[go: up one dir, main page]

FI122265B - Monikerrosrakenne - Google Patents

Monikerrosrakenne Download PDF

Info

Publication number
FI122265B
FI122265B FI20096338A FI20096338A FI122265B FI 122265 B FI122265 B FI 122265B FI 20096338 A FI20096338 A FI 20096338A FI 20096338 A FI20096338 A FI 20096338A FI 122265 B FI122265 B FI 122265B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
layer
multilayer structure
enzyme
structure according
laminar
Prior art date
Application number
FI20096338A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20096338L (fi
FI20096338A0 (fi
Inventor
Maria Smolander
Anu Vaari
Harry Boer
Ville-Mikko Ojala
Matti Valkiainen
Original Assignee
Teknologian Tutkimuskeskus Vtt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teknologian Tutkimuskeskus Vtt filed Critical Teknologian Tutkimuskeskus Vtt
Priority to FI20096338A priority Critical patent/FI122265B/fi
Publication of FI20096338A0 publication Critical patent/FI20096338A0/fi
Priority to EP10837114.7A priority patent/EP2514017B1/en
Priority to PCT/FI2010/051048 priority patent/WO2011073530A1/en
Priority to ES10837114.7T priority patent/ES2675121T3/es
Priority to US13/516,332 priority patent/US9614243B2/en
Publication of FI20096338L publication Critical patent/FI20096338L/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI122265B publication Critical patent/FI122265B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9008—Organic or organo-metallic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

