أو المواجز) التي تُنشَر في الصحف العلمية، وتحتوي على أقسام المقدمات والوسائل والمناقشات والمراجع العلمية. كما يوجد كذلك مواجز تتناول الموضوع العلمي بالوصف وشرح كيفية الحصول عليه (على سبيل المثال، متحضر ومعزول)، وتشرح أيضًا أهميته و/أو استخداماته، وتقدم مراجعًا وصورًا مكبَرة له.
بروتوكولات المختبر - تشتمل على مواجز معلومات حول اختبارات المعمل التقليدية، وتتضمن كذلك خطوات إجرائية، بالإضافة إلى الهدف، والنظريات، والتاريخ، واعتبارات السلامة، والنصائح و التعليقات، والمراجع.
بنك أسئلة التفكير النقدي (ظهر أول مرة بشكل إرشادي في مؤتمر الجمعية الأمريكية لعلم الميكروبات لأساتذة تعليم ما قبل التخرج لعام 2012 وسيصبح متاحًا للعامة في خريف عام 2013) - مجموعة من أسئلة الاختيار من متعدد والتي تتخطى مستوى الحفظ التقليدي واستظهار المحتوى إلى طلب القدرة على التفكير النقدي. تم تعيين الحد الأدنى لمستوى التفكير النقدي على المستوى الثالث (التطبيق) طبقًا لتصنيف بلوم لمستويات الإدراك. كما أن الأسئلة معدة خصيصًا لتشجيع التعليم التفاعلي باستخدام نظم أجوبة الجمهور، الأمر الذي جعلها ذات فائدة في الاختبارات التحضيرية والنهائية أو الاختبارات التقليدية، كما يمكن استخدامها في الفصول المدرسية، أو المخبرية، أو على الإنترنت في إطار خبرات التعليم المختلط والتعليم عن بعد.
شركاء المكتبة والتمويل.
مكتبة الميكروبات هي شريك مؤسس في شبكة تعليم العلوم الحيوية (BEN) في الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم. وتعد شبكة تعليم العلوم الحيوية جزءًا من المكتبة الرقمية القومية لتعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. تتولى مؤسسة العلوم القومية و مؤسسة واكسمان لعلم الميكروبات توفير الدعم اللازم لتطوير المكتبة.
إد بيشوب (Ed Bishop) كان له الدور الرئيسي في المسلسل الإذاعي الخاص براديو هيئة الإذاعة البريطانية (BBC) عن شخصية "فيليب مارلو" (Philip Marlowe).
فيليب مارلو هو عبارة عن شخصية خيالية ألفها رايموند تشاندلر (Raymond Chandler) في سلسلة من الروايات التي تتضمن رواية "النوم العميق" (The Big Sleep) و"الوداع الطويل" (The Long Goodbye). وقد ظهر مارلو للمرة الأولى بهذا الاسم في رواية "النوم العميق" التي تم نشرها عام 1939. وهي أول قصص قصيرة لتشاندلر تم نشرها في مجلات الإثارة (Pulp magazines) مثل "القناع الأسود" (Black Mask) و"المتحري الدايم" (Dime Detective)، وتبرز هذه القصص نفس الشخصيات التي تحمل أسماء مثل "كارمادي" (Carmady) و"جون دالماس" (John Dalmas). وبعض هذه القصص تم تجميعها ومدها في صورة روايات تبرز شخصية مارلو، وهي العملية التي أطلق عليها مارلو اسم "التجميع". وعندما تمت إعادة نشر القصص غير المجمعة بعدها بسنوات في قصة قصيرة مجمعة تحمل اسم "الفن البسيط للقتل" (The Simple Art of Murder)، قام تشاندلر بتغيير أسماءالأبطال إلى فيليب مارلو. كما أن أول قصتين له اللتين تحملان عنوان "المبتزون لا يطلقون النار" (Blackmailers Don't Shoot) و"مقتل الشخص المغرور" (Smart-Aleck Kill) مع المتحري الذي يحمل اسم مالوري (Mallory) لم تتغير معالمهما في النسخة المطبوعة بيد أنهما تمت إضافتهما إلى قصص أخرى مثل الحلقات التليفزيونية لقضايا مارلو التي تحمل اسم "المتحري الخاص فيليب مارلو" (Philip Marlowe, Private Eye).
