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Miniaturização de biocélulas a combustíveis utilizando fibras flexíveis de tecido de carbono

Processo: 12/15442-6
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de novembro de 2012
Vigência (Término): 31 de julho de 2016
Área do 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

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 São Carlos.

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