Monikerrosrakenne
Esillä oleva keksintö koskee laminaattirakenteita virtalähteitä, kuten polttokennoja, varten. Etenkin esillä oleva keksintö koskee monikerrosrakenteita, jotka sopivat elektrodiksi virta-5 lähteisiin ja jotka tyypillisesti käsittävät sähköä johtavan laminaarisen kerroksen yhdistelmänä entsyymikerroksen kanssa. Esillä oleva keksintö koskee myös menetelmiä tällaisten rakenteiden valmistamiseksi.
Aikaisemmin on tunnettu täysin entsymaattisia polttokennoja, jotka käsittävät päällekkäin 10 meneviä laminaarisia kerroksia, jotka sisältävät entsyymejä, kemiallista polttoainetta ja elektrodeja. Alalla on testattu entsyymien erilaisia seoksia välittäjäaineiden, polttoaineiden, elektrolyyttien sekä sähköä johtavan että geeliä muodostavan aggregaatin kanssa. Tyypillisesti polttoainekomponentti, kuten glukoosi, sekoitetaan sähköä johtavien ja liimaavien lisäaineiden kanssa ja sitten painetaan virroittimelle.
15
Tunnettuun teknologiaan liittyvä ongelma on se, että täysin entsymaattiset polttokennot pyrkivät menettämään ennenaikaisesti energiakapasiteettinsa polttoaineen hajoamisen vuoksi: on havaittu, että normaalin tuotannon aikana polttoaine/katalyyttiseos on reaktiivinen ja polttoainekerros kuluu jo kennoa asennettaessa.
20
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa ainakin osa alan ongelmista ja saada aikaan uudenlaiset anodit etenkin painettavia, täysin entsymaattisia polttokennoja varten.
Esillä olevan keksinnön toisena kohteena on menetelmän aikaansaaminen tällaisten anodi-25 en valmistamiseksi. Esillä oleva keksintö perustuu ajatukseen, että pidetään katalyytti- ja cm polttoainekerrokset erillään, kunnes kenno asennetaan ja otetaan käyttöön. Sinä ajankohta- i o na järjestelmä aktivoidaan kostuttamalla se elektrolyyttiliuoksella.
cö | Näin ollen esillä olevan keksinnön mukaisesti, monikerrosrakenteessa, joka on sopiva oo 30 elektrodina virtalähteessä, on entsyymikerros, joka sisältää oleellisesti kuivaa entsyymiä, co S joka kykenee hapettamaan tai dehydrogenoimaan hiilihydraattimateriaalia sopivissa olo- 05 o suhteissa.
CM
2
Esillä olevan kaltainen monikerrosrakenne voidaan toteuttaa esimerkiksi yhdistämällä la-minaarinen polttoainekerros, joka sisältää kemiallisen energian lähdettä, joka käsittää oleellisesti kuivaa hiilihydraattimateriaalia, ja laminaarinen entsyymikerros, joka sisältää oleellisesti kuivaa entsyymiä. Nämä kerrokset järjestetään toisiaan vasten sähköä johtavas-5 sa suhteessa monikerrosrakenteen muodostamiseksi.
Täsmällisemmin esillä olevan keksinnön mukaisille uusille rakenteille on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
10 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 29 tunnusmerkkiosassa.
Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä esillä olevalla keksinnöllä saadaan aikaan täysin entsymaattisia, painettavia sähkövirtalähteitä. Koska entsymaatti-15 nen anodikerros ja polttoainetta sisältävä kerros eivät vaikuta toisiinsa valmistamisen aikana ja koska ne pidetään latentteina varastointiajan kuluessa, virtalähde pysyy vakaana pitkien ajanjaksojen ajan, mikä suurentaa näin ollen virtalähteen käyttökelpoisuutta.
Esillä olevalla keksinnöllä on mahdollisesti valtava merkitys siinä suhteessa, että se sallii 20 täysin entsymaattisten polttokennotyyppisten virtalähteiden massatuotannon painoteknolo-giaa käyttämällä.
Esillä olevia rakenteita voidaan käyttää lukuisten kemiallisen energian lähteiden kanssa, mukaan lukien sokeri ja hunaja.
_ 25 cu Keksintöä tutkitaan nyt lähemmin seuraavan yksityiskohtaisen selityksen ja työesimerkki- i o en avulla viitaten mukana oleviin piirustuksiin.
cö |r Kuvio 1 esittää sivunäkymässä esillä olevan keksinnön suoritusmuodon mukaisen painetun oo 30 polttokennon poikkileikkauksen itsenäisten virtalähteiden kanssa yhdistettynä painettujen co S kerrosten kanssa; σ> o Kuvio 2 esittää pylväskaavion muodossa PE-päällystetylle pahville painetun virroittimen hapen läpäisevyysmittauksen tulokset; 3
Kuvio 3 esittää keksinnön suoritusmuodon mukaisen painetun biopolttokennon purkautu-misominaisuudet (kennopotentiaali virrantiheyden funktiona), laskettuna kahdessa aikapisteessä (20 h ja 40 h);
Kuvio 4 esittää kennon (6,25 cm ) lähtötehon kennojännitteen funktiona; 5 Kuvio 5 esittää digitaalisen lämpömittarin kuluttaman virran kolmen ALDH/ThL-kennon kaskadista (FC1 - FC3) koottuna kahden PE-päällystetyn pahvin arkin väliin;
Kuvio 6 esittää pylväskaavion muodossa sähköä johtavan bioaktiivisen kerroksen jäljellä olevan aktiivisuuden 2 ja 4 viikon säilytyksen jälkeen (esimerkki 7);
Kuvio 7 esittää pylväskaavion muodossa sähköä johtavan bioaktiivisen kerroksen jäljellä 10 o levän aktiivisuuden gly sero Iin j a karboksimetyyliselluloosan lisäämisen j älkeen (esi merkki 7);
Kuvio 8 esittää säilytyslämpötilan vaikutuksen avokennojännitteeseen ja ladatun kennon jännitteeseen (15 kOhm) (esimerkki 8);
Kuvio 9 esittää aldoosidehydrogenaasin entsymaattisen aktiivisuuden glukoosin eri pitoi-15 suuksien läsnä ollessa;
Kuvio 10 esittää kennojännitteen ajan funktiona ALDH/ThL-kennoille, jotka on rakennettu kahden grafiittilevyn väliin käyttämällä polttoaineen eri määriä;
Kuvio 11 esittää kennojännitteen ajan funktiona kolmelle ALDH//ThL-entsymaattiselle virtalähteelle, joista kukin on rakennettu kahden grafiittilevyn välille ja kytketty sarjaan, 20 kun 5 mA:n virtaa otetaan 3 sekunnin ajan joka 20. minuutti;