وتأتي شخصية فيليب مارلو في المقام الأول في مجال أدب الجريمة الفعلي الذي ظهر في العشرينيات والملحوظ في مجلة "القناع الأسود" التي ظهرت بها لأول مرة شخصيتي داشيل هاميت (Dashiell Hammett) للمرة الأولى وهما المتحري القاري الفعّال (The Continental Op) وسام سباد (Sam Spade).
وبالإضافة إلى المتحري الخاص النادر مدمن الكحوليات، نجد أن مارلو كثير التأمل وفيلسوف ويحب الشطرنج والشعر. وعلى الرغم من أن مارلو لا يخاف من المجازفة بحدوث ضرر بدني، إلا أنه لم يوقف الحديث عن العنف لمجرد تهدأة الجُرح. ونظرًا لاستقامته الأخلاقية، لم ينخدع "بالنساء المثيرة" المألوفة في هذا المجال مثل كارمن ستيرنود (Carmen Sternwood) التي ظهرت في "النوم العميق".
وتُظهر معالجة تشاندلر للرواية البوليسية جهوده التي بذلها لتطوير الشكل. وعندما بلغ تشاندلر 51 عامًا، تم نشر النسخة الكاملة من كتابه "النوم العميق" للمرة الأولى؛ وعند بلوغه 70 عامًا نُشرت آخر رواية له بعنوان "بلاي باك" (Playback).وقد تم إنتاج سبع روايات في آخر عقدين من حياته، وبعد وفاته أكمل روايته الثامنة المؤلف روبرت باركر (Robert B. Parker) ونشرها بعد بضعة سنوات.
اللادينية في إستونيا تعتبر جزء رئيسي من الثقافة الإستونية. وفقاً لاستطلاع أجرته مؤسسة غالوب فأن 14 % فقط من الإستونيين يعتقدون الدين مهم في حياتهم.
خلايا التحلبل الكهربي الميكروبية أو خلايا الوقود الميكروبية تعتبر كجهاز حيوي كهروكيميائي الذي يسخر قوة تتنفس الميكروبات لتحويل المواد العضوية مباشرة إلى طاقة كهربائية. في جوهرها، تحول الخلايا الوقودية الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية باستخدام تفاعلات الأكسدة والاختزال. والفرق الرئيسي من الدورة التفاعل هو في خلايا الوقود الميكروبية بأنها تعتمد على البيولوجية الحافزة المعيشة لتسهيل حركة الإلكترونات في جميع أنحاء أنظمها بدلا من التقليدية أكسدة المحفزة كيميائيا المحددة من الشحنة السالبة أو الالكترود السالب.
خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية.
تعتمد نظم خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية على عدة مكونات:
الكائنات الدقيقة - وتكون متصلة بالكاثود. ويحدد نوع الكائنات الدقيقة المنتجات وكفاءة خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية.
المواد - قد تكون مواد الأنود الموجودة في خلايا الوقود الميكروبية هي ذاتها الموجودة في خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية، مثل الأقمشة الكربونية، وورق الكربون، وصوف الجرافيت، وحبيبات الجرافيت، وفرش الجرافيت. كما يمكن استخدام البلاتين كعامل حفاز لتقليل فرط الجهد الكهربائي اللازم لإنتاج الهيدروجين. ولكن التكلفة الباهظة للبلاتين تدفع إلى البحث في استخدام الكاثود الحيوي كبديل. وتتضمن مواد أخرى الأغشية (على الرغم من أنّ بعض خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية خالية من الأغشية)، وكذلك أنظمة لتجميع وتعبئة الغاز الناتج في أنابيب.
