Nghiên cứu hệ vi khuẩn anode trong quá trình phát triển thiết bị cảm biến pin nhiên liệu vi sinh vật phát hiện sắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT






NGUYỄN THỊ THU THỦY






NGHIÊN CỨU HỆ VI KHUẨN ANODE TRONG
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ CẢM BIẾN PIN
NHIÊN LIỆU VI SINH VẬT PHÁT HIỆN SẮT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC







HÀ NỘI - 2013



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT





NGUYỄN THỊ THU THỦY






NGHIÊN CỨU HỆ VI KHUẨN ANODE TRONG

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ CẢM BIẾN PIN
NHIÊN LIỆU VI SINH VẬT PHÁT HIỆN SẮT



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


Chuyên ngành: Vi sinh vật học
Mã số: 62420103


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. PHẠM THẾ HẢI


HÀ NỘI - 2013



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trƣớc tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới TS. Phạm Thế Hải - Giảng viên Khoa Sinh học, Trƣờng Đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã định hƣớng nghiên cứu, trực tiếp
hƣớng dẫn và chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Bộ môn Vi sinh

vật - Khoa Sinh học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi về máy móc, trang thiết bị và cơ sở vật chất trong quá trình
nghiên cứu.
Tôi cũng mong muốn đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Đinh Thúy
Hằng và TS. Nguyễn Kim Nữ Thảo, Viện Vi sinh vật & CNSH, Đại học Quốc
gia Hà Nội về những tƣ vấn, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu.
Qua đây, tôi xin bày tỏ sự biết ơn đối với các Giáo sƣ, Phó giáo sƣ, Tiến sĩ
của Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đã trực tiếp giảng dạy trong
suốt quá trình tôi đƣợc học tập tại Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên,
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Luận văn đƣợc thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài Hợp tác nghiên
cứu giữa Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên với Viện Khoa học Công nghệ
Hàn Quốc (KIST), và đề tài thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ
Quốc gia - Nafosted, mã số 103.06-2012.06.
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
Học viên

Nguyễn Thị Thu Thủy



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Pin nhiên liệu vi sinh vật (Microbial fuel cell - MFC) 3
1.1.1 Lịch sử phát triển của MFC 3
1.1.2. Cấu tạo của MFC 4
1.1.3. Nguyên lý hoạt động của MFC 5
1.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động của MFC 6
1.1.5. Ứng dụng của MFC 7
1.2. Vi khuẩn oxi hoá sắt 10
1.2.1 Đặc điểm vi khuẩn oxi hóa sắt 10
1.2.2 Phân bố của vi khuẩn oxi hóa sắt 11
1.2.3 Phân loại vi khuẩn oxi hóa sắt 11
1.3 Ảnh hƣởng của sự thừa sắt đến con ngƣời 15
1.5 Khả năng ứng dụng MFC làm thiết bị cảm biến phát hiện sắt 17
1.6 Ý nghĩa của việc nghiên cứu tính đa dạng và và sự biến đổi của quần xã vi
sinh vật ở anode của một MFC 18
1.7 Các phƣơng pháp sử dụng trong nghiên cứu hệ vi sinh vật 19
1.7.1 Phƣơng pháp phân lập vi sinh truyền thống 19
1.7.2 Phƣơng pháp Sinh học phân tử 21
CHƢƠNG 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 232
2.1 Mục tiêu của đề tài 232
2.2 Nội dung của đề tài 232
2.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 232
2.3.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ 24



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 25
2.4.1 Thiết kế, xây dựng và vận hành MFC 25
2.4.2 Làm giàu vi khuẩn ôxi hóa sắt trong các MFC 28
2.4.3 Phân lập, nuôi cấy vi khuẩn theo phƣơng pháp truyền thống 29
2.4.4 Phƣơng pháp nhuộm Gram và quan sát hiển vi 30
2.4.5 Tách ADN tổng số từ mẫu bùn, mẫu dịch anode và chủng đơn 30
2.4.6 Phƣơng pháp điện di gel biến tính (DGGE) 32
2.4.7 Giải và phân tích trình tự gen 16S rARN 34
2.4.8 Phƣơng pháp lai huỳnh quang (FISH) 35
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38
3.1 Sự sản sinh dòng điện ở các MFC - dấu hiệu của sự làm giàu thành công vi
khuẩn oxi hóa sắt 38
3.2 Khả năng cảm biến sắt (II) của MFC 39
3.3 Nuôi cấy và phân lập vi khuẩn trong các MFC 40
3.4 Nghiên cứu động thái quần xã vi khuẩn trong các MFC bằng phƣơng pháp
DGGE 45
3.5 Lai huỳnh quang tại chỗ (FISH) 51
THẢO LUẬN CHUNG 52
KẾT LUẬN 56
HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
PHỤ LỤC





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo của một MFC 5
Hình 2. Nguyên lý hoạt động của một MFC 6
Hình 3:Nguyên lý của một MFC dùng để khử muối trong nƣớc 8
Hình 4: MFC tích hợp vào lòng sông . 10
Hình 5: Cây phát sinh loài của vi khuẩn oxi hóa sắt 14
Hình 6: Nƣớc bị ô nhiễm bởi kim loại và chất thải 15
Hình 7: Pin nhiên liệu vi sinh vật thiết kế theo mô hình NCBE 26
Hình 8: Đồ thị thể hiện sự phát sinh dòng điện bởi các MFC trong giai đoạn
làm giàu vi khuẩn điện hóa sử dụng Fe(II) làm nguồn cho điện tử. 38
Hình9: Quan hệ giữa cƣờng độ dòng điện với nồng độ Fe(II) trong dịch anode
của MFC2 và MFC3 39
Hình 10: Khuẩn lạc và tế bào các chủng phân lập từ MFC1. 41
Hình 11: Khuẩn lạc và tế bào các chủng phân lập từ MFC2. . 42
Hình 12: Khuẩn lạc và tế bào các chủng phân lập từ MFC3. 43
Hình 13: Thống kê tỷ lệ các chủng vi khuẩn phân lập đƣợc từ anode của mỗi
MFC trong nghiên cứu. 44
Hình 14: Kết quả PCR khuếch đại đoạn 16S rADN với cặp mồi p61F &
p1378R từ sản phẩm tách ADN tổng số. 46
Hình 15: Kết quả PCR khuếch đại đoạn 16SrADN dùng cho phân tích DGGE
bằng cặp mồi (p338F & p518R). 47
Hình 16: So sánh kết quả điện di DGGE phân tích quần xã anode của MFC1
và MFC2. 47
Hình 17: So sánh kết quả điện di DGGE phân tích quần xã anode của MFC1
và MFC3. 49
Hình 18: So sánh kết quả điện di DGGE phân tích quần xã anode của MFC2
và MFC3. 50