Kuvio 12 esittää kennojännitteen ajan funktiona kolmelle ALDH//ThL-entsymaattiselle virtalähteelle, joista kukin on koottu kahden grafiittilevyn välille ja kytketty sarjaan 0,16 F kaupallisen kondensaattorin kanssa, kun 5 mA:n virtaa otetaan 3 sekunnin ajan joka 20. minuutti; ja 25 Kuvio 13 esittää kennojännitteen ajan funktiona ALDH/ThL-kennoille, jotka on koottu cm kahden grafiittilevyn välille, verrattuna virtalähteisiin, jotka sisältävät vastaavan määrän o glukoosioksidaasia (Gox) kolmessa eri pH:ssa.
cö jr Kuten edellä on selitetty, esillä olevalla keksinnöllä saadaan aikaan anodirakenteita painet- 00 30 tavia entsyymikatalysoituja polttokennoja varten. Sellaisissa kennoissa on tyypillisesti nel-co S jä pääkomponenttia, nimittäin virroitin, polttoainekerros, entsyymikerros ja erotuskerros 01 o kolmen aikaisemmin mainitun kerroksen erottamiseksi polttokennon katodista.
4
Yhden suoritusmuodon mukaisesti anodirakenne voidaan valmistaa ensin yhdistämällä erikseen virroitin polttoainekerroksen kanssa ja entsyymikerros erotuskerroksen kanssa. Sitten polttoainetta sisältävä kerros ja entsyymiä sisältävät kerrokset kiinnitetään toisiinsa ja kostutetaan vasta, kun anodi otetaan käyttöön.
5
Keksinnön avulla on mahdollista valmistaa mustetta, joka sisältää sekä entsyymi/välittäjä-ainetta ja käytettäväksi aiottua polttoainetta, ja painaa tämä ilman kennon energian ennenaikaista häviämistä.
10 Polttoaine- ja entsyymikerrosten erottamiseksi toisistaan mukana voi olla niiden väliin järjestetty laminaarinen kerros. Tyypillisesti laminaarinen erotuskerros on sen kaltainen, joka kyetään kostuttamaan, jotta siirretään entsyymikerrokseen kosteutta tai vettä.
Välikerros voi olla huokoinen. Sellainen huokoinen substraatti voidaan valita joukosta, 15 joka koostuu huokoisista kuitumaisista verkoista ja arkeista, joiden alkuperä on luonnollinen tai synteettinen, erityisesti huokoinen substraatti valitaan selluloosa-ja lignoselluloo-samateriaaleista, kuten paperi- tai pahviarkeista, esim. suodatinpaperista.
Tyypillisesti, edellä olevissa suoritusmuodoissa, entsyymikerros kerrostetaan ensimmäisel-20 le laminaariselle substraattikerrokselle ja polttoainekerros kerrostetaan entsyymikerroksel-le. Vaihtoehtoisesti polttoainekerros voidaan kerrostaa toiselle laminaariselle substraattikerrokselle.
Ensimmäinen laminaarinen substraattikerros voidaan muodostaa pintakerroksesta, jonka on 25 muodostanut ioneja läpäisevä kalvo.
δ
(M
o Toinen laminaarinen substraattikerros voidaan muodostaa paperi-, pahvi- tai muoviarkista, i ro joka on oleellisesti kosteutta läpäisemätön.
x cc
CL
oo 30 Toivotun katalyyttisen aktiivisuuden saavuttamiseksi entsyymikerroksen avulla entsyymi co S sekoitetaan edullisesti elektroninsiirtovälittäjäaineen kanssa.
σ> o o
(M
Hapettava tai dehydrogenoiva entsyymi valitaan peroksidaasien ja oksidaasien joukosta. Joidenkin esimerkkien mainitsemiseksi: entsyymi voidaan valita oksidoreduktaasien (EC
5 1.), mukaan lukien dehydrogenaasien, joissa on NAD+, NADH+, NADP+ tai NADPH+ elektronin vastaanottajina (EC 1.1.1), esim. glukoosidehydrogenaasien (1.1.1.47), oksi-daasien, joissa on happi elektronin vastaanottajana (EC 1.1.3), esim. glukoosioksidaasien (EC 1.1.3.4), ja kinoproteiinidehydrogenaasien (EC 1.1.5), esim. kinoproteiiniglukooside-5 hydrogenaasien (EC 1.1.5.2), j oukosta.
Entsyymillä pitäisi olla riittävä aktiivisuus kennon aktivoimiseksi; edullisesti aktiivisuus on noin 1 - 100 000 nkat/g, edullisesti 10 - 1000 nkat/g, ja sitä käytetään määrässä 0,0001 -10 mg proteiinia/g katodikerroksen kuiva-ainetta.
10
Entsyymin aktiivisuus heijastuu edullisesti redox-potentiaalissaan, joka, ilmaistuna V vastaan NHE, on tyypillisesti noin 0,01 - 0,5, edullisesti ei enemmän kuin 0,3.
Edullisesti entsyymi valitaan kinoproteiiniglukoosidehydrogenaasista (EC 1.1.5.2), joka on 15 peräisin Gluconobacter oxydansista, Gluconobacter suboxydansista tai Acinetobacter cal-coaceticuksesta, tai glukoosioksidaasista (EC 1.1.3.4), joka on peräisin Aspergillus nigeris-tä, tai glukoosidehydrogcnaasista (1.1.1.47), joka on peräisin Pseudomonas sp.:stä tai
Thermoplasma aeidophilumista.
20 Esillä olevissa rakenteissa käytetyllä välittäjäaineella on edullisesti hyvät sähkökemialliset ominaisuudet.
Erityisesti välittäjäaine valitaan joukosta, joka koostuu TMPD:stä {N,N,N', A-tetrametyyli-/;-fcnylccnidiamiini), tetrasyaanikinodimetaanista (TCNQ), fenatsiinimetosulfaatista 25 (PMS), hydrokinonista, nikkeloseenistä ja dimetyyliferroseenistä, ferroseenistä, butyylifer-° roseenistä, ferroseenietikkahaposta, hydroksimetyyliferroseenistä, ferroseenidikarboksyy- o lihaposta, ferroseenikarboksaldehydistä ja muista ferroseenijohdannaisista ja niiden seok- cö sista.
x te
CL
oo 30 On edullista, että välittäjäainetta on läsnä pitoisuuksissa alueella noin 0,001 - noin 10,0 co S paino-% katodikerroksesta.
O) o o
(M
Lisäksi entsyymikerros sisältää sähköä johtavaa mustetta. Sähköäjohtava muste käsittää tyypillisesti sähköä johtavaa komponenttia, joka valitaan joukosta, joka koostuu hiilinano- 6 putkista, metallihiukkaista, hiilihiukkasista ja luontaisesti sähköä johtavista polymeereistä ja niiden seoksista ja mahdollisesti sideaineesta.
Polttoainekerros sisältää kemiallisen energian lähteen, joka valitaan mono- ja disakkaridien 5 joukosta. Näin ollen polttoainekerros sisältää esimerkiksi monosakkaridia, joka valitaan ksyloosin, glukoosin, arabinoosin, mannoosin, galaktoosin ja fruktoosin joukosta.
