Abstracts Category : Other

Nanostructured direct electron transfer based biocathodes for applications in biofuel cells

by Bari Chiara Di

En los ltimos aos las biopilas de combustible han suscitado un fuerte inters sobre todo por su posible utilizacion en condiciones in vivo y ex vivo. Las biopilas de combustible pueden utilizar catalizadores enzimticos tanto en el nodo como en el ctodo. La mayora de las biopilas estn basadas en oxidacin de glucosa en el nodo y reduccin de oxgeno en el ctodo, siendo dos substratos muy comunes en los fluidos fisiolgicos humanos.Las dos oxidasas multicobre, lacasa y bilirrubina oxidasa, y celobiosa deshidrogenasa han sido estudiadas como posibles biocatalizadores, de la reduccin de oxgeno y de la oxidacin de glucosa, respectivamente. Las lacasas suelen presentar mayor actividad a pH acido y son ms inhibidas por los iones cloruros que la bilirrubina oxidasa. Por lo tanto, se han diseado lacasas mutadas por evolucin dirigida, que sean activas tambin a pH fisiolgico, y se han introducido cistenas por mutagenesis dirigida para favorecer la orientacin ptima de las enzimas sobre electrodos de oro.El objetivo principal de esta Tesis doctoral ha sido enfocado en el desarrollo de biocatodos, porque representan la parte limitante del sistema debido a la baja disponibilidad de oxgeno en el cuerpo humano. El desarrollo de los bioelectrodos ha sido realizado estudiando distintos materiales como electrodos y la optimizacin de estrategias de inmovilizacin de enzimas. De hecho, la correcta estrategia permite de mejorar la estabilidad a largo plazo del bioelectrodo consiguiendo la ptima conexin del enzima con el soporte. Adems, materiales nanoestructurados de gran rea superficial permiten inmovilizar mayores cantidades de enzima y consecuentemente obtener mayor respuesta cataltica. Nanohilos de oro, oro macroporosos, ITO y materiales de carbn han sido utilizados para realizar este objetivo, obteniendose corrientes de 1.5 mA/cm2 por la reduccin de oxgeno.Los sistemas basados en trasferencia electrnica directa se prefieren para el desarrollo de biopilas de combustible porque de esta manera se evitan las desventajas que pueden presentar el uso de mediadores y al mismo tiempo es ms fcil el diseo de biopilas de combustibles miniaturizadas. Por estas razones todas las estrategias de inmovilizacin desarrolladas en esta Tesis han sido enfocadas en obtener trasferencia electrnica directa entre el biocatalizador y el electrodo.Finalmente, se ha presentado la combinacin de una biopila de combustible convencional con un capacitor electroqumico con el fin de superar las limitaciones de ambos sistemas, obteniendo una potencia mxima de 0.6 W a un voltaje operacional de 0.15 V. Este sistema hbrido ha sido tambin utilizado in condiciones ex vivo, conectndolo directamente a la vena dorsal de un voluntario.Advisors/Committee Members: Lpez de Lacey, Antonio (dir.), Pita Martnez, Marcos (dir.), UAM. Departamento de Qumica Analtica y Anlisis Instrumental, CSIC.Institute of Catalysis and Petrochemistry.