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 19: Kết quả phân tích vi khuẩn oxi hóa sắt trong thiết bị bằng kỹ thuật
FISH. . 51

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Môi trƣờng M9 cải tiến cho khoang anode 26
Bảng 2: Hỗn hợp vi lƣợng 27
Bảng 3: Dung dịch đệm cho khoang cathode 27
Bảng 4: Môi trƣờng Winograsky 29
Bảng 5: Thành phần phản ứng và chu kỳ nhiệt của PCR cho DGGE 32
Bảng 6: Thành phần dung dịch chất biến tính 0% và 60% 33
Bảng 7: Thành phần “Working solutions” 33

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỞ ĐẦU
Ở hầu hết các vùng nông thôn Việt Nam, vì không có điều kiện sử dụng
nƣớc sạch (nƣớc đã qua xử lý), sinh hoạt hàng ngày của ngƣời dân phải
dựa vào các nguồn nƣớc ngầm nhƣ nƣớc giếng, ao, hồ mà phần nhiều bị ô
nhiễm bởi các kim loại nhƣ sắt, mangan, chì, arsen, Ngoài ra, ở các khu
đô thị và khu công nghiệp, việc xả thải bừa bãi không qua xử lý của các
nhà máy, xí nghiệp hay cơ sở sản xuất nhỏ cũng gây ra ô nhiễm kim loại
cho khu vực lân cận [26].
Theo một nghiên cứu gần đây, hàm lƣợng các kim loại có hại nhƣ sắt,
mangan và arsen trong nhiều nguồn nƣớc ngầm ở miền Bắc Việt Nam đã cao

ở mức báo động [31]. Ô nhiễm nƣớc bởi kim loại có tác động tiêu cực tới môi
trƣờng sống của sinh vật và con ngƣời. Qua việc tiếp xúc thƣờng xuyên với
các nguồn nƣớc ô nhiễm này, các kim loại sẽ thâm nhập vào cơ thể ngƣời dẫn
đến nhiều hậu quả bệnh lý, đặc biệt là đối với hệ thần kinh [32].
Để hạn chế và ngăn chặn tác hại của sự ô nhiễm kim loại, cần phải tăng
cƣờng các biện pháp phân tích, phát hiện kim loại và xử lý nƣớc. Các phân
tích để phát hiện các kim loại đỏi hỏi phải đƣợc thực hiện trong phòng thí
nghiệm và khá mất thời gian. Vì vậy, một thiết bị cảm biến sinh học, có thể
dùng nhiều lần với quy trình đơn giản và có thể phát hiện tại chỗ sự có mặt
của kim loại trong nƣớc ngầm sẽ có ý nghĩa rất lớn, giúp ngƣời dân nông thôn
đánh giá nguồn nƣớc ngầm họ đang sử dụng, góp phần cải thiện cuộc sống.
Pin nhiên liệu vi sinh vật, một dạng hệ thống sinh điện hóa đƣợc phát triển
gần đây, thể hiện nhiều tiềm năng sử dụng nhƣ một cảm biến sinh học đáp
ứng các yêu cầu trên.
Hiện nay chƣa có nghiên cứu nào sử dụng pin nhiên liệu vi sinh vật để
làm cảm biến phát hiện kim loại. Dựa trên nguyên lý vận hành của thiết bị là
hóa năng trong cơ chất đƣợc chuyển hóa thành dòng điện tỷ lệ thuận và dựa
trên tính đặc hiệu cơ chất của quần xã vi sinh vật đƣợc làm giàu, chúng tôi đã

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


tiến hành làm giàu các vi khuẩn oxi hóa sắt trong MFC để phát triển cảm biến
sinh học nhằm phát hiện sắt - một loại kim loại ô nhiễm phổ biến trong nƣớc
ngầm. Việc tìm hiểu về sự biến đổi của hệ vi sinh vật anode của MFC trong
quá trình làm giàu này và về quan hệ giữa thành phần vi sinh vật với hoạt
động của thiết bị là rất quan trọng để có thể phát triển thành công thiết bị nhƣ
một cảm biến sinh học. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu hệ vi khuẩn anode trong quá trình phát triển thiết bị cảm biến pin
nhiên liệu vi sinh vật phát hiện sắt” .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