Menetelmä monikerrosrakenteen, joka on sopiva elektrodiksi virtalähteessä, valmistamiseksi käsittää tyypillisesti seuraavat vaiheet, nimittäin muodostetaan - valinnaisessa järjes-10 tyksessä - ensimmäinen laminaarinen rakenne muodostamalla polttoainekerros, joka sisältää kemiallisen energian lähdettä, joka käsittää oleellisesti kuivaa hiilihydraattimateriaalia; ja muodostetaan toinen laminaarinen rakenne muodostamalla entsyymikerros, joka sisältää oleellisesti kuivaa entsyymiä, joka kykenee hapettamaan tai dehydrogenoimaan hiilihyd-raattimateriaalin sopivissa olosuhteissa.
15
Ensimmäisen laminaarisen rakenteen polttoainekerros laitetaan sitten rajakkain olevaan suhteeseen toisen laminaarisen rakenteen entsyymikerroksen kanssa monikerrosrakenteen muodostamiseksi.
20 Ensimmäisen laminaarisen rakenteen muodostamisen vaihe käsittää edullisesti sen, että muodostetaan ensimmäinen substraattikerros; kerrostamalla ensimmäiselle substraattiker-rokselle sähköäjohtava kerros; ja muodostetaan sähköä johtavalle kerrokselle polttoaine-kerros, joka sisältää kemiallisen energian lähdettä, joka käsittää oleellisesti edellä kaltaista kuivaa hiilihydraattimateriaalia.
^ 25 ° On mahdollista kerrostaa polttoainekerros lietteestä tai liuoksesta. Lietteen hiilihydraattipi- o toisuus voi olla yleensä noin 0,1 - 75 %, edullisesti noin 1-50 %, erityisesti noin 1-30 % cö lietteen tai liuoksen kokonaispainosta. Sellainen kerros kuivataan tyypillisesti kerrostami- | sen jälkeen.
oo 30 oo S Edullisen suoritusmuodon mukaisesti, joka voidaan yhdistää minkä tahansa edellä olevien O) o suoritusmuotojen kanssa, vaihe, jossa muodostetaan toinen laminaarinen rakenne, käsittää toisen substraattikerroksen muodostamisen; ja muodostetaan toiselle substraattikerrokselle entsyymikerros. Tyypillisesti entsyymikerros sisältää oleellisesti kuivaa entsyymiä, joka 7 kykenee hapettamaan tai dehydrogenoimaan hiilihydraattimateriaalin sopivissa olosuhteissa. Entsyymit voivat olla minkä tahansa aikaisemmin selitettyjen kaltaisia. Kuten polttoai-nekerroksen tapauksen kanssa, entsyymikerros voidaan kerrostaa vesipitoisesta lietteestä tai liuoksesta, ja kerrostettu kerros kuivataan edullisesti kerrostamisen jälkeen.
5 Käyttämällä edellä olevia komponentteja ja menetelmiä sähköäjohtava kerros muodostetaan painamalla, päällystämällä tai ekvivalentilla tekniikalla, jolloin saadaan aikaan kerros, jonka keskimääräinen paksuus on noin 20 nm -100 pm.
10 Edellä selitetyn laminaarisen rakenteen päämäärän saavuttamiseksi, joka rakenne on sähköisesti vakaa valmistamisen ja varastoinnin aikana, on edullista, että joko entsyymikerros tai polttoainekerros on oleellisesti kuiva, kun anodirakennetta kootaan. Entsyymikerroksen tapauksessa maksimikosteuspitoisuus vähemmän kuin 10 % painosta, edullisesti vähemmän kuin noin 5 % painosta on edullinen. Samalla tavoin, "oleellisesti kuivan" polttoaine-15 kerroksen kosteuspitoisuus on vähemmän kuin 10 % painosta, edullisesti vähemmän kuin noin 5 % painosta. On erityisen edullista, että aktiivisten kerrosten (entsyymi ja polttoaine) kosteussisältö on vähemmän kuin noin 5 % kummankin painosta.
Seuraava ei-rajoittava esimerkki valaisee keksintöä.
20
Esimerkki 1. ALDH:n valmistaminen ja puhdistaminen Gluconobacter oxydansista
Gluconobacter oxydans -soluja ylläpidettiin ja kasvatettiin käyttämällä kolmivaiheista menetelmää. Lähtemällä 3 litran esikasvatuksesta ravistuspullossa, josta 28 litran esi-25 käymisastia ympättiin, jota käytettiin vuorostaan 23 tunnin kasvattamisen jälkeen 300 lit-° ran tuotantokäymisastian ymppäämiseksi. Toisen 23 tunnin kasvattamisen jälkeen viljelmä o (OD = 2,8) jäähdytettiin < 20°C:seen ja erotettiin Alfa Laval -separaattorissa. Biomassa- cö faasi oli 5,2 litraa, tämä materiaali sentrifugoitiin laboratoriosentrifugissa, josta oli tulok- c sena 970 g:n pakattu solumassafraktio (kuiva paino), jota säilytettiin -20 C:ssa ja käytettiin oo 30 ALDH-entsyymin puhdistamista varten. Tätä varten 200 g soluja hajotettiin ensin käyttä- co 2 mällä French-paineselliä 10 000 psi:ssä, minkä jälkeen ALDH voitiin uuttaa hajotteesta en o käyttämällä detergenttiä Triton X-100. Suoritettiin neljä peräkkäistä uuttamista, numeroi tuina I, II, lilja IV.
8 ALDH puhdistettiin näistä detergenttiuutteista käyttämällä kahta kolonnikromatografiame-nettelyä. Uute I ja II yhdistettiin ja samoin uutteet lilja IV, ja suoritettiin kaksi puhdistus-kierrosta alla kuvatun menetelmän mukaisesti (katso taulukko 1).
5 Raaka uute asetettiin ensin CM-Sepharose FF -kationivaihtokolonniin 10 mM NaAc-puskurissa pH 5,0, 0,1 % Triton X-100, ja sitten sitoutunut proteiini eluoitiin käyttämällä lineaarista suolagradienttia. ALDH:ta sisältävät fraktiot (entsymaattisen aktiivisuuden perusteella) kerättiin yhteen ja puhdistettiin edelleen käyttämällä UNO-Q FPLC -anionin-vaihtokolonnia 2,5 mM Tris-HCl:ssä pH 7,2, 0,1 % Triton X-100. Tämän jälkeen ALDH 10 oli puolipuhdasta arvioituna SDS-PAGElla. Kahden puhdistamisen saantojen katsauksen voi löytää taulukosta 1.
Tämä esimerkki valaisee aldoosidehydrogenaasin (ALDH) tuottamisen toteuttamiskelpoisuutta bakteerista Gluconobacter oxydans suuren mittakaavan fermentointi- ja puhdistus-15 menetelmässä. Tämä entsyymituotannon mittakaavan suurentaminen helpottaa painettujen entsyymielektrodien suuremman mittakaavan tuotantoa perustuen, joissa tätä entsyymiä käytetään katalyyttinä.
Taulukko 1. Katsaus ALDH:n tuottamisesta 200 g:sta soluja (kuiva paino), mikä 20 edustaa 1/5 fermentoinnista.
Erä Tilavuus Aktiivisuus [Proteiini] Kokonais-ALDH- (ml) (nkat/ml) (mg/ml) aktiivisuus (nkat)
Puhdistaminen I+II 10 298 4,7 2984
Puhdistaminen TTT+TV 20 79 0,45 1587 cu Yhteensä 4571 i oo - 0 co Esimerkki 2. Painetun pahvikennon kokoaminen cc
CL
