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酶生物燃料电池的开关元件研究取得希望

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,2021-08-08 09:11 中科院之声

酶生物燃料电池是一种行使氧化还原酶类,可将储存在糖类中的化学能转化为电能的电化学装置。酶生物燃料电池使用对环境无害的生物燃料和生物催化剂,被以为是一种新型的绿色能源,现在已有酶生物燃料电池为植入型、穿着型电子装备,以及自供电型生物传感器供电的报道。然则酶生物燃料电池的产电历程是即时的、不能控制的,除非底物耗尽或者断开电路,否则产电历程不会住手。这种不能控的产电历程会造成电能的虚耗,而且将限制酶生物燃料电池的应用场景,因此,开发酶生物燃料电池的开关元件并对其产电历程加以控制,对其现实应用具有主要意义。

克日,中国科学院天津工业生物手艺研究所体外合成生物学中央研究员朱之光率领的团队乐成设计了一种酶生物燃料电池的光开关。这种光开关从阴极控制的战略入手,解决了已报道的酶生物燃料电池的温度开关、pH开关等存在的调治能力弱、调治次数有限、非普适、理论上存在靠山电流等问题。该光开关行使碳点对TMB的光氧化特征,使用TMB作为电子受体,从而实现了在有光的条件下可以增大电流和功率,而在无光时险些不发生电流。在蓝光照射20分钟后,酶生物燃料电池的开路电压可以从0.3 V增大到0.5 V,外接1 kΩ电阻时的电路电流可以从2.3 μA增大到9 μA,功率密度可以从2.8 μW cm-2增大到35 μW cm-2。该光开关的调控效果优于现在已报道的酶生物燃料电池的开关,而且在增大集流体面积的条件下能够进一步获得提高。该研究基于阴极调控战略实现了行使光信号控制酶生物燃料电池的输出功率,进一步提高了酶生物燃料电池“智能化”应用的可能。

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研究事情获得国家重点研发项目、天津市合成生物手艺创新能力提升行动、国家自然科学基金等的资助,相关研究功效揭晓在Chemical Engineering Journal上。

基于碳点和TMB的酶燃料电池光开关的事情原理示意图

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