CHƢƠNG I
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Pin nhiên liệu vi sinh vật (Microbial fuel cell - MFC)
1.1.1 Lịch sử phát triển của MFC
Ý tƣởng sử dụng các tế bào vi sinh vật để sản xuất điện lần đầu tiên đƣợc
hình thành vào đầu thế kỷ XX. Năm 1911, MC. Potter - một Giáo sƣ Thực
vật học tại Đại học Durham là ngƣời đầu tiên thực hiện những nghiên cứu liên
quan đến lĩnh vực này [29]. Trong các nghiên cứu của ông về phƣơng thức
mà vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ, ông đã phát hiện ra rằng năng
lƣợng điện cũng đƣợc sản sinh cùng quá trình đó. Potter đã có ý tƣởng thu lại
nguồn năng lƣợng mới này cho mục đích sử dụng của con ngƣời. Ông đã có
thể xây dựng một pin nhiên liệu vi sinh vật nguyên thủy, nhƣng do chƣa có
những hiểu biết đầy đủ về sự trao đổi chất của vi khuẩn mà việc thiết kế này
không đƣợc cải thiện [33].
Năm 1931, Barnet Cohen đã thu hút sự chú ý hơn khi ông tạo ra một số
những pin nhiên liệu bán vi sinh vật mà khi mắc nối tiếp với nhau chúng có
khả năng sản sinh trên 35 vol mặc dù chỉ với dòng điện 2 miliampe [38] .
Tiếp theo đó, những nghiên cứu về MFC phát triển hơn khi DelDuca và
cộng sự đã sử dụng hydro đƣợc tạo ra bởi quá trình lên men đƣờng của
Clostridium butyricum nhƣ các chất phản ứng ở cực dƣơng của một pin nhiên
liệu hydro và không khí. Mặc dù pin này có chức năng là sản sinh hydro
nhƣng lại không đáng tin cậy do tính chất không ổn định của việc sản sinh
hydro bởi vi sinh vật. Vấn đề này sau đó đã đƣợc Suzuki và cộng sự giải
quyết [33].

Trên thực tế, việc cải thiện thiết kế MFC rất ít đƣợc nghiên cứu cho đến
những năm 1980, MJ Allen và H. Peter Bennetto ở trƣờng Đại học Kings -
London nƣớc Anh đã thực hiện một cuộc cách mạng thiết kế pin nhiên liệu vi
sinh vật đầu tiên.Với mong muốn cung cấp nguồn năng lƣợng giá rẻ và đáng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


tin cậy cho các nƣớc đang phát triển (the Third Wold Countries), Allen và
Bennetto đã kết hợp những tiến bộ trong sự hiểu biết về chuỗi vận chuyển
điện tử và tiến bộ đáng kể trong công nghệ để tạo ra thiết kế cơ bản mà vẫn
đƣợc sử dụng trong MFC ngày nay [33]. Tuy nhiên việc sử dụng MFCs ở các
nƣớc này vẫn còn ở giai đoạn thí điểm do tính phức tạp trong việc làm đơn
giản hóa thiết kế đủ để triển khai ở các vùng nông thôn.
Một câu hỏi lớn đối với các nhà nghiên cứu về MFC là làm thế nào để
các điện tử từ chuỗi vận chuyển điện tử trong tế bào vi sinh vật đến đƣợc cực
âm (Anode). Trong các hệ MFC của Allen và Bennetto, các chất truyền điện
tử trung gian cần đƣợc bổ sung vào anode và vì vậy, giả thuyết đặt ra là các vi
sinh vật chỉ gián tiếp truyền điện tử đến các điện cực. Tuy nhiên, trong khi
nghiên cứu về vấn đề này, những năm 1990, BH. Kim - một nhà nghiên cứu
của Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc đã phát hiện ra rằng một số loài
vi khuẩn hoạt động điện hóa không cần sử dụng chất trung gian để vận
chuyển điện tử đến các điện cực [29]. Nhƣ vậy, một loại MFC mới đƣợc ra
đời mà không cần sử dụng đến các chất trung gian tốn kém và đôi khi độc hại.
Năm 2004, Logan và cộng sự đã phát hiện ra phƣơng thức sản xuất điện
liên tục từ nƣớc thải sinh hoạt và các chất hữu cơ từ biofilm của MFC [15].
Hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu để tối ƣu hóa vật liệu cho
điện cực, các loại vi khuẩn hoạt điện, sự phối kết hợp giữa chúng, và sự vận
chuyển điện tử trong một MFC. Mặc dù ý tƣởng về khai thác năng lƣợng sản
xuất bởi vi khuẩn đã đƣợc khoảng gần 100 năm [33], các nhà nghiên cứu vẫn

đang trong quá trình tìm hiểu về MFC để làm thế nào phát huy tiềm năng thực
sự của nó.
1.1.2. Cấu tạo của MFC
Pin nhiên liệu vi sinh vật thuộc nhóm các hệ thống sinh điện hóa
(Bioelectrochemical systems - BESs), là các hệ thống trong đó vi sinh vật xúc
tác cho các phản ứng điện hóa thông qua tƣơng tác của chúng với các điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


cực [28]. Cấu tạo của một pin nhiên liệu vi sinh vật điển hình đƣợc chia làm
hai phần (hay hai khoang):
- Khoang Anode: là khoang,thƣờng kỵ khí, chứa toàn bộ sinh khối vi
khuẩn của MFC, một điện cực âm và dung dịch đệm chứa các thành phần hữu
cơ, vô cơ đặc trƣng cho mỗi loại MFC.
- Khoang Cathode: là khoang hiếu khí, chứa điện cực dƣơng, dung dịch
đệm và đƣợc sục khí chứa oxi hòa tan liên tục trong quá trình hoạt động.
Hai khoang này đƣợc ngăn cách với nhau bởi màng bán thấm [56] - một màng
chọn lọc đặc biệt, màng này chỉ cho phép ion H
+
đi qua mà ngăn không cho
điện tử và ion âm đi qua. Hai điện cực của hai khoang đƣợc nối với nhau bởi
dây dẫn có điện trở để tạo thành một mạch điện kín (Hình 1).