تصدر الكائنات الدقيقة التي تستهلك مصدر طاقة (مثل حمض الخليك) الإلكترونات والبروتونات/ مما يولد جهدًا كهربائيًا يصل إلى 0.3 فولت. ويعد هذا الجهد كافيًا لتوليد طاقة كهربائية في خلية وقود ميكروبية تقليدية. ولكن بالنسبة لخلية التحليل الكهربائي الميكروبية، يتم تقديم جهد إضافي للخلية من مصدر خارجي. وهذا الجهد الناتج من هذا الجمع يكفي اختزال البروتونات ومن ثَمّ إنتاج غاز الهيدروجين. ونتيجة لاشتقاق جزء من الطاقة المستخدمة في عملية الاختزال يُستمَد من النشاط البكتيري، فإنّ إجمالي مقدار الطاقة الكهربائية اللازم توفيرها يكون أقل منها في عمليات الكهرلة، التي تتم في غياب الميكروبات. ووصل إنتاج الهيدروجين إلى 3.12 m3H2/m3d بجهد كهربائي داخلي يساوي 0.8 فولت. تعتمد كفاءة إنتاج الهيدروجين على المواد العضوية المستخدمة. فحمضا اللاكتيك والخليك يحققان نسبة كفاءة 82%، بينما ينتج السليلوز والجلوكوز غير المجهزين قيمًا تقترب من 63%،
وتتراوح نسبة كفاءة التحليل الكهربائي للماء العادي من بين 60 إلى 70 في المائة. حيث تحول خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية الكتل الحيوية غير الصالحة للاستعمال إلى هيدروجين يمكن توظيفه، فيكون ناتج الطاقة التي يمكن استخدامها أعلى بنسبة 144% من الطاقة المستهلكة كطاقة كهربائية. كما يمكن بآلية مشابهة إنتاج غاز الميثان كذلك، اعتمادًا على نوعية الكائنات الحية التي تستخدم في المهبط.
العمليات الحسابيةيتم حساب إجمالي الهيدروجين بمعادلة "RH"2 = "C"E"R"Cat. كفاءة الشحنة الكهربائية هي "C"E=("n"CE/"n"th)، بينما "n"th هي عدد مولات الهيدروجين التي يمكن إنتاجها نظريًا و"n"CE = "C"P/(2"F") هي عدد المولات من الهيدروجين التي يمكن إنتاجها من التيار الكهربائي المحسوب، و"C"P هي الشحنة الكهربائية الناتجة عن قسمة التيار الكهربائي على الوقت، و"F" ثابت فاراداي، والـ 2 هي عدد المولات من الإلكترونات لكل مول من الهيدروجين. الهيدروجين الذي تمت استعادته من الكاثود يحسب كالتالي "R"Cat = "n"H2/"n"CE، بينما "n"H2 هو إجمالي عدد المولات من الهيدروجين الذي تم إنتاجه. عائد الهيدروجين ("Y"H2) تم حسابه كالتالي "Y"H2 = "n"H2 /"n"s، على أنّ "n"s هو مقدار النزع السفلي المحسوب استنادًا إلى الطلب من الأوكسجين الكيميائي (22).
مهبط خلايا الوقود الميكروبية.
تحتل الشحنات الموجبة نصف الخلية، أما حجرات خلايا الوقود الميكروبية تحتوي على قطب كهربائي يخضع إلى كهرل مهبطي متدفق الذي يحتوي على عامل مؤكسد في محلوله.العامل المؤكسد يقل عندما يستقبل الالكترونات التي توجه إلى القطب السالب عن طريق سلك معدني ممتد منه.
يمكن استخدام كل من الهيدروجين والميثان كبدائل للوقود الحفري في المحركات ذات الاحتراق الداخلي أو في توليد الطاقة. وكما في خلايا الوقود الميكروبية أو النباتات المولدة للإيثانول الحيوي، تحمل خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية إمكانية تحويل النفايات العضوية ومياه الصرف الصحي إلى مصادر هامة للطاقة. كذلك يمكن دمج الهيدروجين مع النيتروجين في الهواء الجوي لإنتاج غاز النشادر الذي يستخدم في صناعة أسمدة الأمونيوم. كذلك تم اقتراح غاز النشادر كبديل عملي للوقود الحفري في المحركات ذات الاحتراق الداخلي.
= توليد الطاقة =
تعرفنا كيفية عمل مكونات الخلايا الوقود الميكروبية المختلفة.
لتشغيل أي خلية وقود ميكروبية بحاجة لان تتم هذه الخلايا دورة كهربائية (دوران) كاملة .
بهذه الحالة خلايا الوقود الميكروبية لديها المصعد (القطب السالب) والمهبط (القطب الموجب)مفصول بينهم عن طريق غشاء موجب نفاذ، مرتبطين مع بعضهم بوساطة سلك خارجي . عندما يدخل لحجرة المهبط المادة العضوية (الوقود) تبدأ البكتيريا نشاطها لأكسدة واختزال المواد العضوية (الوقود) حتى تولد مغذي الخلايا وهو فسفور ثلاثي الادونسين(ATP) .
