[發明專利]一種酶生物燃料電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210046565.4
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102593494A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 董紹俊;張玲玲;周明
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波;逯長明

技術領域

本發明涉及生物燃料電池領域，特別涉及酶生物燃料電池及其制備方法。

背景技術

生物燃料電池是以有機物為燃料，利用酶或微生物作為催化劑，直接將有機物中的化學能轉化為電能的一類特殊的燃料電池。生物燃料電池具有能量轉化率高、生物相容性好、原料來源廣泛等優點，是一種真正意義上的綠色電池，在醫療、航空、環境治理等領域均有重要的使用價值。

酶生物燃料電池是采用氧化還原酶作為催化劑催化燃料氧化的生物燃料電池，其在陽極產生氫離子及自由電子，陰極利用氫離子和自由電子將過氧化物或氧還原為水，從而完成電子的流動，將化學能轉化為電能。酶生物燃料電池中，包括電極和填充有有機物燃料的電解池，酶可以溶解在含有燃料和氧化劑的溶液中，也可以固定在電極上。近年來，隨著修飾酶電極技術的發展，大多數酶型生物燃料電池均采用陰、陽極均為固定酶電極的結構。但是現有的酶生物燃料電池均為電解池結構，不利于攜帶。

紙芯片是一種新型生化實驗的平臺，2007年Harvard?University的G.Whitesides小組就在圖案化的紙上同時檢測了尿液中的葡萄糖和蛋白質，該紙芯片制作簡單，成本低，方便實用，試劑用量少，不需要其他額外的輔助設備。以紙為基底的微流控裝置是一項從低技術材料中發展高技術功能的微流控體系，因此具有廣闊的應用前景，如可用于微分析裝置，包括醫療診斷，藥物研發，環境質量檢測等。Stanford?University的Y.Cui小組在2009年首次將超級電容器整合到導電紙上，其各項指標均優于采用一般基底構建的超級電容器，可發展為一種低成本高效能的超級電容器或者鋰離子電池。本發明人考慮，可以將紙芯片與酶生物燃料電池結合起來，構建一種便攜式的酶生物燃料電池。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種酶型生物燃料電池及其制備方法，所述酶型生物燃料電池結構簡單，便于攜帶。

本發明提供了一種酶生物燃料電池，包括具有親水區域的疏水性基底；

印刷于所述親水區域內且固定有陰極酶的陰極；

印刷于所述親水區域內且固定有陽極酶的陽極；

填充于所述親水區域內的流體燃料。

優選的，所述疏水性基底為經過疏水處理的紙、纖維素膜或紡織布。

優選的，所述陰極為納米材料修飾的碳電極，所述陽極為納米材料修飾的碳電極。

優選的，所述納米材料為離子液體修飾的碳納米管。

優選的，所述流體燃料為含有葡萄糖的溶液。

本發明還提供了一種酶生物燃料電池的制備方法，包括以下步驟；

a)提供具有親水區域的疏水性基底；

b)在所述親水區域內分別印刷電極，得到第一電極和第二電極；

c)將陰極酶固定于所述第一電極上，得到陰極；將陽極酶固定于所述第二電極上，得到陽極；

d)向所述親水區域內填充流體燃料，得到酶生物燃料電池。

優選的，所述步驟a)具體為：

用負性光刻膠浸潤親水性基底，得到帶有負性光刻膠的基底；

將掩膜覆蓋于所述帶有負性光刻膠的基底上；

對所述覆蓋了掩膜的帶有負性光刻膠的基底進行曝光處理；

去除掩膜，洗脫顯影，得到具有親水區域的疏水性基底。

優選的，所述步驟b)具體為：

b1)在所述親水區域內分別印刷電極，得到第一電極和第二電極；

b2)用納米材料對所述第一電極進行修飾，用納米材料對所述第二電極進行修飾。

優選的所述印刷為絲網印刷或激光打印。

優選的，所述步驟c)具體為：

將陰極酶溶于緩沖液中，將得到的陰極酶溶液涂覆于所述第一電極后進行干燥處理，得到陰極；

將陽極酶溶于緩沖液中，將得到的陽極酶溶液涂覆于所述第二電極后進行干燥處理，得到陽極。