The 32 reference contexts in paper Ю. Плеханова В., С. Тарасов Е., А. Быков Г., Н. Присяжная В., Т. Тенчурин Х., С. Чвалун Н., А. Орехов С., А. Шепелев Д., П. Готовцев М., А. Решетилов Н. (2019) “АНОД БИОТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ БАКТЕРИЯМИ И ИХ МЕМБРАННЫМИ ФРАКЦИЯМИ” / spz:neicon:nanorf:y:2018:i:0:p:77-84

  1. Start
    2048
    Prefix
    Полученные результаты могут быть успешно использованы при конструировании биосенсоров и мБТЭ. ВВЕДЕНИЕ Углеродные волокна в настоящее время широко используются как материал электродов для топливных ячеек
    Exact
    [1]
    Suffix
    , суперконденсаторов [2] и проточных редоксаккумуляторов [3]. Значительное внимание уделяется углеродным волокнам на основе полиакрилонитрила (ПАН), обладающим высокодисперсной структурой.
    (check this in PDF content)

  2. Start
    2074
    Prefix
    Полученные результаты могут быть успешно использованы при конструировании биосенсоров и мБТЭ. ВВЕДЕНИЕ Углеродные волокна в настоящее время широко используются как материал электродов для топливных ячеек [1], суперконденсаторов
    Exact
    [2]
    Suffix
    и проточных редоксаккумуляторов [3]. Значительное внимание уделяется углеродным волокнам на основе полиакрилонитрила (ПАН), обладающим высокодисперсной структурой. Это связано с такими их уникальными свойствами, как высокая электропроводность, эластичность при высокой прочности на разрыв, наличие высокой удельной поверхности, обусловленными их структурой [4].
    (check this in PDF content)

  3. Start
    2115
    Prefix
    Полученные результаты могут быть успешно использованы при конструировании биосенсоров и мБТЭ. ВВЕДЕНИЕ Углеродные волокна в настоящее время широко используются как материал электродов для топливных ячеек [1], суперконденсаторов [2] и проточных редоксаккумуляторов
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Значительное внимание уделяется углеродным волокнам на основе полиакрилонитрила (ПАН), обладающим высокодисперсной структурой. Это связано с такими их уникальными свойствами, как высокая электропроводность, эластичность при высокой прочности на разрыв, наличие высокой удельной поверхности, обусловленными их структурой [4].
    (check this in PDF content)

  4. Start
    2469
    Prefix
    Это связано с такими их уникальными свойствами, как высокая электропроводность, эластичность при высокой прочности на разрыв, наличие высокой удельной поверхности, обусловленными их структурой
    Exact
    [4]
    Suffix
    . Такие характеристики высокодисперсных материалов обеспечивают потенциальную возможность применения углеродных волокнистых материалов (УВМ) для создания биосенсоров [5] и в качестве основы электродов для ферментных [6] и микробных [7] биотопливных элементов (БТЭ).
    (check this in PDF content)

  5. Start
    2659
    Prefix
    Это связано с такими их уникальными свойствами, как высокая электропроводность, эластичность при высокой прочности на разрыв, наличие высокой удельной поверхности, обусловленными их структурой [4]. Такие характеристики высокодисперсных материалов обеспечивают потенциальную возможность применения углеродных волокнистых материалов (УВМ) для создания биосенсоров
    Exact
    [5]
    Suffix
    и в качестве основы электродов для ферментных [6] и микробных [7] биотопливных элементов (БТЭ). В частности, ПАН использовались для создания анодов биотопливных элементов на основе бактерий E. coli [8] и бактерий активного ила [9].
    (check this in PDF content)

  6. Start
    2709
    Prefix
    Такие характеристики высокодисперсных материалов обеспечивают потенциальную возможность применения углеродных волокнистых материалов (УВМ) для создания биосенсоров [5] и в качестве основы электродов для ферментных
    Exact
    [6]
    Suffix
    и микробных [7] биотопливных элементов (БТЭ). В частности, ПАН использовались для создания анодов биотопливных элементов на основе бактерий E. coli [8] и бактерий активного ила [9]. Одним из наиболее эффективных методов формирования материалов с высокой удельной площадью поверхности является метод электроформования [10].
    (check this in PDF content)

