ساخت پیل های زیست سوختی آنزیمی بدون غشا بر مبنای بکارگیری دندریمرها و نانوکامپوزیت های جدید

پیل¬های زیست¬سوختی، سیستم¬های تبدیل انرژی هستند، که با استفاده از بیومولکول¬ها (سلول زنده و یا مولکول¬های آنزیم) به عنوان بــوکاتالیست، انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل مـیکنند. در صورت استفاده از آنزیم¬ها به عنوان بیوکاتالیست، این سیستم¬ها به عنوان پیل-های زیستسوختی آنزیمی شناخته می¬شوند. میزان برقراری ارتباط الکتریکی بین مولکول¬های آنزیم و سطح الکترود مهمترین پارامتر موثر بر کارآیی پیل¬های زیست¬سوختی آنزیمی می¬باشد. با توجه به ویژگی¬های ساختاری مولکول¬های آنزیم، جهت حفظ فعالیت بیوکاتالیتیکی این مولکول¬ها ضمن تثبیت در سطح الکترودهای جامد، اصلاح سطح الکترود و شبیه سازی شرایط طبیعی مورد نیاز برای فعالیت بیوکاتالیتیکی آنزیم، ضرورت پیدا می¬کند. تا کنون تکنیک¬ها و کامپوزیت¬های مختلفی برای این منظور مورد استفاده قرار گرفته اند. در این پایان¬نامه سعی شده است، که با طراحی و ساخت نانوهیبریدهای جدید ارتباط الکتریکی موثری بین مولکول¬های آنزیمی و سطح الکترود برقرار شده و با استفاده از این سیستم¬های چند جزیی، پیل¬های زیست¬سوختی پایدار و کارآیی طراحی شوند. در بخشی از این پایان¬نامه، از هیبرید نانولوله¬های کربنی و مولکول¬های دندریمری برای اتصال همزمان مولکول¬های الکتروکاتالیست و مولکول¬های آنزیم به صورت کووالانسی در سطح الکترود استفاده شده است. با استفاده از این نانوهیبرید علاوه بر افزایش پایداری، غلظت سطحی مولکول-های الکتروکاتالیست و آنزیم در سطح الکترود افزایش یافته و کارآیی بیوآند طراحی شده به طور قابل ملاحظه¬ای بهبود می¬یابد. همین¬طور از مفاهیم ساده و مرسوم علم شیمی، به عنوان یک تکنیک جدید برای اتصال مولکولهای الکتروکاتالیست مورد نیاز جهت بازسازی کوآنزیم و تکرار چرخه اکسیداسیون گلوکز توسط آنزیم گلوکزدهیدروژناز استفاده شده است. در قسمت دیگری، مورفولوژی خاص هیبرید کربن مزوحفره¬ای و نانوذرات طلا به منظور حذف الکتروکاتالیست، تثبیت پایدار آنزیم گلوکزدهیدروژناز و ساخت بیوآند، مورد استفاده قرار گرفته است. در بخش¬های دیگر، با ساخت هیبریدهای سازگار با ویژگی¬های طبیعی مولکول¬های آنزیم بیلیروبین اکسیداز (مولکول¬های بیلی¬روبین / نانولوله¬های کربنی و نانولوله¬های کربنی / ) ارتباط الکتریکی موثری بین مولکول¬های این آنزیم و سطح الکترود برقرار شده و احیای بیوکاتالیتیکی اکسیژن با مکانیسم انتقال الکترون مستقیم و بدون نیاز به واسطه انتقال الکترون انجام شده است. در طراحی کاتدها به منظور برقراری ارتباط الکتریکی موثر بین آنزیم بیلی¬روبین اکسیداز و سطح الکترود از هیبرید نانومواد کربنی (نانولوله¬های کربنی و کربن مزوحفره¬ای) با نانوذرات طلا نیز استفاده شده و نتایج خوبی حاصل شده است. کارآیی الکترودهای اصلاح شده فوق در ساخت پیل¬های زیست¬سوختی آنزیمی بدون غشای گلوکز / اکسیژن مورد بررسی قرار گرفته و نتایج خوبی مشاهده شده است.