探索微生物的力量：面向高中生的泥浆霍克蓄电池项目

微生物被期望在可继续社会的开展中发挥重要作用，但公众对这一理念了解依然有限。此外，对于微生物学的未来开展，年轻学生了解这一理念并对微生物发生爱好也非常重要。为此，咱们发起了一个名为“泥电池项目”的公民科学项目，初中和高中学生运用项目供给的标准化泥电池试验套件，研讨泥中细菌发电的才能。在学校和/或家庭中，学生们运用取自家邻近的泥浆操作泥浆电池，并探讨他们如何制作高功率泥浆电池的想法。此外，依据学生们陈述的效果，项目研讨人员还从学生身上收集高功率泥浆电池，用于别离新型和/或活泼的发电细菌，期望这些细菌有助于开发可继续生物技术工艺，如运用食物废弃物发电的微生物燃料电池。经过这种方法，学生与微生物学家协作，参加推进可继续动力开展的先进研讨项目。

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泥土（土壤）孕育着数百万微生物，这些微生物拥有丰富的代谢潜力（1）。这些潜力估计将运用于工业工艺中，出产目前由化石燃料出产的化学品和动力（1）。微生物学家继续努力从泥土中发现共同微生物，最近的发现包含细菌，即电化学活性细菌（EAB）（2），它们经过氧化有机物发生电力（3,4）。 迄今为止，许多不同的EAB已从泥土中别离出来（5），而研讨人员认为自然界中应存在更为多样化的EAB。发现主动EAB将促进可继续生物技术工艺的开展，如运用生物质废弃物和废水发电的微生物燃料电池（MFCs）（5）。
泥土中EAB的存在能够经过一个简单的试验装置“泥浆电池”进行检测（见图1）。泥浆电池是一种MFCs（6），其中一个阳极（一般由石墨片制成）嵌入泥中，而阴极一般由掺有铂催化剂的石墨片制成，置于泥浆上方的水中。在泥浆电池中，EAB会运用阳极作为电子受体，在有机物（作为能量源）上成长。项意图先前研讨标明，高压灭菌泥浆发生的功率有限，标明泥土中的微生物主要参加发电。在阴极，阳极电子经过铂催化剂将氧还原为水而被消耗。因为阳极和阴极经过电阻衔接，能够经过测量电阻两端的电压来评价发电量（见图1）。泥浆电池的输出电量会遭到所用泥土的影响。因为地球上存在极其多样的泥土（7），需求大量工作来寻觅发生高功率输出的泥土（土壤）。

在日本，一项名为“让咱们一同寻觅超级电原细菌”的公民科学项目，也被称为“泥电池项目”，由东京药学院生命科学大学（TUPLS）和国立新兴科学创新博物馆（俗称未来博物馆）主办，旨在研讨全国各地不同泥土的发电过程。在该项目中，初中和高中学生运用项目供给的标准化泥浆电池试验设备，研讨其住所周围泥土发电的情况。学生们与微生物学家洽谈，谈论他们关于如何制作高功率泥浆电池的想法。同时，学生们的试验作为主要筛查，寻觅发生高功率输出且或许存在活泼EAB的泥浆。经过这种方法，学生与微生物学家协作，认识到微生物在可继续社会的开展中扮演着重要角色。在这里，咱们介绍咱们的项目，期望泥浆电池项目能推广到许多国家。

程序

泥浆电池项目于2021年发动，并自此每年举行一次。在此期间，项目在试验手册（附录1）、指导体系和长途会议方面逐年改善。下面咱们将依据2025年项目描述整个流程。
泥电池项目将于四月发动，到时运用网页会在TUPLS和Miraikan首页上线。请求者限于初中和高中学生。请求页面需供给团队学生人数、试验所需套件数量及需检测的泥样等信息。依据请求者供给的信息，项目将在五月底前选出参加团队（2025年将有24个学生团队参加项目）。团队规模一般在两到五名学生之间。
每年六月，项目将举行一场长途预备讲座，由科学传播者和项目微生物学家向参加者介绍以下主题的信息：