oo 25 Entsyymielektrodien kerrokset valmistettiin päällystämällä tai painamalla sähköä johtavia
CO
cd musteita, jotka sisälsivät biokatalyyttisiä komponentteja, paperi-, pahvi- tai hiilihuopa- o o tuelle. Aktiivikomponentit saatiin ansaan tuelle musteen fysikaalisen immobilisointivaiku- tuksen avulla.
9
Painetun pahvikennon rakenne esitetään kuviossa 1.
Seuraavia menetelmiä käytettiin virtalähteen erilaisten kerrosten valmistamiseksi: Virroitinkerros 1 painettiin pahville (Cupforma classic PE, Stora Enso, Suomi) käyttämällä 5 kaupallista hiilipohjaista sähköä johtavaa mustetta (Peters Carbon-conductive ink SD 2843 HAL) silkkipainatuksella. Katodinen entsyymielektrodikerros 2 muodostettiin kuivalle virroitinkerrokselle käyttämällä entsyymiä sisältävää aktiivista mustetta, joka koostui 2,5 mksta kaupallista sähköä johtavaa mustetta (DuPont Carbon 5067), 200 mg hiilinanoputkia (moniseinämäinen, halkaisija 10-30 nm, puhtaus > 80 %, yhtiöltä Hydrocell), 400 nkat 10 lakkaasia, joka on peräisin Trametes hirsutasta (ThL), ja 50 mmol 2,2’-atsino-bis(3-etyylibentstiatsoliini-6-sulfonihappoa) (ABTS), mustetta laimennettua 50 mM Na-sukkinaattipuskuriin (pH 4,5) sopivaan konsistenssiin päällystämistä tai painamista varten. Kerros 3, joka muodostaa anodisen entsyymielektrodin, muodostettiin kuivalle virroitin-kerrokselle käyttämällä entsyymiä sisältävää aktiivista mustetta, joka sisälsi 2,5 ml kaupal-15 lista sähköä johtavaa mustetta (DuPont Carbon 5067), 200 mg hiilinanoputkia (moniseinämäinen, halkaisija 10 - 30 nm, puhtaus > 80 %, yhtiöltä Hydrocell), 400 nkat entsyymi aldoosidehydrogenaasia, joka oli peräisin Gluconobacter oxydansista (ALDH), ja 50 mmol rcdox-välittäjäainetta N’N’N’-tetrametyyli-p-fenyleenidiamiinia (TMPD), mustetta laimennettuna 50 mM K-fosfaattipuskurilla pH 6,0 sopivaan konsistenssiin päällystämistä tai 20 painamista varten. Polttoainekerros 4 muodostettiin kuivasta glukoosijauheesta, siroteltuna suoraan kuivalle anodikerrokselle. Erotuskerros 5 muodostettiin sellofaanikalvosta.
Käytettiin kahta erilaista menetelmää entsyymiä sisältävän sähköä johtavan kerroksen valmistamiseksi, käsin päällystämistä tai silkkipainatustekniikkaa. Käsin päällystäminen 25 suoritettiin käyttämällä K Hand Coater -laitettta yhtiöltä RK Print Coat Instruments Ltd.
ro Whatman 1 -suodatinpaperia ja sellofaanikalvoa (dialyysiputki) käytettiin painatussubst- o raattina. Päällystyskerrosten arvioitu paksuus oli noin 50 pm kummassakin menetelmässä.
^ Itsenäiset virtalähteet painettujen kerrosten kanssa koottiin sulkemalla virroitinkenOkset | entsyymielektrodeilla, polttoainekerroksilla j a erotuskerroksilla j oko grafiitti- tai pahvi- oo 30 kuorissa 6.
co co
CD
CD
o Virtalähteen käyttämiseksi se aktivoidaan kosteudella. Käytettiin puskuria, esimerkiksi natriumsukkinaattia pH 5,0:ssä. Aktivoiminen voitiin tehdä ennen tai jälkeen sulkemisen.
10
Jos kosteuttaminen tehtiin sulkemisen jälkeen, kuorikerros pitäisi varustaa riittävällä aukolla tai pienellä reiällä.
Esimerkki 3. Virroittimen hapen läpäisevyys 5
Polyetyleenipäällystetyn pahvin hapen läpäisevyys, sekä polyetyleenipäällystettylle pahville painetun virroittimen hapen läpäisevyys määritettiin 8001 Oxygen Permeability Analyzer -analysaattorilla. Käytettiin 50 %:n suhteellista kosteutta (RH) PE-päällystetyn pahvin mittaamisessa. Virroittimen hapen läpäisevyysläpäisevyys määritettiin 0 %:n, 50 %:n ja 80 10 %:n suhteellisessa kosteudessa. PE-päällystetyn pahvin hapen läpäisevyys mitattiin sekä ennen että jälkeen lämpökäsittelyn, jota tarvittiin virroittimen kovettamiseksi, mutta käsittelyllä ei ollut mitään vaikutusta pahvin hapen läpäisevyyteen. Pahville painetun virroittimen hapen läpäisevyys väheni 85 %:lla, arvosta 2000 cm3/m2/päivä arvoon 270 cm3/m2/päivä. Suhteellisella kosteudella ei näyttänyt olevan suurta vaikutusta virroittimen 15 hapen läpäisevyyteen. Hapen läpäisevyyden mittausten tulokset esitetään kuviossa 2.
Tämä esimerkki valaisee materiaalin, jolla on rajoitettu hapen läpäisevyys (so. 270 cm3/m2/päivä), sopivuutta käytettäväksi painetun entsymaattisen virtalähteen kuorimateri-aalina.
20
Esimerkki 4. Täysin entsymaattisen virtalähteen varauksenpurkuominaisuudet ALDH/ThL-kennot, jotka oli koottu kahden grafiittilevyn väliin, kuten edellä on osoitettu, testattiin resistiivisellä kuormalla 10-75 kOhm OVC-mittauksen jälkeen käyttämällä Agi-25 lent 34970A Data Acquisition/Switch Unit -laitetta 20 itsenäisellä asennolla.
δ
CM
o Painetun biopolttokennon purkuominaisuudet laskettuna kahdessa aikapisteessä (20 h ja 40 cö h) on esitetty kuviossa 3. Kuten käy ilmi, kennon maksimiantoteho oli 11 pW, mikä vastaa | tehon tiheyttä 0,84 pW/cm2.
oo 30 oo co Esimerkki 5. Täysin entsymaattisen virtalähteen voima-virta painetun anodin kanssa 05
O
O
CM
ALDH/ThL-kennon, joka oli koottu kahden grafiittilevyn väliin, kuten on osoitettu edellä, tehokäyrä mitattiin galvanostaatilla, joka oli kytketty tietokoneeseen. Mittaaminen aloitet 11 tiin mittaamalla joutokäyntijännite 40 minuutin ajan, minkä jälkeen otettu virta suurennettiin 0,2 μΑ:η askelein joka minuutti, kunnes kennojännite oli alle 0,1 V.
Kennon (6,25 cm2) lähtöteho kennojännitteen funktiona on esitetty kuviossa 4.
5
Esimerkki 6. Entsymaattinen polttokenno virtalähteenä digitaalista lämpömittaria varten
