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MESSAI · KI für mikrobielle elektrochemische Systeme · © 2026

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Forschungsdaten – Titel und Zusammenfassungen von Publikationen, extrahierte Daten und Katalogeinträge – erscheinen in ihrer Originalsprache Englisch.

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Quorum sensing-driven biofilm cathode of Shewanella oneidensis for enhanced uranium adsorption: Elucidating the role of exogenous AHLs and validation in actual uranium-contaminated groundwater.

Journal of hazardous materials·2026·doi.org/41702164
KI-angereichert· 75 %

KI-Zusammenfassung

75 % Konfidenz

This study developed a novel biofilm cathode using Shewanella oneidensis MR-1 for enhanced uranium adsorption, leveraging the quorum sensing system and exogenous acyl-homoserine lactones (AHLs). The C4-HSL-induced biofilm exhibited improved properties, including increased thickness and extracellular protein content. The biofilm cathode demonstrated improved electron transfer efficiency and selective uranium adsorption, offering a potential solution for uranium-contaminated groundwater remediation.

Erstellt von der MESSAI-Extraktionspipeline · mit dem Quell-PDF abgleichen

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Zusammenfassung

Large quantities of low-concentration uranium-contaminated water from the nuclear industry poses a critical environmental challenge due to the limitations of current methods on removal efficiency and adsorption selectivity. This study developed a novel biofilm cathode for enhanced uranium adsorption by leveraging the quorum sensing (QS) system of Shewanella oneidensis MR-1. Biofilm formation was induced using exogenous acyl-homoserine lactones (AHLs), with C4-HSL (10 μmol/L) identified as the most efficient signal molecule. It significantly improved biofilm properties, increasing thickness by 107.7 % versus the control without AHLs, boosting extracellular protein content, and increasing the proportion of living cells. Microstructure analysis (CLSM) revealed a "base-polysaccharide-gel" three-dimensional structure, where proteins, lipids, and β-polysaccharides form a functional gel layer that provides the primary functional matrix for uranium binding. The C4-HSL-induced biofilm exhibited a 43.4 % higher reduction peak current and a 33.3 % decrease in electron transfer resistance, confirming improved electron transfer efficiency. Furthermore, coupling CLSM, SEM-EDS, FT-IR and XPS analysis indicated uranium capture was primarily dominated by complexation/coordination with functional groups on extracellular polymeric substances (EPS), supplemented by electrochemical reduction of 25.91 % soluble U(VI) to insoluble U(IV). Accordingly, a possible mechanism model of QS-driven biofilm cathode is proposed for optimizing biofilm structure and enhancing uranium capture. Finally, verification tests in actual uranium-contaminated groundwater demonstrated the biofilm cathode exhibited exceptional performance with a 99.4 % uranium recovery rate and high selectivity (K d,U at 34.57 L/g). These findings highlight the significant potential of AHLs-triggered QS as a powerful strategy to optimize bioelectrochemical properties for highly-efficient uranium remediation and resource recovery.

Schlagwörter

AHLs regulationBiofilm cathodeQuorum sensingS. oneidensisSelective uranium adsorption

Kennungen

DOI
41702164
PubMed
41702164
Zeitschrift
Journal of hazardous materials
Jahr
2026
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