面向植入式医疗设备供电的微生物燃料电池中微生物间协同作用机理研究

持久、安全的电源是保障有源植入式医疗设备（IMD）长期正常运行的关键。针对目前电源供给技术存在明显缺陷的状况，申请人提出在大肠内构建以大肠中残留的纤维素为燃料的微生物燃料电池（MFC）为有源IMD供电的新思路，为此需首先开展基础研究工作。本研究拟采用稳定同位素探针和PCR-DGGE相结合的方法，确定人大肠纤维素产电菌系；采用有限稀释和系列稀释相结合的方法利用多种固、液体培养基分离纤维素产电菌系中各微生物并鉴定其形态生理特性；通过研究各种分离出的微生物的产电以及在纤维素降解过程中的功能并对它们进行分组，用不同微生物组合进行MFC实验，分析各种情况下MFC产电能力等，揭示在大肠环境条件下纤维素产电菌系协同产电作用的机理。该项研究将为在大肠内构建MFC提供科学依据，为构建大肠内稳定、高效的MFC建立理论基础，从而为解决有源IMD的电源问题开辟新的途径。

如何为植入式医疗设备（IMD）提供更加持久、高效、安全的电源是生物医学工程及相关领域研究的焦点问题之一。基于MFC的特点及大肠的特殊环境，构建以纤维素为唯一碳源，大肠内容微生物为接种源的双室MFC，开展面向IMD供电的MFC中微生物间协同作用的研究，弄清大肠内容微生物在MFC产电过程中的相关功能，为进一步构建大肠MFC的研究提供科学依据，为应用MFC技术解决IMD供电电源的持久性、高效性和安全性奠定基础。本研究采用分子生物学的方法，确定了大肠中参与纤维素产电过程的微生物；采用梯度稀释法，结合微生物的固、液培养法，分离鉴定纤维素产电过程中各种微生物；以纤维素产电过程中不同阶段微生物为种源，构建不同底物的三室MFC，通过分析MFC的产电能力，揭示了在大肠环境条件下纤维素产电菌系协同作用机理；此外，为了在大肠内构建更稳定、高效的MFC，本研究进行了MFC结构改进、不同内环境对MFC的影响、新构型设计的研究；同时利用蛋白质组学方法对参与产电过程的蛋白质进行了分析，为进一步提高MFC的产电效率奠定了基础。本研究为在大肠内构建MFC提供了科学依据，为构建大肠内稳定、高效的MFC建立理论基础，为解决有源IMD的电源问题开辟新的途径。