3. Биотопливные элементы на основе ферментов

Микробные биотопливные элементы требуют непрерывных ферментативных процессов в живых клетках. Эти многочисленные физиологические процессы нуждаются в строгом соблюдении рабочих условий. Для преодоления этих ограничений редокс-ферменты, ответственные за необходимый процесс, могут быть выделены из живых организмов и очищены, а потом использованы в качестве биокатализаторов в биотопливных элементах вместо цельных  микробных клеток [1-6]. Эти специфичные ферменты, окисляющие топливо - субстрат, могут быть включены в цепь переноса лектрона с электрода, заменяя, таким образом, использование цельных  аппаратов микробной клетки для выработки электрической энергии. Но ферменты все еще дороги и капризны, их применение предполагает особые методы стабилизации.

При включении ферментов в качестве катализаторов в биотопливных элементах оксидоредуктазы помещают в анодную часть элемента для окисления субстрата - топлива и переноса электронов к аноду, в то время как восстановительные биокатализаторы размещаются в катодном отсеке, где участвуют в восстановлении окислителя. Обычно для оксидоредуктаз прямое перенос электрона на электрод затруднен в силу изоляции редокс-центра фермента от электрического контакта белковой ферментной глобулой. Поэтому предложены методы установления электрического контакта с применением специальных медиаторов [9-11].

Литература:

1. C. Van Dijik, C. Laane, C. Veeger, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas., 104, 245 (1985).

2. W.J. Aston, A.P.F. Turner, Biotechnol. Gen. Eng. Rev., 1, 89 (1984).

3.  L.B. Wingard Jr., C.H. Shaw, J.F. Castner, Enzyme Microb. Technol., 4, 137 (1982).

4. A.P.F. Turner, W.J. Aston, I.J. Higgins, G. Davis, H.A.O. Hill, 'Applied Aspects of Bioelectrochemistry: Fuel Cells, Sensors, and Bioorganic Synthesis' in "Fourth Symposium on Biotechnology in Energy Production and Conservation", C.D. Scott (Ed.), Interscience, 12, 401 (1982).

5. G.T.R. Palmore, G.M. Whitesides, 'Microbial and Enzymatic Biofuel Cells' in "Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production", M.E. Himmel, J.O. Baker, and R.P. Overend (Eds.), ACS Symposium Series No. 566, American Chemical Society, Washington, DC. pp. 271-290 (1994).

6.  A.T. Yahiro, S.M. Lee, D.O. Kimble, Biochim. Biophys. Acta, 88, 375 (1964).

9. P.N. Bartlett, P. Tebbutt, R.C. Whitaker, Prog. Reaction Kinetics, 16, 55 (1991).

10. I. Willner, E. Katz, Angew. Chem. Int. Ed., 39, 1180 (2000).

11. I. Willner, B. Willner, Trends Biotechnol., 19, 222 (2001).