Kolme ALDH/ThL-kennoa (FC1.. .3 kuviossa 5) koottuna kahden PE-päällystetyn pahvin 10 arkin väliin, kuten edellä on osoitettu, yhdistettiin sarjaan ja kennoja käytettiin virtalähteenä nestekidenäytöllä varustettua digitaalista lämpömittaria varten. Tyypillisen digitaalisen lämpömittarin virrankulutus (1 - 1,2 V) lämpömittarin käyttövoimaa varten on esitetty kuvion 5 käyrässä. FCl:n ekvivalentti virtapiiri on osoitettu lähdejännitteellä Uo, sisäisellä resistanssilla Ri ja puhtaalla vastuksella R0hm ja sisäisellä tehollisella kondensaattorilla Ci. 15 Tämä esimerkki osoittaa, että entsymaattista virtalähdettä voidaan käyttää tehopotentiaali-sovelluksissa, joissa on pulssitettu latausprofiili.
Esimerkki 7. Painetun anodin säilyvyysvakaus 20 Aldoosidehydrogenaasia sisältävät kerrokset tuotettiin, kuten on osoitettu esimerkissä 5, säilytettiin erilaisissa olosuhteissa (-20°C, +4°C, +22 °C (ympäristö / 50 %:n suhteellinen kosteus / typen alla), ja jäljellä oleva entsymaattinen aktiivisuus perustuen hapen kulutus-nopeuteen kytkettynä välittäjäainehapetukseen määritettiin säilytyksen aikana, jotta arvioitiin painettujen kerrosten pitkäaikainen säilyvyysvakaus. Matalien lämpötilojen -20°C ja 25 +4°C havaittiin olevan ihanteellisia entsymaattisen aktiivisuuden säilyttämiseksi (vrt. kuvio cu 6).
ob o i oö Glyserolin ja karboksimetyyliselluloosan (CMC) lisääminen johti suurentuneeseen vakau- c teen huoneenlämpötilassa ja lisäaineiden, joita lisättiin sähköä johtavaan musteeseen, kans- oo 30 sa aktiivisuutta voitiin pitää yllä jopa 7 viikkoa (vrt. kuvio 7).
oo oo
CD
σ> o Näin ollen tämä esimerkki valaisee ALDFkn sopivuutta painettuna, sähköä johtavana bio aktiivisena kerroksena.
12
Esimerkki 8. Anodisen kerroksen säilytyslämpötilan vaikutus virtalähteen suorituskykyyn ALDH/ThL-kennot, jotka oli rakennettu kahden grafiittilevyn väliin, kuten edellä on osoi-5 tettu, testattiin resistiivisellä kuormalla 15 kOhm OVC-mittaamisen jakson jälkeen käyttämällä Agilent 34970A Data Acquisition /Switch Unit -yksikköä 20 itsenäisellä asennolla. ALDH:ta sisältäviä painettuja kerroksia säilytettiin 49 päivää (+4,5 °C tai +25 °C).
Säilytyslämpötilan vaikutus avoimeen kennojännitteeseen ja varatun kennon jännitteeseen 10 (15 kOhm) esitetään kuviossa 8.
Tämä esimerkki osoittaa, että painettuja kerroksia voidaan säilyttää useita viikkoja ennen niiden käyttöä entsymaattisessa virtalähteessä ja edullinen lämpötila on jääkaappilämpöti-la.
15
Esimerkki 9. Optimoitu glukoosipitoisuus ALDH:ta varten
Aldoosidehydrogenaasin entsymaattinen aktiivisuus mitattiin spektrofotometrisesti käyttämällä fenatsiinimetosulfaatti (PMS) - dikloorifenoli-indofenoli (DCIP) -välittäjä-20 aincjärjcstclmää glukoosin erilaisten pitoisuuksien läsnä ollessa. Pitoisuusalueella välillä 100 - 800 mM aktiivisuus oli käytännöllisesti riippumaton glukoosipitoisuudesta (vrt. kuvio 9).
Tämä esimerkki valaisee, että entsymaattinen katalyytti on toimiva polttoaineen laajalla 25 pitoisuusalueella.
δ
(M
o Esimerkki 10. Optimoitu glukoosipitoisuus painettua ALDH-elektrodia varten δ c ALDH/ThL-kennot, jotka rakennettiin kahden grafiittilevyn väliin, kuten on osoitettu edel- oo 30 lä, testattiin resistiivisellä kuormalla 30 kOhm OVC-mittauksen jakson jälkeen käyttämällä co S Agilent 34970A Data Acquisition /Switch Unit -yksikköä. Kennorakenteessa käytettiin O) o erilaisia glukoosin määriä.
(M
Tulokset esitetään kuviossa 10.
13
Kuten käy ilmi, havaittiin, että kennon antoteho oli korkeimmillaan, kun glukoosin määrä oli 50 mg (0,28 mmol) (vastaten 700 mM:ää, jos kaikki glukoosista on liuennut kennoon). Polttoaineen kulutus voidaan laskea yhtälöllä (1), jossa glukoosipolttokennon tapauksessa, 5 z:n arvo on 2 ja F on Faradayn vakio. Esimerkiksi, glukoosin tämä määrä, 0,28 mmol, on riittävä tuottamaan 100 μΑ:η virta kuuden päivän ajan.
=> n polttoainein*) = ^ ^ 10 Esimerkki 11. Painetun entsymaattisen virtalähteen pursketesti
Kolme ALDH/YThL-entsymaattista virtalähdettä, jotka koottiin kahden grafiittilevyn väliin, kuten edellä on osoitettu, yhdistettiin sarjassa ja 5 mA:n virtapurske otettiin 3 sekunnin ajan joka 20. minuutti. Kennojännite ajan funktiona esitetään kuviossa 11.
15 Tämä esimerkki osoitti, että jopa jos kennojännite tippuu alas 0 V:iin joka purskeen aikana, avoin virtapiirijännite pitäisi olla ylläpidetty kautta koko kokeen useiden tuntien ajan.
Esimerkki 12. Kondensaattorin sisältävän painetun entsymaattisen virtalähteen 20 pursketesti
Kolme ALDH/AThL-entsymaattista virtalähdettä, jotka oli koottu kahden grafiittilevyn välille, kuten edellä on osoitettu, yhdistettiin sarjaan 0,16 F kaupallisen kondensaattorin kanssa ja 5 mA:n virtapurske otettiin 3 sekunnin ajan joka 20. minuutti. Kennojännite ajan ^ 25 funktiona esitetään kuviossa 12.
o
(M
CO
' Tämä esimerkki osoitti, että kondensaattorilla voitiin järjestelmän latauskykyä merkittäväs-
CO
ti suurentaa, kun aika pulssien välillä on riittävän pitkä, jotta sallitaan kondensaattorin la- cc tautuminen.
So 30
CO
CO
g Esimerkki 13. Aldoosidehydrogenaasin ja glukoosioksidaasin vertailu o
CM
ALDH/ThL-kennot, jotka oli koottu kahden grafiittilevyn väliin, kuten edellä on osoitettu, testattiin resistiivisellä kuormalla 0-50 kOhm OVC-mittauksen ajanjakson jälkeen käyt 14 tämällä Agilent 34970A Data Acquisition/Switch Unit -yksiköllä 20 itsenäisellä asennolla. Rinnakkain ALDH:ta sisältävien kennojen kanssa valmistettiin virtalähteet, jotka sisältävät vastaavan määrän glukoosioksidaasia (Gox) anodisena entsyyminä, ja testattiin kolmessa pH-olosuhteessa (4,5, 5 ja 6).
5
Kuten voidaan nähdä kuviossa 13 raportoiduista tuloksista, havaittiin, että tietyissä olosuhteissa TMPD:n kanssa elektroninsiirtovälittäjäaineena, ALDH:n suorituskyky oli parempi kuin GOx:n.
10 δ
(M
oo o δ
X
en
CL
00 00 00
CD
O) o o
(M