البروتونات والالكترونات وثاني أكسيد الكربون مع المهبط تصلح لتكون مثل مستقبل الالكترونات في سلسلة نقل الالكترونات في البكتيريا .
حديثا توليد الالكترونات يكون بمرورها من المهبط إلى المصعد مستخدما السلك كجسر موصل . بنفس الوقت البروتونات تمر بحرية إلى المصعد عن طريق تبادل البروتونات الموجودة بحجرتين مفصولتين عن بعضهما، أخيرا العامل المؤكسد أو الأكسجين الموجود بالمصعد يعيد توحيد الهيدروجين والالكترونات من المصعد لإنتاج المياه النقية .
تكملة دوران الخلايا تستبدل السلك بالمصباح الكهربائي أو بجهاز آخر يحتاج كهرباء وأنت بحاجة على نحو فعال لتسخير طاقة الكائنات الحية لحل احتياجنا من الطاقة .
خلايا الوقود الميكروبية ومعالجة مياه الصرف الصحي.
الدور الذي تلعبه في انتاج الطاقة، الطريقة الأكثر مباشرة والمتوقع تطبيقها لخلايا الوقود الميكروبية، هي معالجة مياه الصرف الصحي. الكائنات الحية الدقيقة تحب مياه الصرف الصحي والظروف المحيطة بهذه المياة مثاليه لعدة أنواع من البكتيريا التي من الممكن استخدامها في خلايا الوقود الميكروبية، أيضا هي قادرة على كسر وتحطيم الكربون الموجود بمياه الصرف الصحي المتدفقة وذلك لانتاج الالكترونات التي يمكنها التدفق نحو القطب الموجب الموصل للكربون.الكهرباء التي يتم أيضا انتاجها من خلايا الوقود الميكروبية تعدل وتوازن الطاقة المستخدمة في تشغيل المحطة. بالإضافة إلى ذلك عادةً البكتيريا تتغذى على الكثير من الوحل الموجود بالمياه.
خلايا الوقود الميكروبية وانتاج الميثان.
تولد خلايا الوقود الميكروبية تيارا كهربائيا من خلال عملية التحليل الميكروبي للمركبات العضوية، وتنتج هيدروكربونات هامة من مياه الصرف الصحي وتقوم خلايا الوقود الميكروبية باستخدام مجموعة ثانوية من الأقطاب الكهربائية بتحويل تيارات مياه الصرف الغنية بالكربون إلى غاز الميثان .
تؤخذ مياه الصرف الصحي وتنقى من الجزيئات الكبيرة والصلبة ثم تنقل مياه الصرف الصحي إلى خزان معادلة كبير لمعادلة التقلبات في التركيز والكثافة قبل أن يتم معالجتها ونقلهامن خلال . Ecovolt .
وبداخل وحدة القطب الموجب المغلفة بنوع واحد من البكتيريا تؤدى تفاعلات الأكسدة فتحول المياه العادمة (القذرة ) إلى مياه نظيفة بينما يتم انتاج الكهرباء .وتنتقل الالكترونات إلى القطب السالب حيث أن الأقطاب الكهربائية المغلفة في أنواع مختلفة من البكتيريا تحول الكهرباء والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى وقود الميثان النقي بعملية تسمى توليد الميثان بالكهرباء
ويمكن عودة الميثان إلى المصنع لتوفير الحرارة والطاقة .
خلايا الوقود الميكروبية مستقبلا والبحوث المتطورة.
لمست البشرية أسس عمل وتتطور خلايا الوقود الميكروبية كما فهمنا الايض الميكروبي، وعلم الجينات الميكروبية، والتعديل الوراثي، ويتم إنتاج كائنات حية دقيقة لنقل الالكترونات أفضل واكتشاف تطبيقات جديدة.
حاليا، وبحجم الأجهزة متعددة الاستخدام محدود بسبب حقيقة أن نقل الإلكترون يحدث فقط في طبقة البكتيريا على الفور على اتصال مع الأقطاب. ولذلك في حين شهدت الأجهزة متعددة الاستخدام النجاح في كبير تجهيز الدفعات على نطاق ومجاري مياه الصرف الصحي، إمكاناتهم الحقيقية تمكن في الأجهزة الصغيرة العمل حسب السطح إلى نسبة الحجم مرتفع.
