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7月31日，国际学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）在线发表了材料与能源学院胡卫华教授团队的研究论文《利用斜入射光反射差成像解耦测量电活性细菌胞外电流》（Disentangling extracellular current of electroactive bacteria with oblique-incidence reflection difference imaging）。该工作创新性地利用反射光学成像技术（斜入射光反射差，OIRD），实现了对电活性细菌胞外电流中直接和间接电流的解耦测量，为研究微生物电化学和设计优化相关器件提供了新的研究方法和思路。
细菌胞外电子转移（EET）是电活性细菌在代谢中将电子转移到外部受体的一种行为，广泛存在于生物电化学合成、元素循环和生物修复等多种微观、宏观过程中，也是实现高效微生物燃料电池（MFC）的关键步骤。胞外电子转移通过直接电子转移（DET）和间接（介导）电子转移（MET）两种途径进行。前者通过细菌外膜上的氧化还原活性单元与固体/电极直接接触实现，而间接电流由细菌分泌可溶性氧化还原穿梭体介导实现。二者的分子机制不同，但彼此密切相关；一般情况下，二者同时发生，共同构成输出电流。因此，区分胞外直接电流和间接电流不仅对微生物燃料电池的优化设计具有重要应用意义，而且有助于揭示胞外电子转移等生物电化学过程的基本科学规律。然而，由于两种电流在时空上高度纠缠，如何可靠地测量两种电流并揭示它们的相互作用仍然是一个巨大的挑战。
在本工作中，研究人员利用斜入射光反射差（OIRD）成像技术与可开关聚苯胺（PANI）基双电极相配合，实现了对细菌阳极中直接和间接胞外电流的解耦测量。具体而言，将电活性细菌接种于双电极的其中一个电极（W1）上，聚苯胺薄膜作为电致变色电子受体，将电流信息转化为OIRD光信号，实现总体电流的空间分布成像；此后通过电化学调制，关闭该电极，细菌分泌的可溶性介质被迫在邻近电极（W2）上放电，从而实现间接胞外电流的成像。通过这种方式，成功地在种群水平上测量了粘附细菌产生的直接和间接胞外电流，并归一化到单个细菌，以阐明胞外电子转移的原理。这项工作为电活性细菌的放电行为研究提供了一个有力的测量方法，有望深化对胞外电子转移过程的科学认识。
西南大学为论文唯一完成单位，胡卫华教授为通讯作者，乔琰教授给予了学术指导和大力支持。材料与能源学院硕士研究生钱仕武为论文第一作者，硕士研究生王晨雨、方常祥、李萌参与了此项工作。本研究工作得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62467-6