  7. Start
    2725
    Prefix
    Такие характеристики высокодисперсных материалов обеспечивают потенциальную возможность применения углеродных волокнистых материалов (УВМ) для создания биосенсоров [5] и в качестве основы электродов для ферментных [6] и микробных
    Exact
    [7]
    Suffix
    биотопливных элементов (БТЭ). В частности, ПАН использовались для создания анодов биотопливных элементов на основе бактерий E. coli [8] и бактерий активного ила [9]. Одним из наиболее эффективных методов формирования материалов с высокой удельной площадью поверхности является метод электроформования [10].
    (check this in PDF content)

  8. Start
    2871
    Prefix
    Такие характеристики высокодисперсных материалов обеспечивают потенциальную возможность применения углеродных волокнистых материалов (УВМ) для создания биосенсоров [5] и в качестве основы электродов для ферментных [6] и микробных [7] биотопливных элементов (БТЭ). В частности, ПАН использовались для создания анодов биотопливных элементов на основе бактерий E. coli
    Exact
    [8]
    Suffix
    и бактерий активного ила [9]. Одним из наиболее эффективных методов формирования материалов с высокой удельной площадью поверхности является метод электроформования [10]. С его помощью можно получать волокна с высокой площадью поверхности практически из любых синтетических и натуральных полимеров.
    (check this in PDF content)

  9. Start
    2900
    Prefix
    материалов обеспечивают потенциальную возможность применения углеродных волокнистых материалов (УВМ) для создания биосенсоров [5] и в качестве основы электродов для ферментных [6] и микробных [7] биотопливных элементов (БТЭ). В частности, ПАН использовались для создания анодов биотопливных элементов на основе бактерий E. coli [8] и бактерий активного ила
    Exact
    [9]
    Suffix
    . Одним из наиболее эффективных методов формирования материалов с высокой удельной площадью поверхности является метод электроформования [10]. С его помощью можно получать волокна с высокой площадью поверхности практически из любых синтетических и натуральных полимеров.
    (check this in PDF content)

  10. Start
    3061
    Prefix
    В частности, ПАН использовались для создания анодов биотопливных элементов на основе бактерий E. coli [8] и бактерий активного ила [9]. Одним из наиболее эффективных методов формирования материалов с высокой удельной площадью поверхности является метод электроформования
    Exact
    [10]
    Suffix
    . С его помощью можно получать волокна с высокой площадью поверхности практически из любых синтетических и натуральных полимеров. При этом основным преимуществом метода является возможность получения материалов с различными свойствами из одного полимера в зависимости от условий электроформования [11].
    (check this in PDF content)

  11. Start
    3389
    Prefix
    С его помощью можно получать волокна с высокой площадью поверхности практически из любых синтетических и натуральных полимеров. При этом основным преимуществом метода является возможность получения материалов с различными свойствами из одного полимера в зависимости от условий электроформования
    Exact
    [11]
    Suffix
    . Так, в работе [12] были описаны способы оптимизации условий процесса электроформования для получения углеродных волокон диаметром в несколько сотен нанометров. Микробные клетки широко используются в качестве биологического материала в биосенсорах и БТЭ.
    (check this in PDF content)

  12. Start
    3409
    Prefix
    При этом основным преимуществом метода является возможность получения материалов с различными свойствами из одного полимера в зависимости от условий электроформования [11]. Так, в работе
    Exact
    [12]
    Suffix
    были описаны способы оптимизации условий процесса электроформования для получения углеродных волокон диаметром в несколько сотен нанометров. Микробные клетки широко используются в качестве биологического материала в биосенсорах и БТЭ.
    (check this in PDF content)

  13. Start
    4527
    Prefix
    Использование микробных клеток в БТЭ представляется перспективным, так как помимо решения задачи, связанной с получением энергии, могут выполняться одновременно и другие задачи, например, очистка сточных вод
    Exact
    [13, 14]
    Suffix
    . Gluconobacter oxydans является одним из модельных микроорганизмов, используемых при разработке биосенсоров и БТЭ, при этом он позволяет создавать БТЭ с мощностью до 2,5 мкВт/см2 [15].
    (check this in PDF content)

