微生物电化学晶体管耦合电解回路技术：微尺度胞外电子信号放大与快速BOM检测新策略

本期推荐：本研究创新性地将微生物电解池(MEC)与有机电化学晶体管(OECT)耦合，构建微生物电化学晶体管(MECT)，通过铂电极实现微生物电子回路与离子门控回路的无缝整合。该器件可放大混合培养电活性菌(EABs)产生的胞外电子信号达103倍，在连续模式下实现1 mg/L检测限和60秒快速响应，为单细胞水平EET机制研究提供了突破性工具。

　　

亮点

微生物电化学晶体管(MECT)通过整合微生物电解回路与晶体管架构，首次实现混合培养电活性菌(EABs)在微尺度下的胞外电子信号指数级放大。

原理

MECT采用铂源漏电极替代传统OECT的金电极，构建包含碳布栅极的三电极系统（图1a-c）。这种设计使EABs在栅极形成生物膜时，质子可在铂电极发生还原反应，形成完整的微生物-电子双回路。碳布栅极的高比表面积特性促进微生物粘附，而微流控芯片封装有效抑制浓度波动带来的信号噪声。

性能突破

实验证实该器件对生物可降解有机物(BOM)的响应呈现非线性特征，信号放大倍数达10³量级。在连续检测模式下，实现1 mg/L的检测限和<60秒的响应速度，较传统微生物电化学技术(METs)提升三个数量级。电化学阻抗谱显示电容效应与电子转移协同贡献于性能增强，与修正后的双回路模型高度吻合。

结论

MECT技术成功架起微生物电化学与半导体物理的桥梁，其微流控兼容特性为开发单细胞级EET研究平台奠定基础，在环境监测、生物能源和病原菌快速检测等领域具有重大应用潜力。