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo của một MFC (Mercer, 2007)
Ghi chú:Organic matter + water: Chất hữu cơ và nƣớc; Anaerobic
chamber: Khoang kỵ khí; Aerobic chamber: Khoang hiếu khí; Bacteria: Vi
khuẩn; Anode: Cực âm;Cathode: Cực dƣơng; Semi-permeable membrane:
Màng bán thấm
1.1.3. Nguyên lý hoạt động của MFC

Trong một pin nhiêu liệu vi sinh vật, ở cực âm (Anode), nhờ hoạt động

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


trao đổi chất của các vi sinh vật hoạt điện đƣợc làm giàu, các cơ chất đƣợc ôxi
hóa và điện tử sinh ra đƣợc truyền cho điện cực. Điện tử sau đó di chuyển
theo chênh lệch thế oxi hóa khử qua một mạch ngoài từ cực âm sang cực
dƣơng (Cathode) và đƣợc tiếp nhận bởi chất nhận điện tử cuối cùng, thƣờng
là ôxi.
Trong trƣờng hợp chất nhận điện tử cuối cùng là ô-xi, ion H
+
sinh ra sẽ
chuyển qua màng bán thấm sang khoang cathode, kết hợp với oxi hòa tan tạo
thành nƣớc. Vậy sản phẩm cuối cùng trong khoang cathode là nƣớc. (Hình 2).

Hình 2. Nguyên lý hoạt động của một MFC (Rabaey & Verstraete 2005)
Ghi chú: Bacterium: vi khuẩn; Anode: cực âm; Cathode: cực dƣơng;
MED: chất truyền điện tử trung gian; e-: điện tử
Nhƣ vậy, trong một pin nhiêu liệu vi sinh vật, hóa năng trong các liên kết
hóa học trong cơ chất đƣợc chuyển hóa thành điện năng nhờ hoạt động của vi
sinh vật [44].
1.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động của MFC
Có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả hoạt động của một MFC. Sự
sản sinh dòng điện phụ thuộc và các yếu tố nhƣ: pH của khoang anode, điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


trở đƣợc sử dụng, nồng độ oxy hòa tan trong khoang cathode [58], hệ vi sinh

vật hoạt động bên anode [16] Ví dụ nhƣ, sự có mặt hay không của một
màng sinh học (biofilm) trong MFC có thể ảnh hƣởng khá nhiều đến hoạt
động sinh điện của nó vì màng sinh học có thể tăng tính hoạt điện của hệ vi
sinh vật khoang anode [16], hay vật liệu trong khoang anode là giấy cacbon
và vải graphite có tác dụng khác nhau trên anode. Ngoài ra, dung dịch đệm và
các vật liệu ở cực dƣơng cũng ảnh hƣởng đến sự sản xuất điện [17].
1.1.5. Ứng dụng của MFC
Với những đặc tính độc đáo của nó, công nghệ MFC có thể đƣợc ứng
dụng trong tái tạo năng lƣợng từ phế thải và sinh khối [45,46], xử lý các chất
phế thải đặc biệt bằng các phản ứng ôxi hóa khử, sản xuất hydro, khử muối và
phát triển các cảm biến sinh học. Nhiều ứng dụng mớiđang bắt đầuđƣợc thử
nghiệm vàcó thểđi vàosử dụng rộng rãitrongtƣơng lai gần:
Xử lý nước thải và tái tạo năng lượng: Nƣớc thải có thể đƣợc đƣa vào
một MFC và trong đó, các hợp chất hữu cơ chứa trong nƣớc thải đƣợc phân
hủy. Nghiên cứu cho thấy rằng, các MFC có thể làm giảm tới 80% các hợp
chất hữu cơ trong nƣớc thải [3]. Điện đƣợc tao ra bằng MFC có thể bù đắp
cho chi phí xử lý nƣớc thải [4]. Nƣớc thải của các nhà máy bia và các nhà
máy sản xuất thực phẩm có lẽ là hợp lý nhất để đƣợc xử lý bằng MFC vì
những loại nƣớc thải này rất giàu các hợp chất hữu cơ làm nguồn cơ chất cho
các vi sinh vật. Đặc biệt, nƣớc thải của nhà máy bia là rất lý tƣởng cho việc
xử lý bằng MFC bởi thành phần nƣớc thải, lƣu lƣợng nƣớc thải luôn giống
nhau; sự liên tục đó tạo điều kiện cho vi khuẩn thích nghi và hoạt động hiệu
quả hơn[33].
Hiện nay, Foster - một công ty bia của Úc đã bắt đầu thử nghiệm sử
dụng MFC để xử lý nƣớc thải đồng thời tạo ra nƣớc sạch và điện [2].
Khử muối: Khử muối hòa tan trong nƣớc biển và nƣớc lợ để tạo ra
nguồn nƣớc sạch sử dụng cho sinh hoạt của con ngƣời là vấn đề toàn cầu và
đƣợc các tổ chức khoa học thế giới bàn bạc rất nhiều, bởi việc này yêu cầu tốn
kém một nguồn năng lƣợng khá lớn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Bằng cách sử dụng hệ thống MFC thích hợp, quá trình khử muối này có
thể thực hiện mà không cần đến năng lƣợng điện bên ngoài [5]. Cụ thể là, một
khoang thứ ba đƣợc thiết kế thêm vào giữa hai khoang anode và cathode của
MFC tiêu chuẩn. Nƣớc biển cần khử muối sẽ đƣợc đổ vào khoang thứ ba này,
điện cực dƣơng và điện cực âm của MFC sẽ hút các ion muối (ion âm Cl
-
và
ion dƣơng Na
+
) thông qua màng lọc bán thấm để giữ lại các ion này (Hình 3).
Hiệu quả loại bỏ muối tới 90% đã đƣợc thực hiện và ghi lại ở quy mô phòng thí
nghiệm [5].