  14. Start
    4733
    Prefix
    представляется перспективным, так как помимо решения задачи, связанной с получением энергии, могут выполняться одновременно и другие задачи, например, очистка сточных вод [13, 14]. Gluconobacter oxydans является одним из модельных микроорганизмов, используемых при разработке биосенсоров и БТЭ, при этом он позволяет создавать БТЭ с мощностью до 2,5 мкВт/см2
    Exact
    [15]
    Suffix
    . Ранее нами были исследованы свойства биоэлектродов, сформированных иммобилизацией бактериальных клеток Gluconobacter oxydans на УВМ, полученных из полиакрилонитрила (ПАН) и отличающихся степенью карбонизации [16].
    (check this in PDF content)

  15. Start
    4965
    Prefix
    Ранее нами были исследованы свойства биоэлектродов, сформированных иммобилизацией бактериальных клеток Gluconobacter oxydans на УВМ, полученных из полиакрилонитрила (ПАН) и отличающихся степенью карбонизации
    Exact
    [16]
    Suffix
    . Было показано, что УВМ, содержащие высокий процент азота, не обладают необходимыми электрохимическими свойствами для использования их в качестве основы электродов БТЭ. УВМ с высоким содержанием углерода (98 %), низким содержанием кислорода (2 %) и отсутствием азота в составе образца обладал наименьшим удельным сопротивлением (~40 кОм.см2), которое снижалось до ~7 кОм.
    (check this in PDF content)

  16. Start
    6156
    Prefix
    Так, важным была бы сравнительная оценка двух типов биокатализаторов: целых бактериальных клеток и их мембранных фракций (МФ), иммобилизованных на УВМ. Ранее было показано, что МФ G. oxydans, как и сами бактерии, активно окисляют ряд субстратов, являющихся общими для обоих биоматериалов
    Exact
    [17]
    Suffix
    . Иммобилизация МФ на терморасширенный графит (ТРГ), представляющий собой углеродный наноматериал с высокой удельной поверхностью и высокой электропроводностью, позволяет получать высокую безмедиаторную каталитическую активность [18].
    (check this in PDF content)

  17. Start
    6422
    Prefix
    Иммобилизация МФ на терморасширенный графит (ТРГ), представляющий собой углеродный наноматериал с высокой удельной поверхностью и высокой электропроводностью, позволяет получать высокую безмедиаторную каталитическую активность
    Exact
    [18]
    Suffix
    . Были получены количественные характеристики скорости восстановления медиатора 2,6-ДХФИФ бактериями G. oxydans и их МФ, а также скорости расходования кислорода при различных условиях работы мБТЭ на основе целых клеток и их МФ [19].
    (check this in PDF content)

  18. Start
    6675
    Prefix
    Были получены количественные характеристики скорости восстановления медиатора 2,6-ДХФИФ бактериями G. oxydans и их МФ, а также скорости расходования кислорода при различных условиях работы мБТЭ на основе целых клеток и их МФ
    Exact
    [19]
    Suffix
    . Целью данного исследования являлась оценка электрохимических свойств биоэлектродов, изготовленных из УВМ, полученных при варьировании условий электроформования, на основе различных типов биоматериалов.
    (check this in PDF content)

  19. Start
    7412
    Prefix
    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Получение УВМ материалов. Экспериментальные образцы исследуемого полимера (ПАН c МW = 3,7.105 г/моль) синтезированы методом радиационной эмульсионной полимеризации в НИФХИ им. Л.Я. Карпова
    Exact
    [20]
    Suffix
    . Образцы характеризовались следующими значениями полидисперсности и характеристической вязкости: MW/Mn = 2,4, [η] = 2,7 дл/г. Для процесса преобразования исходной структуры субмикроволокнистых материалов на основе ПАН в структуру УВМ-3 (применяли рабочую нумерацию УВМ, полученных в ходе их изготовления) использовали модифицированную муфельную печь
    (check this in PDF content)