أيضا يوجد هناك معدل التدفق الأمثل من الكواشف لزيادة إنتاج التيار الكهربائي من خلال الوقود الميكروبية. والتقدم في على الموائع الدقيقية يسمح المهندسين لجعل أجهزة الخلايا الوقودية متزايدة التي تمكن الاستفادة من هذا السطح عالية لنسبة حجم.
'آلية عمل خلايا الوقود الميكروبية'
البكتيريا تحتاج للطاقة من أجل البقاء، كما هو الحال عند البشر يحتاجون للغذاء للبقاء على قيد الحياة.البكتيريا تحصل على الطاقة في عملية ذو خطوتين.الخطوة الأولى (الأكسدة) تتطلب إزالة الالكترونات من بعض مصادر المواد العضوية، الخطوة الثانية (الاختزال) إعطاء الالكترونات إلى شيء من شانها قبول هذه الالكترونات، والمسؤول عن ذلك ما يعرف بخلايا الوقود الميكروبية . التنفس الجرثومي واحد من أهم تفاعلات الأكسدة والاختزال التي يعقبها حركة الالكترونات .كلما كان لديك الكترونات متحركة.يوجد احتمال لتسخير القوة الدافعة الكهربائية لأداء عمل مفيد.تتكون خلايا الوقود الميكروبية من أنود والكاثود مفصولة بغشاء محدد موجب الشحنة.الميكروبات عند الأنود تعمل على أكسدة الوقود العضوي مولدة بروتونات تمر عبر الغشاء إلى الكاثود، والالكترونات التي تمر عبر الأنود إلى الدائرة الخارجية لتوليد التيار . فالخدعة هنا جمع الالكترونات الصادرة عن البكتيريا كنتيجة للتنفس.الوسيط .
هذا يؤدي إلى نوعين من خلايا الوقود الميكروبية : الوسيط والوسيط الأقل .
خلايا ناقلات الالكترونات ـ المحفز الميكروبي الحي.
خلايا الوقود الميكروبية المستخدمة في تسويق في صناعة الطاقة اليوم تستخدم نوع خاص من الكائنات الحية الدقيقة يسمى بكتيريا ناقلات الإلكترون هي البكتيريا النشطة الكتروكيميائي تعيش تحت الأرض تأكل السكر وتحول الطاقة الموجودة فيه إلى كهرباء. في حين تستخدم البكتيريا الهوائية الأكسجين كمستقبل نهائي للالكترونات والبكتيريا اللاهوائية تستخدم مركبات ذائبة أخرى، ناقلة الالكترونات هي فئة خاصة من البكتيريا التي يمكن أن تستخدم عامل مؤكسد قوي أو موصل الصلب كمستقبل الإلكترون النهائي .
أيضا بكتيرا ناقلة الالكترونات لديها إمكانات للعديد من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية المختلفة نظرا لقدرتها على نقل الإلكترونات خارج الخلية إلى مستقبلات الإلكترون غير قابلة للذوبان، مثل أكاسيد المعادن أو الأنودات من خلايا الوقود الميكروبية .و القليل جدا منها معزولة مباشرة من الأجهزة متعددة الاستخدام وجميع هذه الكائنات قد تم الحصول عليها من خلال التقنيات التي يحتمل أن تحد من تنوع البكتيريا.
'خلايا الوقود الميكروبية الانود'.
عندما تستهلك البكتيريا المواد العضوية مثل السكر تحت بيئة هوائية فان نواتج عملية التنفس الخلوي هي ثاني أكسيد الكربون والماء، ومع ذلك عندما توضع البكتيريا في بيئة فارغة من الأكسجين، فان التنفس الخلوي ينتج ثاني أكسيد الكربون وبروتونات والكترونات بدلا من ذلك . بالتالي فإنه من الضروري ان تكون البيئة لاهوائية في غرفة الانود من خلايا الوقود الميكروبية.