Hình 3:Nguyên lý của một MFC dùng để khử muối trong nƣớc
(JHU Global Water Program, 2009) Ghi chú: Organic matter + water: Chất hữu cơ
và nƣớc; Anaerobic chamber: Khoang kỵ khí; Aerobic chamber: Khoang hiếu
khí; Bacteria: Vi khuẩn; Anode: Cực âm; Cathode: Cực dƣơng; Semi-permeable
membrane: Màng bán thấm; Salt water: Nƣớc muối; pure water: Nƣớc sạch.
Sản xuất hydro: Các MFC có thể đƣợc dùng để tạo ra khí hydro để sử
dụng nhƣ một nguồn nhiên liệu thay thế. Trong trƣờng hợp này, MFC cần
đƣợc hỗ trợ bằng một nguồn điện bên ngoài để có thể đủ năng lƣợng cần thiết
cho chuyển đổi tất cả các vật liệu hữu cơ thành khí cacbon dioxide và khí
hydro [2]. MFC tiêu chuẩn đƣợc thay đổi để sản xuất hydro bằng cách giữ cho
cả hai khoang anode, cathode đều kỵ khí và cấp cho MFC một nguồn điện
0,25 volt [6]. Các bóng khí hydro tạo ra ở cực âm đƣợc thu lại và sử dụng nhƣ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

một nguồn nhiên liệu [7].
Phƣơng pháp này đƣợc ghi nhận là sản xuất hydro rất hiệu quả bởi vì
trên 90% các proton và electron đƣợc tạo ra đều đƣợc chuyển thành khí
hydro. Sản xuất hydro truyền thống đòi hỏi một nguồn năng lƣợng cao gấp 10
lần so với sản xuất bằng MFC, hơn nữa việc sử dụng MFC rất thân thiện với
môi trƣờng. Tuy vậy, việc tinh sạch khí hydro sinh ra vẫn còn là một vấn đề
kỹ thuật còn tồntại [8].
Cảm biến từ xa: Các MFC có thể đƣợc sử dụng nhƣ những bộ cảm biến
công suất thấp thu thập dữ liệu từ các vùng sâu vùng xa. Ví dụ, các nhà khoa
học đã thay thế một nhiệt kế không dây trên sông Palouse ở Washington bằng
một MFC. MFC này đƣợc tích hợp vào lòng sông (Hình 4) [33].
Một MFC đơn giản gồm một cực cathode nối với một cực anode bằng
một sợi dây kim loại qua một cảm biến, đặt cực anode trong các trầm tích kỵ
khí dƣới lòng sông hoặc đại dƣơng, cực cathode đặt ở phần hiếu khí phía trên
của trầm tích [33]. Vi khuẩn kỵ khí trong trầm tích sẽ phát triển tự nhiên sản
sinh ra một dòng điện nhỏ có thể đƣợc tích lũy trong một tụ điện để cảm biến
sử dụng bất cứ khi nào nó cần.
Ƣu điểm lớn của việc sử dụng MFC hơn một pin truyền thống là vi
khuẩn tự tái sinh qua các thế hệ tế bào nên MFC có tuổi thọ rất cao so với pin
truyền thống [2]. Do đó, cảm biến có thể đặt trong một khu vực hẻo lánh
trong nhiều năm mà không cần bảo trì.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 4: MFC tích hợp vào lòng sông (Microbe, January 2006).
Chú giải: Aerobic water: nƣớc hiếu khí; Anaerobic water: Nƣớc kị khí;

Cathode:Cực dƣơng; Anode: Cực âm; Bacteria: Vi khuẩn; Wire: Dây dẫn;
Remote sensor: Cảm ứng từ xa; Capacitor: Tụ điện.
Cảm biến sinh học đo chỉ số BOD (BODsensor):Đề xuất sử dụng pin
nhiên liệu vi sinh vật nhƣ một thiết bị cảm biến sinh học đƣợc đƣa ra lần đầu
tiên bởi Kim và cộng sự [57]. Với nguyên lý hóa năng trong các cơ chất có
thể đƣợc chuyển hóa thành điện năng nhờ hoạt tính của các vi sinh vật trong
cực âm của thiết bị, dòng điện tạo ra bởi thiết bị tƣơng đối tỷ lệ thuận với
nồng độ cơ chất. Trong trƣờng hợp cơ chất là các chất hữu cơ trong nƣớc thải,
nồng độ cơ chất đƣợc thể hiện bằng chỉ số BOD, bởi vậy MFC đã đƣợc
nghiên cứu và thử nghiệm nhƣ cảm biến sinh học đo chỉ số BOD để đánh giá
hàm lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc thải ở Hàn Quốc từ năm 1999 [57].
Cảm biến sinh học phát hiện chất độc (Toxicsensor): Trong một thiết
bị cảm biến sinh học đƣợc thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của pin nhiên
liệu vi sinh vật, hệ vi sinh vật sinh trƣởng và phát triển trong khoang anode của
MFC, xúc tác cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ và điện tử đƣợc sinh ra ở
anode. Khi trong thành phần mẫu nƣớc cần phân tích có chứa các chất độc hại,
sẽ gây ảnh hƣởng trực tiếp đến trao đổi chất của vi khuẩn hoạt điện, có thể gây
ức chế hoặc gây chết đến tế bào. Những ảnh hƣởng này sẽ đƣợc thể hiện qua
tín hiệu điện. Bằng cách này, MFC có thể đƣợc sử dụng để phát hiện chất độc
trong nƣớc, là căn cứ cho việc xây dựng một hệ thống cảnh báo sớm [56].
1.2. Vi khuẩn oxi hoá sắt
1.2.1 Đặc điểm vi khuẩn oxi hóa sắt
Vi khuẩn sắt hay vi khuẩn oxi hóa sắt (iron bacteria) nằm trong số
những sinh vật nhân sơ đầu tiên đƣợc quan sát và ghi lại bởi các nhà vi sinh
vật học tiên phong, nhƣ Ehrenberg và Winogradsky vào thế kỷ 19, và vẫn
đƣợc tiếp tục nghiên cứu cho đến ngày nay.
Vi khuẩn oxi hóa sắt là nhóm vi khuẩn sử dụng quá trình oxi hóa các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ion sắt (II) hoặc mangan số oxi hóa thấp trong môi trƣờng nhƣ một phần thiết
yếu trong chức năng trao đổi chất của chúng [34].
Vi khuẩn oxi hóa sắt thƣờng có oxit sắt bao quanh tế bào, chúng đƣợc
xem là nhân tố sinh học xúc tác cho quá trình oxi hóasắt (II) (Fe
2+
, ferrous
iron) thành sắt (III) (Fe
3+
, ferric iron) thông qua việc sản sinh ra enzyme xúc
tác cho phản ứng oxi hóa Fe
2+
thành Fe
3+
hoặc tƣơng tự với Mn số oxi hóa
thấp thành Mn số oxi hóa cao theo phản ứng [35]:
Fe
2+
+ H
+
+ 1/4O
2
→ Fe
3+
+ 1/2H
2
O
Fe
3+
sau đó phản ứng với nƣớc để hình thành nên một hidroxit sắt không