  20. Start
    8303
    Prefix
    Получение биорецепторов и измерение электрохимической активности электродов. В работе использовали бактерии Gluconobacter oxydans sbsp. industrius ВКМ-1280. Культивирование микроорганизмов описано в работе
    Exact
    [21]
    Suffix
    . Получение мембранных фракций бактерий G. oxydans производили путем ультразвукового диспергирования, за которым следовало ступенчатое центрифугирование, как описано в работе [19]. Для формирования анода на фрагмент материала УВМ размером 20–30 мм2 наносили смесь суспензии клеток либо мембранных фракций (1 мг сырого веса/мкл) с 2 % раствором хитозана, растворенным в 1 % у
    (check this in PDF content)

  21. Start
    8494
    Prefix
    Культивирование микроорганизмов описано в работе [21]. Получение мембранных фракций бактерий G. oxydans производили путем ультразвукового диспергирования, за которым следовало ступенчатое центрифугирование, как описано в работе
    Exact
    [19]
    Suffix
    . Для формирования анода на фрагмент материала УВМ размером 20–30 мм2 наносили смесь суспензии клеток либо мембранных фракций (1 мг сырого веса/мкл) с 2 % раствором хитозана, растворенным в 1 % уксусной кислоте [22].
    (check this in PDF content)

  22. Start
    8723
    Prefix
    Для формирования анода на фрагмент материала УВМ размером 20–30 мм2 наносили смесь суспензии клеток либо мембранных фракций (1 мг сырого веса/мкл) с 2 % раствором хитозана, растворенным в 1 % уксусной кислоте
    Exact
    [22]
    Suffix
    . Объемное соотношение в смеси «биокатализатор-хитозан» составляло 2:1. Раствор подсушивали при комнатной температуре в течение 30 мин. Концентрация биокатализатора на поверхности электрода составляла 0,12 мг сырого веса/мм2.
    (check this in PDF content)

  23. Start
    10202
    Prefix
    Измерения спектральных импедансных характеристик проводили в диапазоне от 40 кГц до 0,01 Гц и амплитудой 10 мВ на измерительном электроде относительно электрода сравнения. Внутреннее сопротивление и мощность БТЭ вычисляли по стандартным формулам, представленным в работе
    Exact
    [23]
    Suffix
    . РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ УВМ на основе ПАН относятся к биологически нейтральным материалам, и при изготовлении существует возможность регулировать величину их электропроводности, что может оказаться полезным при создании биоэлектродов.
    (check this in PDF content)

  24. Start
    11395
    Prefix
    На рис. 1 показаны зависимости генерируемого тока от времени при прикладываемом потенциале в 200 мВ для всех четырех биоэлектродов. Этот потенциал был выбран, так как стандартный окислительно-восстановительный потенциал медиатора ДХФИФ составляет +0,217 В
    Exact
    [24]
    Suffix
    . Показано, что самый высокий сигнал наблюдается для биоэлектродов на основе УВМ 3.1 как на первые, так и на пятые сутки жизни биоэлектрода. Таблица 1. Характеристики УВМ* Тип УВМТемпература получения, °CТемпература термического окисления, °CВремя термоокислительной обработки, ч 310002750,5 3.110002501 3.211002751 3.310002752 * Среда получения для всех материалов — N2.
    (check this in PDF content)

  25. Start
    20746
    Prefix
    При замене биокатализатора на МФ бактерий наблюдали генерацию электроэнергии (около 1,5 мкА) в отсутствие медиаторов в системе. Похожие данные были получены авторами в работе
    Exact
    [18]
    Suffix
    при использовании терморасширенного графита в качестве материала электрода, когда генерируемый ток при данном потенциале составлял около 2 мкА. На рис. 8 представлены типичные виды зависимостей уровня генерируемого тока от времени в двух типах БТЭ.
    (check this in PDF content)

  26. Start
    21979
    Prefix
    Наименьшее сопротивление (снижение от 132 410 до 30 040 Ом.см2 после добавления субстрата) продемонстрировал электрод из УВМ 3. Стоит отметить, что явление прямого переноса в основном показано для ферментов, в том числе и для PQQ-зависимых дегидрогеназ, находящихся в МФ G. oxydans
    Exact
    [18, 25]
    Suffix
    . Прямой перенос электронов осуществлялся от активных центров фермента на электроды из углерода, золота, наночастиц металлов [25]. Как показало наше исследование, подобный процесс возможен и на электродах на основе ПАН.
    (check this in PDF content)

