CN102195045A - 一种酶燃料电池阳极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种酶燃料电池阳极，其结构是在阳极周围附着有由壳聚糖或其衍生物形成的凝胶，内含来源于氧化葡糖酸杆菌的脱氢酶或氧化酶，在含有酶的壳聚糖凝胶外包被由褐藻酸盐形成的凝胶。制备方法是将氧化葡糖酸杆菌中的脱氢酶或氧化酶与壳聚糖或其衍生物混合均匀，加入交联剂后使酶与壳聚糖或其衍生物一起形成凝胶，附着在石墨电极周围；将周围附着有壳聚糖凝胶的石墨电极浸入褐藻酸钠水溶液中，在含有钙离子或其它金属离子的溶液中浸泡，使褐藻酸钠形成致密的褐藻酸钙或其它褐藻酸盐凝胶包被在壳聚糖凝胶的外面。本发明能够增强酶燃料电池的电流输出功率，增强酶的稳定性，延长电池供电时间。

Description

一种酶燃料电池阳极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种酶燃料电池阳极的结构。
本发明还涉及上述酶燃料电池阳极结构的制备方法。
背景技术
酶燃料电池是一类利用生物酶通过氧化反应降解单糖、乙醇等有机物质产生电流的装置。酶燃料电池反应条件温和，不会对环境产生污染。但由于反应所需要的酶容易降解失活，其半衰期通常为几个小时到几天的时间，因此电池的寿命较短。另外由于受到酶的催化效率的限制，电流输出功率较低，需要设法提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有酶燃料电池的酶寿命短、功率低的问题，而提供一种酶燃料电池阳极。
本发明的又一目的在于提供一种制备上述酶燃料电池阳极的方法。
为实现上述目的，本发明提供的酶燃料电池阳极，其结构是在阳极周围包覆一层由壳聚糖或其衍生物形成的凝胶，内含来源于氧化葡糖酸杆菌的脱氢酶或氧化酶；在含有酶的壳聚糖凝胶外包被由褐藻酸钙或其它褐藻酸盐形成的凝胶。
本发明提供的制备上述酶燃料电池阳极的方法，其主要步骤为：将氧化葡糖酸杆菌破碎并制备酶粗提液，将酶粗提液或者从酶粗提液中分离纯化出的脱氢酶或者氧化酶与壳聚糖或其衍生物混合均匀，加入交联剂后使酶与壳聚糖或其衍生物一起形成凝胶；然后将凝胶浸入褐藻酸钠水溶液中，在含有钙离子的溶液中浸泡，使褐藻酸钠形成致密的褐藻酸钙凝胶，或者在含有锌、钡等其它二价盐离子的溶液中浸泡，形成褐藻酸盐凝胶。
本发明的脱氢酶为纯化的葡萄糖脱氢酶、乙醇脱氢酶、甘油脱氢酶、乳酸脱氢酶、果糖脱氢酶，或几种酶的混合物。
本发明的氧化酶为纯化的葡萄糖氧化酶、乙醇氧化酶，半乳糖氧化酶，或者几种酶的混合物。
本发明的有益效果是，可以利用氧化葡糖酸杆菌内脱氢酶或氧化酶的高效氧化能力，提高电池的电流功率，同时利用壳聚糖和褐藻酸盐形成的凝胶保护酶的活性，延长电池的寿命。
附图说明
图1是实施例的纵剖面结构图。图中：
1为导线，2为电极导电棒，3为酶分子，4为壳聚糖凝胶，5为褐藻酸盐凝胶。
具体实施方式
需要说明的是，本发明流程采用的工艺均为公知技术，对此不作过多的描述。
实施例1
在图1中，将氧化葡糖酸杆菌的酶粗提液与3％-5％的壳聚糖溶液混合均匀，然后和石墨电极一起浸入3％的褐藻酸钠水溶液中，形成壳聚糖/褐藻酸钠凝胶，然后再浸入5％氯化钙水溶液中，在壳聚糖/褐藻酸钠凝胶外面形成褐藻酸钙凝胶结构。
实施例2
本实施例的组成和实施例1基本相同，不同之处在于：所用的酶为从酶粗提液中分离纯化出的脱氢酶。
实施例3
本实施例的组成和实施例1基本相同，不同之处在于：所用的酶为从酶粗提液中分离纯化出的氧化酶。
实施例4
将氧化葡糖酸杆菌的酶粗提液与浓度为10％的壳聚糖甲基丙烯酸酯混合均匀，加入终浓度为0.025mol/L的维生素C和终浓度为0.062mol/L的过硫酸钠使壳聚糖形成凝胶，粘附在石墨电极的周围，然后浸入3％的褐藻酸钠水溶液中，最后浸入5％氯化钙水溶液中，在壳聚糖甲基丙烯酸酯凝胶外面形成褐藻酸钙凝胶结构。
实施例5
本实施例的组成和实施例4基本相同，不同之处在于：所用的酶为从酶粗提液中分离纯化出的脱氢酶。
实施例6
本实施例的组成和实施例4基本相同，不同之处在于：所用的酶为从酶粗提液中分离纯化出的氧化酶。