و كما ذكرنا سابقا عن أنواع خلايا الوقود الميكروبية الوسيط وغير الوسيط، سنطرق هنا إلى النوع الأول وهو الوسيط هنا في سلسلة نقل الإلكترون البكتيرية يأخذ وسيط غير عضوي مكان الأكسجين، ويعبر الوسيط من خلال الغشاء الخارجي للبكتيريا ويقبل الالكترونات التي عادة ما تكون مقبولة من الأكسجين أو المذيبات الأخرى . و بمجرد أن الوسيط قد "اختزل" يخرج من الخلية الممتلئة بالالكترونات ثم ينقل إلى الانود (القطب الموجب ) .
أما النوع الآخر من خلايا الوقود الميكروبية وهو غير الوسيط، تتواجد على سطع الانود ويستخدم إنزيم الأكسدة والاختزال لنقل الالكترونات مباشرة من خلال بروتين متخصص من على سطح الانود . آلية نقل الالكترونات قد تشمل موصل شعري واتصال مباشر من خلال المستعمرات البكتيرية , أو عبر أنزيمات يفرزها الوسيط ذهابا وإيابا .
http://aem.asm.org/content/74/10/3130.full
http://www.altenergy.org/renewables/what-are-microbial-fuel-cells.html
التركيب الكهربائي الميكروبي هو أحد أشكال التحفيز الكهربائي، والذي يتم فيه تزويد الكائنات الحية الدقيقة بالإلكترونات من خلال الكاثود في خلية كهروكيميائية، عن طريق تمرير التيار الكهربائي. ثم تستخدم الكائنات الحية الدقيقة الإلكترونات لاختزال ثنائي أكسيد الكربون حتى تساعد في إنتاج المنتجات الصناعية قريبة الصلة. ويتم إنتاج التيار الكهربائي بشكل مثالي باستخدام مصدر طاقة متجدد.
وهذه العملية هي المقابلة للعملية التي تتم في خلايا الوقود الميكروبية، والتي تحول فيها الكائنات الحية الدقيقة الإلكترونات من أكاسيد المركبات إلى آنود لتوليد التيار الكهربائي.
المقارنة مع خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية.
يرتبط التكوين الكهربائي الميكروبي بخلايا التحليل الكهربائي الميكروبية (MEC) ارتباطًا كبيرًا. فكلاهما يستخدم تفاعلات الكائنات الدقيقة الحية مع الكاثود لاختزال المركبات الكيميائية، ولكنهما يختلفان في مصدر الطاقة المستخدمة في هذه العملية. في التكوين الكهربائي
الميكروبي، يتم توفير الإلكترونات من خلال مصدر الطاقة الكهربائية الخارجي. أما في خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية (MECs)، يتم استخدام مصدر طاقة كهربائية لتعزيز الكمون الكهربائي الذي تنتجه الكائنات الحية الدقيقة باستهلاك أحد مصادر الطاقة الكيميائية مثل حمض الخليك. ويكون الكمون الكهربائي الناتج عن اجتماع مصدر الطاقة والكائنات الحية الدقيقة كافيًا، على سبيل المثال، لاختزال أيونات الهيدروجين إلى هيدروجين جزيئي.
يُمكن استخدام التكوين الكهربائي الميكروبي لإنتاج الوقود من ثنائي أكسيد الكربون باستخدام الطاقة الكهربائية المتولدة من محطات الطاقة التقليدية، أو مولدات الطاقة المتجددة. كما يمكن استخدام التكوين الكهربائي الميكروبي لإنتاج بعض المواد الكيميائية الخاصة، مثل طلائع العقاقير عن طريق التحليل الكهربائي بمساعدة الميكروبات.
يشير مصطلح الشبكة الميكروبية الغذائية إلى مجمل التفاعلات الغذائية التي تتم داخل الميكروبات في بيئات مائية. وتشمل هذه الميكروبات كلاً من الفيروسات والبكتيريا، والطحالب، والطلائعيات الغيرية (مثل الهدبيات والسوطيات).
