《基於三維多孔複合載體的酶固定化電極修飾方法研究》是依託中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院，由胡宗倩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於三維多孔複合載體的酶固定化電極修飾方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡宗倩
- 依託單位：中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
酶生物燃料電池在植入式電子設備研究領域發展潛力巨大，但當前研究尚存在電催化過程電子遷移效率低、生物酶穩定性差等問題。近年來，隨著酶工程技術、表征技術、納米材料和新型碳材料的快速積累，基於高導電性載體材料的酶固定化電極修飾方法正成為改進酶生物燃料電池性能的重要途徑。本項目擬基於高導電性碳納米材料和生物相容性材料，提出一種具有三維多孔結構的酶電極修飾方法，以提高酶活性中心與電極之間的有效電子傳遞速率、及其在電極表面的穩定性，並研究該電極在天然生理底物中的電生化性能，為植入式電子設備用酶修飾電極研製提供先進的技術途徑。
結題摘要
由於酶生物燃料電池可以利用生物體內的葡萄糖、氧氣等物質進行在體發電，所以在需要持續提供電能的植入式電子器件中具有潛在的套用價值。該領域的研究正在成為目前國際生物電化學研究的前沿領域之一。本項目圍繞酶生物燃料電池中的關鍵問題，結合材料科學等相關領域的最新進展，按照“複合載體構建——酶修飾電極構建——酶修飾電極性能研究”的技術路線開展了酶生物燃料電池的研究。主要研究工作包括：（1）獲得了導電聚合物/碳納米材料（PTh/MWNT）、基於導電聚合物碳化網路的PANI@CNTs和PANI@GO、基於有機金屬框架（MOF）的鋁基納米多孔配位聚合物等3種可用於GOx修飾電極的三維複合載體。（2）針對目前固定酶容易脫落失活的問題，選用對葡萄糖具有良好催化氧化性能，且於在體供電中具有明顯優勢與代表性的葡萄糖氧化酶（GOx）作為研究對象構築酶修飾電極，建立了一種靜電吸附與包埋聯合固定GOx技術，使固定化GOx更加穩定。（3）利用上述載體材料構築酶修飾電極，對其開展電化學性能、生物催化性能，以及血清環境的性能測試研究。結果表明，通過碳化PANI和導電碳納米材料的協同效應，該複合載體材料可以作為催化FAD還原的高效電化學催化劑，基於PANI@CNTs複合載體構建的葡萄糖/氧氣生物燃料電池在0.45 V處的最大功率密度為1.12 mW•cm-2。該電池在牛血清環境中也獲得了0.68 V的開路電壓，並且在0.42 V處的最大功率密度為0.55 mW•cm-2。本工作為植入式酶型生物燃料電池的構築提供了有益的探索和借鑑。