• 介绍了项目工作人员和导师（TUPLS中的大四或研讨生，帮忙参加者的试验）。
• 项目中的活动，包含终究的总结会议，都有概述。
• 依据手册（附录1），对试验程序进行了简要说明。
• 讲解了EAB的生理学与生态学以及泥浆电池发电机制，为泥浆电池试验供给了见解。
• 介绍了以往泥浆电池项意图效果。
• 引入了一项科学研讨过程，包含提出新假说、假设检验以及成果谈论。

讲座完毕后，参加者会从头审视他们的研讨，并或许更换泥浆样本进行检测。
7月上半月，项目向参加者发送泥浆电池套件（2025年共向24个学生团队发送了140套），参加者组装泥浆电池并于7月底开端试验。试验期间，参加者每天运用万用表和偶尔的极化分析测量电压，以确定最大功率（P马克斯）价值观。项目要求参加者操作泥浆电池超过一个月，因而试验大多在八月进行，或许在九月完毕。这对泥浆电池试验非常重要，因为泥浆电池能够在这些月份内在客厅和教室中以有利温度（如20°C至30°C）运转，无需孵化器。试验过程中，参加者能够向项意图导师和研讨人员发问。9月，参加者准备PowerPoint文件，在导师的帮忙下，在总结会议上展现成果。项目供给了模板PPT文件。
在终究陈述会议前两周，该会议或许于十月的一个周日在线举行，项目办公室会向参加者供给一份PDF文件，汇总一切参加者发送的PowerPoint文件，并请他们审阅。在长途总结会议中，进行小组谈论，小组由一名引导者（一般是科学传播者）、一名顾问（一名微生物学家）、一名导师以及多个学生团队成员组成（2025年将有24个学生团队分为四个小组）。在小组谈论中，学生展现自己的研讨效果，随后依据成果谈论适合发电的泥土。小组谈论完毕后，小组代表在全体会议中陈述谈论成果，会议以参加谈论的微生物学家宣布谈论完毕。会议完毕后，会针对参加者进行调查，问询学生对微生物学爱好是否有所增加。
总结会完毕后，项目研讨人员选择感爱好的泥浆电池，例如陈述显示功率高的电池，并请参加者将其送往大学。图2总结了2024年项意图成果，参加者陈述了P马克斯91个泥浆电池的数值。能够证明 P马克斯数值变化较大，一些泥浆电池的数值相对较高。参加者发送的高功率泥浆电池随后在大学试验室中运转，用于EAB的隔离。2021年，从日本諏访湖岸收集泥土制作的泥浆电池中别离出一种活性EAB，Geobacter sulfurreducens 60473，并被证明在MFCs生物增强中有助于提升食物废弃物发电（9）。EAB的别离办法及其表征办法在文献中有描述（8， 9）。咱们还举行线下研讨会，初中、高中和大学的学生以及专业研讨人员聚集在一同，陈述与EAB相关的研讨活动。与专业研讨人员面对面谈论自己的研讨效果，大大增强了学生对科学的积极性。当研讨人员在科学会议上展现相关主题和/或宣布论文时，他们会向参加者致谢，并向相关参加者通报其研讨成果。

陈述了91座泥浆电池的数值。在项目中，泥浆依据采样环境（10类）和P进行分类

安全问题

泥浆电池试验运用天然泥浆样本，因而不受生物安全指南强制要求。EAB的别离和表征由研讨人员和研讨生在大学试验室依据TUPLS生物安全指南进行，该指南契合日本国家指南。

结论

泥浆电池项目为初中和高中学生供给了与微生物学家协作并参加高级研讨活动的时机。咱们期望学生意识到微生物在可继续社会开展中起着重要作用，并对微生物学发生爱好。另一方面，研讨人员估计，学生操作的泥浆电池将成为有前景的来历，用于别离新型和/或活泼的EAB，这些电子设备将有助于改善可继续生物技术流程，例如运用食物废弃物发电的MFCs。经过这种方法，泥浆电池项目建立了研讨微生物学家与高中生之间的互利联系。