hòa tan theo phản ứng:
Fe
3+
+ 3H
2
O → Fe(OH)
3
+ 3H
+

Do có sự hình thành các hidroxit sắt không tan trên bề mặt tế bào mà ta
thƣờng thấy các khối vi khuẩn oxi hóa sắt có màu nâu đỏ khá đặc trƣng của Fe
3+
.
1.2.2 Phân bố của vi khuẩn oxi hóa sắt
Sắt chiếm khoảng 5% trong thành phần các nguyên tố hóa học của vỏ
trái đất. Khi nƣớc ngầm chảy qua đất, đá có chứa sắt, nƣớc sẽ mang theo các
ion sắt này trên đƣờng đi, sắt này chính là nguồn điện tử cho vi khuẩn oxi hóa
sắt. Vì vậy, vi khuẩn sắt có ở hầu hết mọi nơi trên trái đất [35]. Nơi đâu có
nƣớc, oxi và sắt đều là nơi có tiềm năng cho vi khuẩn oxi hóa sắt phát triển,
mỗi loài vi khuẩn oxi hóa sắt có môi trƣờng sống đặc trƣng riêng.
1.2.3 Phân loại vi khuẩn oxi hóa sắt
Đa số vi khuẩn oxi hóa sắt đƣợc xác định thuộc nhóm
Proteobacteria.Proteobacteria là một nhóm lớn của vi khuẩn. Năm 1987, Carl
Woese đề xuất nhóm này, gọi đó là “purple bacteria and their relatives” (vi
khuẩn tía và họ hàng của chúng). Proteobacteria đƣợc chia thành 6 lớp, đƣợc
gọi bởi các chữ cái Hy Lạp: alpha-, beta-, gama-, delta-, elpsilon-, zeta- dựa
trên trình tự rRNA, đa số vi khuẩn oxi hóa sắt thuộc lớp Betaproteobacteria
[33].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Dựa theo đặc điểm về sinh lý có thể chia vi khuẩn oxi hóa sắt thành bốn
nhóm chính [36]:
- Nhóm ưa axit, ôxi hóa sắt hiếu khí: Là nhóm đƣợc nghiên cứu đầu tiên
kể từ khi phát hiện ra vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans vào cuối những năm
1940 [48]. Vi khuẩn oxi hóa sắt thuộc nhóm này sinh trƣởng trong môi trƣờng
có độ pH thấp khoảng 1 - 3. Đa số thuộc lớp Gammaproteobacteria. Chúng có
tầm quan trọng trong Công nghệ sinh học và xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Một
số vi khuẩn thuộc nhóm này đƣợc dùng để ôxi hóa và kết tủa sắt từ nƣớc
ngầm bị ô nhiễm ở nhà máy thí điểm xử lý nƣớc (chủ yếu là Ferrovum
myxofaciens), một số đƣợc sử dụng trong Biomining [49].
- Nhóm phát triển trong môi trường pH trung tính, ôxi hóa sắt hiếu khí:
Nhóm này cũng bao gồm một trong các vi khuẩn đầu tiên đƣợc mô
tả (Gallionella), nhƣng chúng mới chỉ đƣợc phân lập và nghiên cứu gần đây.
Môi trƣờng sống thƣờng ở nƣớc biển pH 8.3 - 8.4, hay ở nƣớc ngọt chúng
đƣợc phân lập từ các thảm sắt trong khu vực tàu ngầm. Nhóm này đa số thuộc
lớp Betaproteobacteria. Loài đặc trƣng cho nhóm này là Gallionella
ferruginea (lần đầu tiên đƣợc mô tả bởi Ehrenberg năm 1838) [50]. Tính ứng
dụng của nhóm vi khuẩn này không cao vì môi trƣờng sống của chúng thƣờng
là trong trầm tích và nƣớc ngầm. Một vài chủng vi khuẩn phân lập từ một núi
lửa dƣới biển cũng có thể xúc tác quá trình oxy hóa sắt kim loại màu theo
điều kiện vi hiếu khí, và do đó đóng góp vào sự hình thành của các thảm sắt
dƣới các đại dƣơng sâu [51].
Trong nhóm này không thể không kể đến Pseudomonas sp. Năm 2009,
Sudek và cộng sự đã báo cáo rằng Pseudomonas/Pseudoalteromonas cũng có
thể xúc tác cho quá trình oxy hóa sắt II trong điều kiện vi hiếu khí [47].
- Nhóm phát triển trong môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt kị khí
(phụ thuộc nitrat): Nhóm vi khuẩn này đƣợc tìm thấy trong trầm tích kỵ khí.

