Direct electron transfer based biofuel cells : operating in vitro and in vivo

DSpace Repository

Direct electron transfer based biofuel cells : operating in vitro and in vivo

Show full item record

Files for download

Paper VIII
Facebook

Simple item record

Publication Doctoral Thesis
Title Direct electron transfer based biofuel cells : operating in vitro and in vivo
Author(s) Falk, Magnus
Date 2014
English abstract
The focus of this thesis is the development and design of direct electron transfer based enzymatic fuel cells, with the possible use in biomedical applications. For biodevice fabrication, macro- and micro-scaled nanostructured gold electrodes were fabricated and characterized in detail, employing electrochemical techniques, as well as atomic force microscopy and scanning electron microscopy. The nanostructured electrodes were utilized together with suitable (bio)catalysts to achieve efficient catalysis of suitable biofuel and biooxidant. Oxygen was utilized as biooxidant, employing the enzyme bilirubin oxidase together with nanostructured electrodes to achieve efficient bioelectrocatalysis. The mechanism of bioelectrocatalytic reduction of oxygen by bilirubin oxidase was investigated in detail utilizing electrochemical techniques combined with quantum mechanic/molecular mechanic modeling. Carbohydrates were utilized as the main biofuel in most of the studies, by employing cellobiose dehydrogenase immobilized on nanostructured electrodes. Additionally, tetracyanoquinodimethane and tetrathiafulvalene were employed as efficient catalysts of ascorbate. The performance of assembled enzymatic fuel cells were in-vestigated in vitro in complex buffers and human physiological fluids, as well as in vivo evaluated using different electrochemical techniques.
Swedish abstract
I vår moderna värd är vi väldigt beroende av elektrisk energi som vi använder för det mesta i får vardag: för att lysa upp våra hus, generera värme, driva våra datorer och mobiltelefoner och mycket mer. Produktion av elektrisk energi har dock ofta en negativ på-verkan på vår miljö. Ett alternativt sätt att producera elektrik energi är att använda sig av bränsleceller, vilka kan liknas vid öppna batterier som ständigt kan förses med nytt bränsle och således inte behöver bytas ut efter ett tag. Bränslet som används kan väljas så att dess förbrukning inte innebär någon negativ påverkan på miljön. Den här avhandlingen fokuserar sig på en viss typ av bränsleceller, där man använder sig av specifika proteiner, enzymer, för att omvandla energi från bränslet till elektrisk energi. Som bränsle kan vanligt förekommande kolhydrater, dvs. socker, samt syre användas. Socker och syre används även av vår kropp för att skapa energi, och genom att använda sig av rätt sorts enzymer kan även bränsleceller använda sig av dessa ämnen för att producera elektrisk energi. Således är det möjligt för dessa bränsleceller att producera elektrisk energi placerade inuti oss. Dessa biobränsleceller kan sedan användas för att driva t.ex. olika sensorer direkt i vår kropp som kontinuerligt skulle kunna ge information till sjukvården, utan att använda sig av batterier som behöver bytas ut. Avhandlingen är baserad på att undersöka hur olika bränsleceller som använder sig av enzym fungerar samt att testa dem i olika mänskliga kroppsvätskor samt även inuti levande organismer. Genom att öka förståelsen för detta är förhoppningen att bränsleceller baserade på enzym inom en inte allt för avlägsen framtid kan finna tillämpningar som elektriska försörjare för t.ex. självförsörjande biomedicinska sensorer.
Publisher Malmö University, Faculty of Health and Society
Series/Issue Doctoral Dissertation;1
ISSN 1653-5383
ISBN 978-91-7104-529-4
978-91-7104-530-0
Pages 60 s.
Language eng (iso)
Subject(s) biofuel cell
direct electron transfer
enzymes
gold nanoparticles
implantable biomedical devices
Sciences
Research Subject Categories::NATURAL SCIENCES
Included papers
  1. I. T. Vidakovic-Koch, I. Ivanov, M. Falk, S. Shleev, T. Ruzgas, K. Sundmacher, Electroanalysis, 23 (2011) Impact of the gold support on the electrocatalytic oxidation of sugars at enzyme-modified electrodes

  2. II. M. Falk, Z. Blum, S. Shleev, Electrochimica Acta, 82 (2012) Direct electron transfer based enzymatic fuel cells

  3. III. X. Wang, M. Falk, R. Ortiz, H. Matsumura, J. Bobacka, R. Ludwig, M. Bergelin, L. Gorton, S. Shleev, Biosensors & Bioelectronics, 31 (2012) Mediatorless sugar/oxygen enzymatic fuel cells based on gold nanoparticlemodified electrodes

  4. IV. M. Falk, V. Andoralov, Z. Blum, J. Sotres, D.B. Suyatin, T. Ruzgas, T. Arnebrant, S. Shleev, Biosensors & Bioelectronics, 37 (2012) Biofuel cell as a power source for electronic contact lenses

  5. V. M. Falk, V. Andoralov, M. Silow, M. D. Toscano, S. Shleev, Analalytical Chemistry, 85 (2013) Miniature biofuel cell as a potential power source for glucose-sensing contact lenses

  6. VI. M. Falk, L. Lindh, T. Arnebrant, S. Shleev, Submitted manuscript, Miniature direct electron transfer enzymatic fuel cell operating in human sweat and saliva

  7. VII. M. Falk, C.W. Narvaez Villarrubia, S. Babanova, P. Atanassov, S. Shleev, ChemPhysChem, 14 (2013) Biofuel cells for biomedical applications: colonizing the animal kingdom

  8. VIII. V. Andoralov, M. Falk, D. Suyatin, M. Granmo, J. Sotres, R. Ludwig, V. Popov, J. Schouenborg, Z. Blum, S. Shleev. Scientific Reports, 3 (2013). Biofuel cell based on microscale nanostructured electrodes with inductive coupling to rat brain neurons

  9. Appendix A. S. Shleev, V. Andoralov, M. Falk, C.T. Reimann, T. Ruzgas, M. Srnec, U. Ryde, L. Rulisek, Electroanalysis, 24 (2012) On the possibility of uphill intramolecular electron transfer in multicopper oxidases: electrochemical and quantum chemical study of bilirubin oxidase.

  10. Appendix B. D.M. Mate, D. Gonzalez-Perez, M. Falk, R. Kittl, M. Pita, A.L. De Lacey, R. Ludwig, S. Shleev, M. Alcalde, Chemistry & Biology, 20 (2013) Blood tolerant laccase by directed evolution

Handle http://hdl.handle.net/2043/16111 (link to this page)
Buy print http://webshop.holmbergs.com...16111 (print-on-demand service)

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record

Search


Browse

My Account

Statistics