Способ приготовления водородного ферментного электрода Советский патент 1984 года по МПК G01N33/48 

ел Изобретение относится к биохимии, в частности к способам приготовления водородного ферментного электрода на основе иммобилизованной гидрогеназы. Использование иммобилизованной гидрогеназы как катализатода электрохимического окисления молекулярного водорода является одним из наиболее перспективных направлений современной биоэнергетики. Эффективность окисления водорода зависит от свойст электрода и определяется в значитель ной степени способом его изготовления. Известен способ приготовления во- дородного ферментного электрода, представлякщего собой систему из платиновой пластины и раствора, содержащего гидрогейазу и метилвиологен С1 J. Недостатком известного способа является низкая активность приготовленного электрода Известен также способ приготовления водородного ферментного электрода, включающий иммобилизацию гидрогеназы на углероде, формирование электрода и его активацию в атмосфере водорода 23. Недостатком известного способа является также низкая активность пол ченного электрода. Цель изобретения - повьппение активности электрода. Поставленная цель достигается тем что согласно способу приготовления водородного ферментного эл ектрода, включающему иммобилизацию гидрогеназы на углероде, формирование электрода, активацию электрода в атмосфере водорода, вначале проводят формирование электрода, далее электрод активируют поляризацией в атмосфере кислорода при потенциалах 0,4-(-0,1) осуществляют иммобилизацию гидрогена зы, а активацию электрода в атмосфере водорода ведут при потенциале -0,05-(-0,1)В. Способ осуществляют следующим образом. Электрод формуют из сажи известным способом путем нанесения смеси сажи с фторопластовым лаком в ацетоне на пирографитовую подложку. Дополнительная стадия поляризации электрода в атмосфере кислорода при потенциале 0,4-(-0,1)В приводит к увеличению суммарной активности иммобилизованной гидрогеназы. Иммобилизацию гидрогеназы на электроде проводят, сорбируя фермент из его раствора в ацетатном, фосфатном или трис-(оксиметил)-аминометанацетатном буфере при рН 6,0-8,0. Проведение иммобилизации после стадии формирования электрода позволяет избежать инактивирующего действия на фермент органического растворителя. Активацию электрода ведут путем поляризации в атмосфере водорода при потенциале от -0,05В до -0,1В. Предлагаемым способом получают электрод со следующими электрохимическими характеристиками: потенциал окисления молекулярного водорода 0,1В, максимальная плотность тока при данном потенциале 1,5 мА/см. П р и м е р 1. Получение гидрогеназы. Фермент получают из клеток фототрофной бактерии Thiocapsa voseopersicina. Для этого клетки разру-. шают ультразвуком, нагревают биомассу при 75 С для удаления термолабильных белков, фракционируют сульфатом аммония и выделяют фермент хроматографией на фенилсефарозе и ДЕАЕцеллюлозе. Получают препарат гидрогеназы с удельной активностью 10 мкмоль Hj/минмг белка. Пример 2. К 10 мг сажи ПМ105 добавляют О,1 мл раствора фторопласта на 1 мл ацетона. Сажу суспендируют в растворе фторопласта и наносят на пирографитовый стержень длиной 2,5 см диаметром 1 мм. Изготовленный электрод помещают в раствор 0|15 М фосфатного буферного раствора рН 7,0, насыщенного кислородом, и выдерживают при потенциале +Q, 4 В в течение 5 мин. Затем электрод 2-3 раза промывают фосфатным буфером и помещают в 0,3 мл раствора гидрогеназы в фосфатном буфере (рН 7,0) с содержанием белка 5 мг/мл. Сорбцию фермента на поверхность электрода проводят в течение 1 сут. Затем электрод помещают в раствор фосфатного буфера (рН 7,0), насьщеиного воДородом, и активируют в течение 30 мин при потенциале -О,1 В. Полученный таким способом электрод имеет следующие характеристики: плотность тока окисления водорода 1,5 МА/см при потенциале +0,1 В. Пример 3. К 10 мг сажи ПМ105 добавляют 0,1 мл раствора фторопласта Ф-42 л в ацетоне, содержащего 10 мг фторопласта на 1 мл ацетона. Сажу суспендируют в растворе фторопласта и наносят на. пирографитовый стержень длиной 2,5 см и диаметром 1 мм. Изготовленный электрод помещают в раствор 0,15 М фосфатного буфера с рН 7,0, насыщенного кислородом, и выдерживают при потенциале -О,1В в течение 5 мин. Затем элек род 2-3 раза промывают фосфатным буфером и помещают в 0,3 мл раствора гидрогеназы в фосфатном буфере (рН 7,0) с содержанием белка 5 мг/мл Сорбцию фермента на поверхность электрода проводят в течение 1 сут. Затем электрод помещают в раствор фосфатного буфера (рН 7,0), насьщенного водородом, и активируют в течение 30 мин при потенциале -0,05В. Полученный электрод имеет следующие . характеристики: плотность тока окисления водорода 1,5 мА/см при потенциале +0,1В,

Полученный электрод может быть использован при разработке биохимических источников тока, а также дпя анализа водорода в газовых смесях.

Использование предлагаемого способа приготовления водородного ферментного электрода в практике позволит получать элементы с коэффициентом полезного действия (КПД) 0,92, в то время как КПД элемента по известному способу равен 0,8,

СПОСОБ ПРИГОТОВЖНИЯ ВОДОРОДНОГО ФЕРМЕНТНОГО ЭЛЕКТРОДА, включающий иммобилизацию гидрогеназы на углероде, формиро.вание электрода, активацию электрода в атмосфере во- , дорода, отличающийся тем, что, с цепью повышения активности электрода, вначале проводят формирование электрода, далее электрод активируют поляризацией в атмосфере кислорода при потенциалах 0,4-(-0,1)В, осуществляют иммобилизацию гидрогеназы, а активацию электрода в атмосфере водорода ведут при потенциале 0,05-(-0,1)В. g (Л