وفي البيئات المائية، تبني الميكروبات أساس الشبكة الغذائية. وبشكل عام، تعد الكائنات ضوئية التكوين أحادية الخلية، مثل الدياتومات والزراقم، أكثر الكائنات الأساسية إنتاجًا في منطقة البحر المفتوح. فالكثير من هذه الخلايا، وخصوصًا الزراقم، تكون متناهية الصغر، فلا تستطيع صغار القشريات ويرقات العوائق الإمساك بها والتهامها. ولكن تستطيع الطلائعيات البلعمية أن تتغذى على تلك الخلايا، والتي تلتهم أيضا بواسطة الكائنات الأكبر حجمًا. تستطيع الفيروسات اختراق الخلايا البكتيرية المفتوحة (والمعروفة أيضًا باسم العوالق النباتية) (ولكن بشكلٍ أقل) و تصيبها بالعدوى. ولذلك، تعمل الفيروسات في الشبكة الغذائية الميكروبية على تقليل البكتيريا، وإنتاج الجسيمات والكربون العضوي الذائب (DOC) عن طريق حل الخلايا البكتيرية. ويمكن أيضًا إنتاج الكربون العضوي الذائب في البيئة من خلال خلايا الطحالب. ومن أسباب إنتاج العوائق النباتية للكربون العضوي الذائب ما يسمى "النمو غير المتوازن"، والذي يحدث عندما تكون المغذيات الأساسية (مثل النيتروجين والفسفور) محدودة. ولذلك، لا يستخدم الكربون الناتج عن عملية البناء الضوئي في بناء البروتينات (ونمو الخلية التالي)، ولكنه محدود بسبب نقص المغذيات اللازمة للجزيئات الضخمة. ثم تُطلَق نواتج البناء الضوئية الزائدة أو الكربون العضوي الذائب، أو يتم ترشيحها.
يشير مصطلح الحلقة الميكروبية إلى المسار الموجود في الشبكة الغذائية الميكروبية، والذي يعود فيه الكربون العضوي المُذاب إلى مستويات غذائية أعلى عن طريق الاندماج في الكتلة الحيوية البكتيرية.
كوينسي ديلايت جونز، الابن (ولد في 14مارس، 1933م) وهو منتج أسطوانات، وقائد أوركسترا، وموزع، ومؤلف موسيقى أفلام، ومنتج تلفزيوني، وبروجي أمريكي. يمتد مشواره الفني لخمسة عقود في مجال الترفيه تم ترشيحه فيها تسع وسبعون مرة لجائزة غرامي (Grammy Award)، 27 جائزة غرامي، بما في ذلك جائزة أسطورة غرامي في عام 1991م.
وفي عام 1968م، أصبح جونز وشريكه كاتب الأغاني بوب راسيل أول أمريكيان من أصل أفريقي يترشحا لجائزة الأوسكار لأفضل أغنية أصلية "عيون الحب" من الفيلم الذي أنتجته شركة يونيفرسال بيكتشار (Universal Pictures) "المنع" (Banning). وفي نفس العام، أصبح جونز أول أمريكي من أصل إفريقي يترشح لمرتين خلال العام الذي تم ترشيحه فيه لجائزة الأوسكار لأفضل موسيقى تصويرية (Best Original Score) لعمله في موسيقى الفيلم الذي تم إنتاجه عام 1967م "بدم بارد". وقد حظي جونز في عام 1971م بشرف أن يكون أول أمريكي من أصل إفريقي يصبح مايسترو حفل توزيع جوائز الأوسكار. كان جونز أول أمريكي من أصل إفريقي يفوز بجائزة الأكاديمي جين هيرشولت للإنسانية (Jean Hersholt Humanitarian Award)، في عام 1995م. وهناك ارتباط بينه وبين مصمم الصوت ويلي دي بورتون (Willie D. Burton) كأكثر الأمريكان الأفارقة الذين تم ترشيحهم لجوائز الاوسكار، فكلاهما تم ترشيحه سبعة مرات. وفي حفل توزيع جوائز بي إي تي (BET Awards) عام 2008م، تم تقديم جائزة الإنسانية (Humanitarian Award) لكوينسي جونز. قام لارنز تيت بعزف موسيقاه في فيلم السيرة الذاتية (biopic) الذي تم إنتاجه عام 2004م عن راي تشارلز، "راي".
فضلاً عن ذلك، كان جونز منتج ألبوم "Thriller"، لأيقونة موسيقى البوب الراحل مايكل جاكسون، والذي حقق مبيعات بلغت أكثر من 110 مليون نسخة في جميع أنحاء العالم، كما كان منتجًا وقائدًا للأوركسترا في الأغنية الخيرية "نحن العالم" والأغنية الدولية الخيرية "بكرا"