Глюкоза - топливо для наноустройств

3D-модель структуры глюкозы © 3dchem.com 3D-модель структуры глюкозы © 3dchem.com

Прогресс в разработке наноразмерных устройств различного назначения не стоит на месте. Однако не менее важно, чтобы параллельно с ними развивались столь же миниатюрные, но вместе с тем достаточно мощные источники питания

Именно недостаточная мощность – основной недостаток разработанных к настоящему времени источников питания для наноустройств. Поэтому вполне логично, что определенный интерес вызывают источники питания, используемые в живых организмах, например, молекулы глюкозы.

В частности, международный коллектив исследователей предложил электрохимическую ячейку оригинальной конструкции (рис.1).

Рисунок 1. а) Схематическое изображение
электрохимической ячейки. b) Электрохимическая
ячейка, помещенная в раствор,
содержащий глюкозу, и подключенная
к внешней цепи

В качестве катализаторов на катоде и аноде используются лакказа и глюкозоксидаза, соответственно. Глюкозоксидаза катализирует окисление beta-D-глюкозы молекулярным кислородом, однако ее активность довольно ограничена, поскольку ее кофактор, флавинадениндинуклеотид (ФАД), закрыт белковой оболочкой. В то же время известно, что иммобилизованная на поверхности углеродной нанотрубки (УНТ) глюкозоксидаза демонстрирует биокаталитическую активность. Поэтому нанонити из композита Нафион / поливинилпирролидон («протонный мостик»), соединяющий золотые электроды, предварительно диспергировали в растворе УНТ. Таким образом, при заправке рассматриваемой ячейки «топливом», а именно раствором содержащем глюкозу, на аноде глюкоза окисляется до глюконолактона, в то же время на катоде происходит восстановление кислорода с образованием воды.

Чтобы продемонстрировать потенциал предложенной электрохимической ячейки, авторы статьи интегрировали ее в pH-метр и биосенсор для измерения уровня содержания глюкозы. Полученные устройства продемонстрировали быстрый отклик при добавлении щелочи и раствора глюкозы соответственно (рис.2). Что же касается мощности ячейки, то, как и предполагалось, она значительно превосходит другие источники питания, например, наноразмерная солнечная батарея на основе одиночной нанонити обладает мощностью 50–200 пВт, в то время как мощность рассмотренной в статье электрохимической ячейки составляет 0.5–3 мкВт. Кроме того, ячейка может применяться для питания наноустройств, которые предназначены для использование в условиях с ограниченным доступом света, когда невозможно применение солнечных батарей.

Рисунок 2. а) Схематическое изображение электрохимической
ячейки, подключенной к внешней цепи.
b),c) Отклик биосенсора по току, измеряющего
уровень содержания глюкозы, без перемешивания
и при перемешивании раствора. d) Отклик pH-метра
по току. e) Отклик фотонного сенсора по току

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.2 (6 votes)
Источник(и):

Нанометр



Категории статьи