Miniaturização de Biocélulas a Combustíveis Utilizando Fibras Flexíveis de Tecido de Carbono

• Processo: 12/15442-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2012
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2016
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Frank Nelson Crespilho
• Beneficiário: Rodrigo Michelin Iost
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 13/15433-0 - Estudo Bioeletroquímico de enzimas oxidoredutases imobilizadas em nanomateriais do tipo 1D e 2D, BE.EP.DR
• Assunto(s): Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocélulas a Combustíveis | Eletroquímica

Resumo

Biocélulas a combustíveis (BCs) são dispositivos bioeletroquímicos que convertem energia química em energia elétrica, onde enzimas e/ou microorganismos são utilizados em bioânodos e biocátodos, catalisando a oxidação de combustíveis (ex. glicose) e a redução de agentes oxidantes (ex. O2), respectivamente. A literatura aponta para que as BCs enzimáticas sejam aplicadas como "biobaterias" implantáveis, ou melhor, um conversor de energia para marca-passos, bombas de insulina, implantes neurais, bioestimuladores elétricos e liberação controlada de fármacos. Em teoria, BCs de glicose/O2 implantáveis são termodinamicamente atraentes, uma vez que podem gerar uma diferença de potencial maior que 1,0V, além de que tanto a glicose quanto o oxigênio molecular estão disponíveis em muitas regiões do organismo humano. Por outro lado, as atuais BCs enzimáticas apresentam baixa constante cinética de transferência de carga entre as enzimas e os eletrodos, baixa densidade potencia e baixa estabilidade enzimática, o que limita a aplicação. Os desafios para melhorar essas propriedades têm sido o estado-da-arte no desenvolvimento de BFCs, além da busca de novos procedimentos de micromanipulação para miniaturização dos biodispositivos para implantes in vivo. Assim, este projeto de doutorado visa o estudo e o desenvolvimento de BCs de glicose/O2 miniaturizadas utilizando fibras flexíveis de carbono (FFC). Para a construção dos bioânodos, as enzimas glicose oxidase nativa e glicose oxidase deglicosilada serão utilizadas, enquanto que a bilirrubina oxidase e laccase serão aplicadas em biocátodos. Com intuito de tornar mais eficiente a transferência de elétrons na interface eletrodo/enzimas, utilizar-se-ão nanotubos de carbono e grafeno, além de testar alguns mediadores de elétrons, como vermelho neutro, azul de metileno e complexos de ósmio. Ainda, as FFC serão submetidas a vários procedimentos de imobilização enzimática, como entrecruzamento de ligações, adsorção física e aprisionamento. Visto que a miniaturização de BCs será um dos focos desse projeto de pesquisa, as microfibras utilizadas e devidamente caracterizadas como bioânodos e biocátodos serão inseridas em microcélulas fabricadas em vidro e polipropileno. Utilizando técnicas eletroquímicas, as meias-celas serão caracterizadas por voltametria e curvas de polarização, enquanto que a microcela-unitária será caracterizada por curvas de potencia, curvas de voltagem versus corrente e curvas de corrente versus tempo de operação das BCs.

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

IOST, Rodrigo Michelin. Biocélula a combustível on-chip utilizando folhas individuais de grafeno. 2016. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT) São Carlos.