Kiểu dinh dƣỡng tự dƣỡng hoặc dị dƣỡng. Loài đặc trƣng cho nhóm này là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Thiobacillus denitrificans - là một betaproteobacterium tự dƣỡng nghiêm
ngặt, oxy hóa FeS với sự có mặt của nitrat.
- Nhóm quang oxy hóa sắt kỵ khí: Là nhóm vi khuẩn có thể oxy hóa sắt
kim loại màu trong môi trƣờng kỵ khí, đƣợc phân lập từ nhiều môi trƣờng
nƣớc ngọt và nƣớc biển. Hầu hết các vi khuẩn quang oxy hóa sắt thuộc lớp
Alphaproteobacteria. Nhóm vi khuẩn này sử dụng Fe
2+
để khử CO
2
. Do có thể
oxy hóa sắt trong điều kiện kỵ khí nên vi khuẩn quang oxy hóa sắt đƣợc coi là
nhóm vi khuẩn góp phần vào sự hình thành các lớp trầm tích trong lòng đất
trƣớc kỷ Cambri khi các hành tinh vẫn chƣa có oxy.
Các nhóm vi khuẩn oxi hóa sắt có mối quan hệ nhất định với nhau, thể hiện
qua cây phát sinh loài (Hình 5) [36].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Hình 5: Cây phát sinh loài của vi khuẩn oxi hóasắt(Sabrina Hedrich, 2011)
Ghi chú: Màu đỏ: Nhóm ƣa axit,hiếu khí; Màu xanh lá cây: Nhóm trung tính, hiếu khí;
Màu đen: Nhóm phụ thuộc nitrat; Màu xanh dƣơng: Nhóm quang oxi hóa, kỵ khí.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


1.3 Ảnh hƣởng của sự thừa sắt đến con ngƣời
Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trƣờng
hợp, các kim loại, trong đó có sắt, khi đã phóng thích vào môi trƣờng thì sẽ
tồn tại lâu dài. Quá trình này bắt đầu với những nồng độ rất thấp của các kim
loại tồn tại trong nƣớc hoặc cặn lắng, rồi sau đó đƣợc tích tụ nhanh trong các
động vật và thực vật sống trong nƣớc. Tiếp đến là các động vật khác sử dụng
các thực vật và động vật này làm thức ăn, dẫn đến nồng độ các kim loại đƣợc
tích lũy trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng, ở sinh vật cao nhất trong
chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra độc hại. Con ngƣời, xét theo
quan điểm sinh thái thƣờng có vị trí cuối cùng trong chuỗi thức ăn, vì thế con
ngƣời vừa là thủ phạm vừa là nạn nhân của ô nhiễm kim loại nặng. [26]
Số lƣợng ngày càng tăng của kim loại nặng trong môi trƣờng là nguyên
nhân gây nhiễm độc đối với đất, không khí và nƣớc. Hiện nay, tình trạng ô
nhiễm kim loại đang trở nên phổ biến (Hình 6). Việc loại trừ các thành phần
chứa kim loại nặng độc ra khỏi các nguồn nƣớc, đặc biệt là nƣớc thải công
nghiệp là mục tiêu môi trƣờng rất quan trọng phải giải quyết hiện nay.




Hình 6: Nƣớc bị ô nhiễm bởi kim loại và chất thải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


(Trung tâm Nghiên cứu Môi trƣờng & Cộng đồng, 2010)
Tác hại cụ thể của sự thừa sắt trong cơ thể hiện nay vẫn còn là vấn đề

gây nhiều tranh cãi. Ngƣời ta cho rằng bộ não là cơ quan chịu ảnh hƣởng
chính của sự thừa sắt, sự tích lũy sắt trong mô não có thể là nguyên nhân hoặc
là một trong những tác nhân gây nên bệnh về thần kinh nhƣ Parkinson và
Alzheimer. Sắt dƣ thừa lắng đọng trong các động mạch liên quan trực tiếp đến
việc tạo ra các dẫn xuất oxy hoá có hại phá huỷ các tổ chức sống nhƣ tim ,
gan, tuyến nội tiết [14].
Để có thể hấp thu đƣợc, sắt phải chuyển từ dạng ferric (Fe(III)) sang
dạng ferrous (Fe(II)). Pepsin tách sắt khỏi các hợp chất hữu cơ và chuyển
thành dạng gắn với các axit amin hoặc đƣờng. Axit clohydric khử Fe(III)
thành Fe(II) để hấp thu [13]. Bởi vậy, lƣợng sắt dƣ thừa trong nƣớc uồng dù
là ở dạng Fe(II) hay Fe(III) đều gây hại cho con ngƣời.
1.4 Các phƣơng thức phát hiện sắt trong nƣớc
Trong quá trình đánh giá chất lƣợng nƣớc nói chung, ngoài các chỉ số
cơ bản nhƣ BOD (Biological Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh học) và
COD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học), các chỉ số chất
lƣợng khác nhƣ sự có mặt hay hàm lƣợng các kim loại nặng cũng rất quan
trọng. Sau đây là một số phƣơng pháp đƣợc sử dụng trong phòng thí nghiệm
để phân tích sắt:
Sử dụng thuốc thử ferrozine. Phƣơng pháp này dựa trên nguyên tắc: Fe(II)
có thể đƣợc chiết với ammonium oxalate hay HCl, và sau đó ferrozine phản ứng
với Fe(II) hình thành phức chất màu tím, hấp thụ ánh sáng ở bƣớc sóng 560 nm
[67]. Để thực hiện phép đo này, cần chuyển toàn bộ Fe(III) về Fe(II).
Sử dụng thuốc thử phenanthroline.Phƣơng phápnày dựa trên nguyên
tắc: Dung dịch 1,10-phenanthroline phản ứng với Fe(II) tạo phức chất có màu
cam, hấp thụ ánh sáng ở bƣớc sóng 508 nm, bởi vậy trƣớc khi thực hiện bằng
phƣơng pháp này cần chuyển toàn bộ Fe(III) về Fe(II). Nhƣợc điểm của
phƣơng pháp này là sự hình thành phức Co(II)-phenanthroline có thể tiếp xúc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