Claims (12)

1.一种酶燃料电池阳极，其结构是在阳极导电棒等的周围包被由壳聚糖或其衍生物形成的凝胶，内含来源于氧化葡糖酸杆菌的脱氢酶或氧化酶；在含有酶的壳聚糖或其衍生物凝胶外包被着由褐藻酸盐形成的凝胶。
2.如权利要求1所述的酶燃料电池阳极，其中酶为氧化葡糖酸杆菌混合酶的粗提取液。
3.如权利要求1所述的酶燃料电池阳极，其中酶为从氧化葡糖酸杆菌酶粗提液中分离纯化出的脱氢酶。
4.如权利要求3所述的酶燃料电池阳极，其中脱氢酶为葡萄糖脱氢酶、乙醇脱氢酶、甘油脱氢酶、乳酸脱氢酶、果糖脱氢酶的一种或几种酶的混合。
5.如权利要求1所述的酶燃料电池阳极，其中酶为从氧化葡糖酸杆菌酶粗提液中分离纯化出的氧化酶。
6.如权利要求5所述的酶燃料电池阳极，其中氧化酶为葡萄糖氧化酶、乙醇氧化酶、半乳糖氧化酶的一种或几种酶的混合。
7.一种制备如权利要求1所述酶燃料电池阳极的方法，其主要步骤为：将氧化葡糖酸杆菌酶粗提液或者纯化的脱氢酶或氧化酶与壳聚糖酸溶液混合均匀，将周围附着有壳聚糖的电极导电棒浸入褐藻酸钠水溶液中，褐藻酸钠和壳聚糖发生反应形成凝胶，然后把包被着凝胶的电极在含有金属离子的溶液中浸泡，使褐藻酸钠形成致密的褐藻酸盐凝胶包被在壳聚糖与褐藻酸钠形成的凝胶的外面。
8.如权利要求7所述的酶燃料电池阳极制备方法，其中金属离子为钴、锌、钙、镍、锶、铜、镉、钡离子。
9.一种制备如权利要求1所述酶燃料电池阳极的方法，其主要步骤为：将氧化葡糖酸杆菌脱氢酶或氧化酶与壳聚糖衍生物混合均匀，加入交联剂使酶与壳聚糖衍生物一起形成凝胶，附着在电极导电棒周围；然后将这一导电棒浸入褐藻酸钠水溶液中，在含有金属离子的溶液中浸泡，使褐藻酸钠形成致密的褐藻酸盐凝胶包被在壳聚糖凝胶的外面。
10.如权利要求9所述的酶燃料电池阳极制备方法，其中壳聚糖衍生物为壳聚糖甲基丙烯酸酯。
11.如权利要求9所述的酶燃料电池阳极，其中交联剂为过硫酸钠和维生素C。
12.如权利要求9所述的酶燃料电池阳极制备方法，其中金属离子为钴、锌、钙、镍、锶、铜、镉、钡离子。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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