Биотопливные элементы для получения электрической энергии

В настоящем исследовании было установлено, что применение именно каскада окислительно-восстановительных ферментов из глюкооксидазы (GOx) и пероксидазы (HRP) позволяет повысить эффективность и стабильность работы биоэлектродов. Полученные фактические данные могут быть обусловлены тем, что фермент пероксидаза катализирует разложение H2O2 на H2O и О2, такая функция фермента может решить проблему дезактивации глюкооксидазы в процессе окисления D-глюкозы при регистрации электрохимических потенциалов с помощью потенциостата P-40X. Результаты исследований по применению комплекса ферментов для увеличения активности биополимерной матрицы можно объяснить получением достаточно эффективных размеров пор синтезированных полимерных матриц, для преодоления ферментами стерических затруднений при иммобилизации. Данный факт указывает на перспективность применения таких матриц для нанесения на электроды биотопливных элементов с целью эффективного преобразования биохимической энергии в электрическую. D-глюкозоселективные электроды были приготовлены с различными соотношениями поливинилпирролидона (ПВП), глутарового диальдегида (GA), хитозана (Chit) и GOx/HRP. Оптимальные амперометрические характеристики изучаемых модифицированных электродов были определены с 50 мл электролитического раствора, содержащего 2.3 мг/мл GA, 12.0 мг/мл ПВП и 7.3 мг/мл- GOx/HRP. Отсюда следует, что наиболее благоприятные условия и наибольшее число молекул комплекса ферментов находится в электрохимически активном состоянии. Для оценки влияния времени иммобилизации (x1), pH иммобилизации (x2) и соотношения фермент/носитель (x3) на активность работы ферментных электродов, использовался трехфакторный и трехуровневый дизайн Бокса-Бенкена и RSM. По результатам анализа работы электродов, модифицированных биополимерной матрицей, оптимальные условия иммобилизации были найдены при времени реакции 50 мин, pH 5.9 и соотношение фермент/ носитель как 1:3. В оптимальных условиях прогнозируемые и экспериментальные активности иммобилизованной GOX/HRP составляли 34.42 ± 1.07 и 33.50 ± 0.92 Ед/г соответственно. Электроды были подготовлены на основе модели регрессии с различной активностью GOX/HRP. Эффект активности GOX/HRP в результате реакции окисления D-глюкозы зависил от плотности тока подаваемого в электрохимическую ячейку с помощью потенциостата P-40X. Максимальная мощность 1.87 мВт/см2 была получена при напряжение ячейки 0.44 В. Результаты демонстрируют, что производительность ферментативного биотопливного элемента прямо пропорциональна активности иммобилизованного комплекса GOX/HRP, поскольку в этом случае реакция окисления глюкозы может протекать более эффективно.