và gây hại cho sức khỏe của ngƣời làm thí nghiệm [67].
Nhìn chung, việc đánh giá sắt áp dụng các phƣơng pháp trên đòi hỏi kỹ
thuật, máy móc phân tích phức tạp, mất nhiều thời gian và tốn kém.
Trên thị trƣờng hiện nay cũng đã có bán các bộ kit hóa học phát hiện
kim loại sắt nhƣ: Iron Assay Kit_ab83366 (Abcam, Mỹ), QuantiChrom Iron
Assay Kit (BioAssay Systems, Mỹ), Iron Colorimetric Assay Kit (BioVision,
Mỹ) Tuy nhiên, giá thành của các loại kit này khá cao (khoảng từ $350 –
$550) và chúng không thể sử dụng đƣợc nhiều lần.
Trong những năm gần đây, các phƣơng pháp sinh học, đặc biệt là sự sử
dụng các hệ thống cảm biến sử dụng vi sinh vật, ngày càng đƣợc nghiên cứu
và ứng dụng rộng rãi hơn [61]. Một cảm biến sinh học phát hiện sắt dựa trên
nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu vi sinh vật sẽ có những ƣu điểm nhƣ
dễ sử dụng,có khả năng phát hiện tại chỗ trong thời gian ngắn và đặc biệt có
thể đƣợc tái sử dụng nhiều lần.
1.5 Khả năng ứng dụng MFC làm thiết bị cảm biến phát hiện sắt
Đề xuất sử dụng pin nhiêu liệu vi sinh vật nhƣ một thiết bị cảm biến
sinh học đƣợc đƣa ra lần đầu tiên bởi Kim và cộng sự [8].Với nguyên lý hóa
năng trong các cơ chất có thể đƣợc chuyển hóa thành điện năng nhờ hoạt tính
của các vi sinh vật trong cực âm của thiết bị, dòng điện tạo ra bởi thiết bị
tƣơng đối tỷ lệ thuận với nồng độ/hàm lƣợng các cơ chất. Trong trƣờng hợp
cơ chất là các chất hữu cơ trong nƣớc thải, nồng độ/hàm lƣợng cơ chất đƣợc
thể hiện bằng chỉ số BOD.Vì vậy, MFC đã đƣợc nghiên cứu và thử nghiệm để
làm cảm biến sinh học đo chỉ số BOD (BOD sensor) để đánh giá hàm lƣợng
chất hữu cơ trong nƣớc thải ở Hàn Quốc, từ năm 1999 [8, 9].
Một điều đáng lƣu ý là tập hợp vi sinh vật đƣợc làm giàu trong một
MFC có tính đặc thù cao với cơ chất đƣợc cung cấp. Kim và cộng sự đã
chứng minh khi sử dụng nƣớc thải làm cơ chất đầu vào thì do nƣớc thải chứa
nhiều loại chất hữu cơ đa dạng, tập hợp vi sinh vật đƣợc làm giàu trong MFC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


thƣờng là các vi sinh vật đa dƣỡng, phát triển trên môi trƣờng giàu dinh
dƣỡng (copiotrophic) [9]. Ngƣợc lại, các vi sinh vật đặc thù với môi trƣờng
nghèo dinh dƣỡng (oligotrophic) lại đƣợc làm giàu khi MFC đƣợc cung cấp
nƣớc thải nhân tạo với hàm lƣợng BOD thấp ở đầu vào [10]. Các phân tích
sinh thái học phân tử cho thấy tập hợp vi sinh vật đƣợc làm giầu trong các
MFC nghèo dinh dƣỡng rất đặc thù và khác hẳn tập hợp các vi sinh vật đa
dƣỡng [11]. Trong nhiều nghiên cứu khác khi những cơ chất đặc biệt nhƣ
acetat, hay foc-mat đƣợc sử dụng thì tập hợp vi sinh vật đƣợc làm giàu trong
các MFC đều mang tính đặc hiệu cơ chất cao [12, 13].
Sắt có thể đƣợc phát hiện dựa trên đặc tính đặc biệt của các vi khuẩn
oxi hóa sắt. Vi khuẩn oxi hóa sắt, nhƣ đã trình bày ở trên, đa số thuộc nhóm vi
khuẩn hóa dƣỡng vô cơ, có khả năng thu năng lƣợng cho hoạt động sống và
trao đổi chất của chúng thông qua việc ôxi hóa ion sắt (II) thành sắt (III), hoặc
ion mangan số ôxi hóa thấp thành ion số ôxi hóa cao [14].Chính nhờ khả năng
đặc biệt này của vi khuẩn oxi hóa sắt, một MFC đƣợc làm giàu thành công
với các vi khuẩn này sẽ hoàn toàn có thể đƣợc sử dụng nhƣ một cảm biến sinh
học để phát hiện sắt trong nƣớc ngầm. Trong nghiên cứu này, chúng tôi bƣớc
đầu tìm hiểu khả năng làm giàu vi khuẩn oxi hóa sắt trong thiết bị MFC và
khả năng cảm biến phát hiện sắt của thiết bị.
1.6 Ý nghĩa của việc nghiên cứu tính đa dạng và và sự biến đổi của quần
xã vi sinh vật ở anode của một MFC
Nhƣ đã nói ở trên (Mục 1.1.4), hệ vi sinh vật trong khoang anode là
một trong những yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất hoạt động của một MFC.
Một thiết bị MFC có thể sử dụng nguồn vi sinh vật ở dạng đơn chủng hoặc đa
chủng; tùy vào mục đích sử dụng mà nguồn vi sinh vật đƣợc lựa chọn sao cho
phù hợp. Trong một nghiên cứu về MFC thì việc nghiên cứu về cấu trúc hệ vi
sinh vật khoang anode là rất quan trọng bởi hệ vi sinh vật là yếu tố có quan

hệ mật thiết với chức năng và hiệu quả hoạt động của một MFC [38]. Vào