[发明专利]一种酶生物燃料电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物燃料电池领域，特别涉及酶生物燃料电池及其制备方法。

背景技术

生物燃料电池是以有机物为燃料，利用酶或微生物作为催化剂，直接将有机物中的化学能转化为电能的一类特殊的燃料电池。生物燃料电池具有能量转化率高、生物相容性好、原料来源广泛等优点，是一种真正意义上的绿色电池，在医疗、航空、环境治理等领域均有重要的使用价值。

酶生物燃料电池是采用氧化还原酶作为催化剂催化燃料氧化的生物燃料电池，其在阳极产生氢离子及自由电子，阴极利用氢离子和自由电子将过氧化物或氧还原为水，从而完成电子的流动，将化学能转化为电能。酶生物燃料电池中，包括电极和填充有有机物燃料的电解池，酶可以溶解在含有燃料和氧化剂的溶液中，也可以固定在电极上。近年来，随着修饰酶电极技术的发展，大多数酶型生物燃料电池均采用阴、阳极均为固定酶电极的结构。但是现有的酶生物燃料电池均为电解池结构，不利于携带。

纸芯片是一种新型生化实验的平台，2007年Harvard University的G.Whitesides小组就在图案化的纸上同时检测了尿液中的葡萄糖和蛋白质，该纸芯片制作简单，成本低，方便实用，试剂用量少，不需要其他额外的辅助设备。以纸为基底的微流控装置是一项从低技术材料中发展高技术功能的微流控体系，因此具有广阔的应用前景，如可用于微分析装置，包括医疗诊断，药物研发，环境质量检测等。Stanford University的Y.Cui小组在2009年首次将超级电容器整合到导电纸上，其各项指标均优于采用一般基底构建的超级电容器，可发展为一种低成本高效能的超级电容器或者锂离子电池。本发明人考虑，可以将纸芯片与酶生物燃料电池结合起来，构建一种便携式的酶生物燃料电池。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种酶型生物燃料电池及其制备方法，所述酶型生物燃料电池结构简单，便于携带。

本发明提供了一种酶生物燃料电池，包括具有亲水区域的疏水性基底；

印刷于所述亲水区域内且固定有阴极酶的阴极；

印刷于所述亲水区域内且固定有阳极酶的阳极；

填充于所述亲水区域内的流体燃料。

优选的，所述疏水性基底为经过疏水处理的纸、纤维素膜或纺织布。

优选的，所述阴极为纳米材料修饰的碳电极，所述阳极为纳米材料修饰的碳电极。

优选的，所述纳米材料为离子液体修饰的碳纳米管。

优选的，所述流体燃料为含有葡萄糖的溶液。

本发明还提供了一种酶生物燃料电池的制备方法，包括以下步骤；

a)提供具有亲水区域的疏水性基底；

b)在所述亲水区域内分别印刷电极，得到第一电极和第二电极；

c)将阴极酶固定于所述第一电极上，得到阴极；将阳极酶固定于所述第二电极上，得到阳极；

d)向所述亲水区域内填充流体燃料，得到酶生物燃料电池。

优选的，所述步骤a)具体为：

用负性光刻胶浸润亲水性基底，得到带有负性光刻胶的基底；

将掩膜覆盖于所述带有负性光刻胶的基底上；

对所述覆盖了掩膜的带有负性光刻胶的基底进行曝光处理；

去除掩膜，洗脱显影，得到具有亲水区域的疏水性基底。

优选的，所述步骤b)具体为：

b1)在所述亲水区域内分别印刷电极，得到第一电极和第二电极；

b2)用纳米材料对所述第一电极进行修饰，用纳米材料对所述第二电极进行修饰。

优选的所述印刷为丝网印刷或激光打印。

优选的，所述步骤c)具体为：

将阴极酶溶于缓冲液中，将得到的阴极酶溶液涂覆于所述第一电极后进行干燥处理，得到阴极；

将阳极酶溶于缓冲液中，将得到的阳极酶溶液涂覆于所述第二电极后进行干燥处理，得到阳极。