  27. Start
    22119
    Prefix
    Стоит отметить, что явление прямого переноса в основном показано для ферментов, в том числе и для PQQ-зависимых дегидрогеназ, находящихся в МФ G. oxydans [18, 25]. Прямой перенос электронов осуществлялся от активных центров фермента на электроды из углерода, золота, наночастиц металлов
    Exact
    [25]
    Suffix
    . Как показало наше исследование, подобный процесс возможен и на электродах на основе ПАН. ЗАКЛЮЧЕНИЕ БТЭ на основе МФ бактерий развивают мощность выше в сравнении с мощностью БТЭ на основе целых клеток для всех исследованных УВМ.
    (check this in PDF content)

  28. Start
    23037
    Prefix
    В случае применения МФ доступ субстратов и медиаторов к ферментам упрощается, что положительно сказывается на общей мощности БТЭ на их основе. Кроме того, МФ обеспечивают прямой перенос электронов от биокатализатора на электрод БТЭ за счет прямого контакта ферментов с поверхностью электрода
    Exact
    [26]
    Suffix
    . Таким образом, применение МФ позволяет создавать БТЭ без использования медиаторов, что снижает токсичность данных элементов и уменьшает сложность таких систем. Разработанные БТЭ на основе МФ развивают максимальную мощность до 4,2 мкВт/см2, что превышает мощности систем на основе ПАН, описанных в литературе (2,2 мкВт/см2 для системы на основе бактерий активного ила [9] и 3
    (check this in PDF content)

  29. Start
    23431
    Prefix
    Разработанные БТЭ на основе МФ развивают максимальную мощность до 4,2 мкВт/см2, что превышает мощности систем на основе ПАН, описанных в литературе (2,2 мкВт/см2 для системы на основе бактерий активного ила
    Exact
    [9]
    Suffix
    и 3 мкВт/см2 для БТЭ на основе E. coli [8]). Рассмотренные в данной работе УВМ можно использовать как альтернативу традиционным дорогим металлам, таким как платина, используемым в качестве основы электродов [27].
    (check this in PDF content)

  30. Start
    23474
    Prefix
    Разработанные БТЭ на основе МФ развивают максимальную мощность до 4,2 мкВт/см2, что превышает мощности систем на основе ПАН, описанных в литературе (2,2 мкВт/см2 для системы на основе бактерий активного ила [9] и 3 мкВт/см2 для БТЭ на основе E. coli
    Exact
    [8]
    Suffix
    ). Рассмотренные в данной работе УВМ можно использовать как альтернативу традиционным дорогим металлам, таким как платина, используемым в качестве основы электродов [27]. Например, в работе [28] был представлен миниатюризированный гибкий БТЭ с платиновыми электродами, содержащими ферменты глюкозооксидазу и билирубиноксидазу.
    (check this in PDF content)

  31. Start
    23663
    Prefix
    мощность до 4,2 мкВт/см2, что превышает мощности систем на основе ПАН, описанных в литературе (2,2 мкВт/см2 для системы на основе бактерий активного ила [9] и 3 мкВт/см2 для БТЭ на основе E. coli [8]). Рассмотренные в данной работе УВМ можно использовать как альтернативу традиционным дорогим металлам, таким как платина, используемым в качестве основы электродов
    Exact
    [27]
    Suffix
    . Например, в работе [28] был представлен миниатюризированный гибкий БТЭ с платиновыми электродами, содержащими ферменты глюкозооксидазу и билирубиноксидазу. Максимальная мощность, развиваемая БТЭ при добавлении 200 мМ глюкозы, составляла 7,2 мкВт/см2.
    (check this in PDF content)

  32. Start
    23692
    Prefix
    Рассмотренные в данной работе УВМ можно использовать как альтернативу традиционным дорогим металлам, таким как платина, используемым в качестве основы электродов [27]. Например, в работе
    Exact
    [28]
    Suffix
    был представлен миниатюризированный гибкий БТЭ с платиновыми электродами, содержащими ферменты глюкозооксидазу и билирубиноксидазу. Максимальная мощность, развиваемая БТЭ при добавлении 200 мМ глюкозы, составляла 7,2 мкВт/см2.
    (check this in PDF content)