Claims (34)

1. Monikerrosrakenne, joka on sopiva elektrodina virtalähteessä, tunnettu siitä, että rakenne käsittää 5. sähköä johtavan laminaarisen kerroksen, - laminaarisen entsyymikerroksen, joka sisältää oleellisesti kuivaa entsyymiä, joka kykenee hapettamaan tai dehydrogenoimaan hiilihydraattimateriaalin sopivissa olosuhteissa, ja - laminaarisen polttoainekerroksen, joka sisältää kemiallisen energian lähteen, joka 10 käsittää oleellisesti kuivaa hiilihydraattimateriaalia, jolloin polttoainekerros rajoittuu entsyymikerrokseen siten, että muodostuu monikerrosra-kenne.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että se sisältää 15 lisäksi laminaarisen kerroksen, joka kyetään kostuttamaan kosteuden tai veden siirtämiseksi entsyymikerrokseen.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että polttoai-nekerros on suorassa kosketuksessa entsyymikerroksen kanssa. 20
4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että laminaari-nen kerros, joka kyetään kostuttamaan, asetetaan polttoainekerroksen ja entsyymikerroksen väliin.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että välikerros ro on huokoinen. i 00 o ro 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että välikerros Ee käsittää huokoista substraattia, joka valitaan joukosta, joka koostuu huokoisista kuitukan- CL oo 30 kaista tai arkeista, joiden alkuperä on luonnollinen tai synteettinen, erityisesti huokoinen oo 2 substraatti valitaan selluloosa- ja lignoselluloosamateriaaleista, kuten paperi- tai pahviar- 05 o keistä, esim. suodatinpaperista. c\i 7. .Tonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että entsyymikerros kerrostetaan ensimmäiselle laminaariselle substraattikerrokselle.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 2-7 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että 5 polttoainekerros kerrostetaan toiselle laminaariselle substraattikerrokselle.
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että käsittää lisäksi pintakerroksen, jonka muodostaa kalvo, joka on ioneja läpäisevä.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että kalvo muodostaa ensimmäisen laminaarisen substraattikerroksen.
11. Jonkin patenttivaatimuksen 6-10 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että toinen laminaarinen substraattikerros muodostuu paperin, pahvin tai muovin arkista, 15 joka on oleellisesti kosteutta läpäisemätön.
12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että entsyymi sekoitetaan elektroninsiirto välittäjäaineen kanssa.
13. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että hapettava entsyymi valitaan peroksidaasien ja oksidaasien joukosta.
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että entsyymi valitaan oksidoreduktaasien (EC 1.), mukaan lukien dehydrogenaasien, joissa on 25 NAD+, NADH+, NADP+ tai NADPH+ elektronin vastaanottajina (EC 1.1.1), esim. glu-° koosidehydrogenaasien (1.1.1.47), oksidaasien, joissa on happi elektronin vastaanottajana o (EC 1.1.3), esim. glukoosioksidaasien (EC 1.1.3.4) ja kinoproteiinidehydrogenaasien (EC cö 1.1.5), esim. kinoproteiiniglukoosidehydrogenaasien (EC 1.1.5.2) joukosta. x cc CL oo 30 15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että co 2 entsyymin aktiivisuus on noin 1 - 100 000 nkat/g, edullisesti 10 - 1000 nkat/g, ja sitä käyte- 05 o tään määrässä 0,0001 - 10 mg proteiini/g katodinkerroksen kuiva-ainetta. c\i
16. Jonkin patenttivaatimuksen 13-15 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että entsyymin redox-potentiaali, ilmaistuna V vastaan NHE, ei ole suurempi kuin 0,3.
17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että entsyy-5 mi valitaan kinoproteiiniglukoosidehydrogenaasista (EC 1.1.5.2), joka on peräisin Glu- conobacter oxydansista, Gluconobacter suboxydansista tai Acinetobacter calcoaceticuk-sesta, tai glukoosioksidaasista (EC 1.1.3.4), joka on peräisin Aspergillus nigeristä, tai glu-koosidehydrogenaasista (1.1.1.47), joka on peräisin Pseudomonas sp.:stä tai Thermoplas-ma aeidophilumista. 10
18. Jonkin patenttivaatimuksen 12-17 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että välittäjäaineella on hyvät sähkökemialliset ominaisuudet.
19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että välittä-15 jäaine valitaan joukosta, joka koostuu ABTS:stä [2,2'-atsino-bis(3-etyylibentsotiatsoliini-6- sulfonihappo)], metyylisyringaatista [metyyli-3,5-dimetoksi-4-hydroksibentsoaatti] ja muista metoksi- ja dimetoksifenoleista, ja ferroseenikarboksialdehydistä ja muista fer-roseenijohdannaisista, ja niiden seoksista.
20. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että välittäjäainetta on läsnä pitoisuudessa 0,001 - 10,0 paino-% katodikerroksesta.
21. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että entsyymikerros sisältää lisäksi sähköä johtavaa mustetta. 25 cm 22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että sähköä i o johtava muste käsittää sähköä johtavaa komponenttia, joka valitaan joukosta, joka koostuu n hiilinanoputkista, metallihiukkasista, hiilihiukkasista ja luontaisesti sähköä johtavista po- | lymeereistä ja niiden seoksista, ja mahdollisesti sideainetta. oo 30 oo
23. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu o siitä, että sähköäjohtava kerros muodostetaan painamalla, päällystämällä tai ekvivalentilla tekniikalla, jotta saadaan aikaan kerros, jonka keskimääräinen paksuus on noin 20 nm -100 um.
24. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että polttoainekerros sisältää kemiallisen energian lähdettä, joka valitaan mono- ja disakkaridien joukosta.
25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että poltto- ainekerros sisältää monosakkaridia, joka valitaan ksyloosin, glukoosin, galaktoosin ja fruktoosin joukosta.
26. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu 10 siitä, että oleellisesti kuivan entsyymikerroksen kosteussisältö on vähemmän kuin 10 % painosta, edullisesti vähemmän kuin noin 5 % painosta.
27. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen monikerrosrakenne, tunnettu siitä, että oleellisesti kuivan polttoainekerroksen kosteussisältö on vähemmän kuin 10 % 15 painosta, edullisesti vähemmän kuin noin 5 % painosta.
28. Menetelmä monikerrosrakenteen valmistamiseksi, joka on sopiva elektrodina virtalähteessä, tunnettu siitä, että vaiheet, joissa muodostetaan, valinnaisessa järjestyksessä, a) ensimmäinen laminaarinen rakenne 20. muodostamalla polttoainekerros, joka sisältää kemiallisen energian lähteen, joka käsittää oleellisesti kuivaa hiilihydraattimateriaalia; ja b) toinen laminaarinen rakenne - muodostamalla entsyymikerros, joka sisältää oleellisesti kuivaa entsyymiä, joka kykenee hapettamaan tai dehydrogenoimaan hiilihydraattimateriaalin sopivissa olo- 25 suhteissa; ja seuraavaksi cv c) rajataan ensimmäisen laminaarisen rakenteen polttoainekerros toisen laminaarisen o rakenteen entsyymikerroksen kanssa monikerrosrakenteen muodostamiseksi, cö ir 29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan CL oo 30 ensimmäinen laminaarinen rakenne, käsittää sen, että co S - muodostetaan ensimmäinen substraattikerros; CD o - kerrostetaan ensimmäiselle substraattikerrokselle sähköäjohtava kerros; ja - muodostetaan sähköä johtavalle kerrokselle po lttoainekerros, joka sisältää kemiallisen energian lähdettä, joka käsittää oleellisesti kuivaa hiilihydraattimateriaalia.
30. Patenttivaatimuksen 28 tai 29 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe, jossa muodostetaan toinen laminaarinen rakenne, käsittää sen, että - muodostetaan toinen substraattikerros; ja 5. muodostetaan toiselle substraattikerrokselle entsyymikerros, jolloin mainittu kerros sisältää oleellisesti kuivaa entsyymiä, joka kykenee hapettamaan tai dehydro-genoimaan hiilihydraattimateriaalin sopivissa olosuhteissa.
31. Jonkin patenttivaatimuksen 28 - 30 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mai-10 nittu sähköäjohtava kerros erotetaan mainitusta entsyymikerroksesta välikerroksella, joka kyetään kostuttamaan.
32. Jonkin patenttivaatimuksen 28-31 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittää sen, että saadaan aikaan laminaarinen rakenne, joka on sähköisesti vakaa valmistami- 15 sen ja säilytyksen aikana.
33. Jonkin patenttivaatimuksen 28 - 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polt-toainekerros kerrostetaan lietteestä ja mainittu kerros kuivataan kerrostamisen jälkeen.
34. Jonkin patenttivaatimuksen 28 - 33 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ent syymikerros kerrostetaan vesipitoisesta lietteestä ja mainittu kerros kuivataan kerrostamisen jälkeen. δ (M CO cp δ X cc CL CO CO CO CO Oi o o CM
FI20096338A 2009-12-16 2009-12-16 Monikerrosrakenne FI122265B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096338A FI122265B (fi) 2009-12-16 2009-12-16 Monikerrosrakenne
EP10837114.7A EP2514017B1 (en) 2009-12-16 2010-12-16 A multilayered structure
PCT/FI2010/051048 WO2011073530A1 (en) 2009-12-16 2010-12-16 A multilayered structure
ES10837114.7T ES2675121T3 (es) 2009-12-16 2010-12-16 Una estructura multicapa
US13/516,332 US9614243B2 (en) 2009-12-16 2010-12-16 Multilayered structure comprising an enzyme layer

