Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1. Электрохимические устройства на основе биоматериалов 12
1.1.1. Биосенсоры и их классификация 12
1.1.2. Биотопливные элементы (БТЭ), их преимущества и перспективы 19
1.1.3. Использование целых клеток микроорганизмов в БТЭ и биосенсорах 23
1.1.4. Использование наноматериалов в БТЭ и биосенсорах 26
1.1.5. Методы изучения свойств БТЭ 29
1.2. Электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС) в биосенсорах и БТЭ 30
1.2.1. Теоретические основы импеданса 31
1.2.2. Параметры эквивалентных электрических схем 33
1.2.3. Применение ЭИС для исследования небиологических и биологических объектов 36
1.2.4. Использование ЭИС для создания биосенсоров 38
1.2.5. Использование ЭИС при изучении характеристик БТЭ 45
Глава 2. Материалы и методы 52
2.1. Реагенты 52
2.2. Ферментные препараты 52
2.3. Условия культивирования бактериальных штаммов 52
2.4. Выделение мембранных фракций Gluconobacter oxydans 53
2.5. Электропорация мембран клеток Saccharomyces cerevisiae 53
2.6. Измерительная аппаратура 53
2.7 Иммобилизация биоматериала на поверхности печатных электродов 54
2.8. Получение электродов с берлинской лазурью 54
2.9. Проведение биосенсорных измерений с использованием печатных электродов 55
2.10. Формирование рабочих электродов для БТЭ 56
2.11. Получение углеродных высокодисперсных материалов (УВМ) 57
2.12. Вольтамперные и хроноамперометрические характеристики БТЭ 57
2.12.1. Измерения по двухэлектродной схеме 57
2.12.2. Измерения по трехэлектродной схеме 58
2.13. Измерение дыхательной активности клеток 59
2.14. Регистрация импедансных характеристик БТЭ 59
2.15. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) 60
2.16. Конвертерное накопление электричества 60
2.17. Встраивание микробного БТЭ в организм травяной лягушки 61
Глава 3. Результаты и их обсуждение 62
3.1. Создание импедансометрических биосенсоров 62
3.1.1. Биосенсоры на основе глюкозооксидазы 62
3.1.2. Биосенсоры на основе алкогольоксидазы 68
3.1.3. Микробные биосенсоры на основе целых клеток Gluconobacter oxydans для определения спиртов и моносахаридов 72
3.2. Применение метода ЭИС для характеристики микробных БТЭ 74
3.2.1. Влияние конфигурации микробного БТЭ на его внутренние параметры 75
3.2.2. Модификация биоанода БТЭ углеродными наноматериалами 84
3.2.3. Влияние иммобилизующего агента на свойства биоанода БТЭ 88
3.2.4. Характеристики системы «полимер – наноматериал» в составе биоанодов БТЭ 93
3.2.5. Мембранные фракции бактерий в качестве биокатализатора БТЭ 99
3.2.6. Углеродные высокодисперные материалы в качестве анода БТЭ 105
3.3. Регистрации разрушения клеток и их мембран методом ЭИС 111
3.3.1. Воздействие лизоамидазы на бактериальные клетки 112
3.3.2. Пермеабилизация клеточной мембраны дрожжей 116
3.4. Практическое применение микробных БТЭ 118
3.4.1. Конвертерное накопление электроэнергии от микробных БТЭ 118
3.4.2. Генерация электроэнергии микробным БТЭ от эндогенной глюкозы травяной лягушки 124
Заключение 128
Выводы 130
Список литературы 131