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096338 2009-12-16
FI20096338A FI122265B (fi) 2009-12-16 2009-12-16 Monikerrosrakenne

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20096338A0 FI20096338A0 (fi) 2009-12-16
FI20096338L FI20096338L (fi) 2011-06-17
FI122265B true FI122265B (fi) 2011-11-15

Family

ID=41462799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20096338A FI122265B (fi) 2009-12-16 2009-12-16 Monikerrosrakenne

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9614243B2 (fi)
EP (1) EP2514017B1 (fi)
ES (1) ES2675121T3 (fi)
FI (1) FI122265B (fi)
WO (1) WO2011073530A1 (fi)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013114973A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Toyota Motor Corp 燃料電池
FI127226B (fi) * 2013-12-20 2018-01-31 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Menetelmä ja laite ihon käsittelemiseksi
KR20170043467A (ko) * 2015-10-13 2017-04-21 동국대학교 산학협력단 식물토양전지

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3403053A (en) * 1962-07-09 1968-09-24 Trw Inc Enzyme activated biochemical battery
US7166208B2 (en) 2004-03-03 2007-01-23 Stephen Eliot Zweig Apoenzyme reactivation electrochemical detection method and assay
JP5044900B2 (ja) * 2004-06-07 2012-10-10 ソニー株式会社 燃料電池、電子機器、移動体、発電システム及びコージェネレーションシステム
WO2006132595A1 (en) 2005-06-04 2006-12-14 Agency For Science, Technology And Research Laminated battery
JP2007103307A (ja) 2005-10-07 2007-04-19 Sony Corp 燃料電池の製造方法、燃料電池、燃料電池用負極の製造方法、燃料電池用負極、電子機器、移動体、発電システム、コージェネレーションシステム、酵素反応利用装置の製造方法、酵素反応利用装置、酵素反応利用装置用電極の製造方法、酵素反応利用装置用電極および固定化方法
EP1952469A4 (en) 2005-11-02 2009-12-16 Univ St Louis DIRECT TRANSFER OF ELECTRONS USING ENZYMES IN BIOANODES, BIOCATHODS AND BIOCULTURABLE BATTERIES
JP5251130B2 (ja) * 2006-02-02 2013-07-31 宇部興産株式会社 生体分子固定化炭素膜
FI20061064A0 (fi) 2006-06-19 2006-12-01 Valtion Teknillinen Uudet ohutkalvorakenteet

Also Published As

Publication number Publication date
EP2514017A4 (en) 2014-12-24
FI20096338L (fi) 2011-06-17
FI20096338A0 (fi) 2009-12-16
US20130017457A1 (en) 2013-01-17
EP2514017A1 (en) 2012-10-24
EP2514017B1 (en) 2018-04-18
US9614243B2 (en) 2017-04-04
ES2675121T3 (es) 2018-07-06
WO2011073530A1 (en) 2011-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Biofilm formation and electricity generation of a microbial fuel cell started up under different external resistances
US9912000B2 (en) Fuel cell, manufacturing method thereof, electronic apparatus, enzyme-immobilized electrode, manufacturing method thereof, water-repellent agent, and enzyme immobilizing material
EP3804013B1 (fr) Biopile a reservoir de combustible
Xia et al. Direct energy conversion from xylose using xylose dehydrogenase surface displayed bacteria based enzymatic biofuel cell
US20230361329A1 (en) Dual-cathode fuel biocell
FI119267B (fi) Biokatalyyttinen suora-alkoholipolttokenno
US20110059374A1 (en) Fuel cell and electronic apparatus
FI122265B (fi) Monikerrosrakenne
CN102918698A (zh) 燃料电池
Tremouli et al. Anaerobic degradation of pure glycerol for electricity generation using a MFC: the effect of substrate concentration
WO2010041685A1 (ja) 燃料電池、電子機器および燃料電池用緩衝液
US9257709B2 (en) Paper-based fuel cell
JP2013084363A (ja) バイオ燃料電池モジュール
WO2010089741A9 (en) Systems and methods for bio-electricity production
Topcagic et al. Characterization/optimization of oxygen biocathodes for membraneless biofuel cells
KR102787487B1 (ko) 연료 저장소를 갖는 바이오셀
ÇATAL ISTANBUL TECHNICAL UNIVERSITY★ INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
JP2018137091A (ja) バイオ燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTT

Free format text: TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTT

FG Patent granted

Ref document number: 122265

Country of ref document: FI