Кинетические аспекты переноса электронов в системе "субстрат - биокатализатор - медиатор - электрод" в биотопливном элементе на основе Gluconobacter oxydans тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.06, кандидат химических наук Нгуен Винь Тиен

• Нгуен Винь Тиен
• кандидат химических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат химических наук Нгуен Винь Тиен

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор

ЕМикробные биотопливные элементы

1.2. Компоненты микробного биотопливного элемента

ЕЗ. Г Двухкамерные М'ГЭ

Е3.2. Однокамерные МТЭ

1.3.3.Системы М'ГЭ с восходящим потоком

1.3.4. Сложенные М'ГЭ

2. Микроорганизмы, использованные в М'ГЭ

3. Уксуснокислые бактерии С/исопоЬасГег охус1апх

4.Медиа горы .электронного транспорта

5. Характеристики МТЭ

6. Влияние операционных условий на характеристики М'ГЭ

7. Кинетика процессов переноса электронов в анодном отделении М'ГЭ

8. Иммобилизация биоматериала в БТЭ

9.Возможные направления применения М'ГЭ

10.Заключение

Елава 2. Экспериментальная часть

2.1. Реакт ивы

2.2. Культивирование бактериальных клеток СЛисопоЬасЧег о.хус1ап.\

2.3.Получение мембранной фракции бактерий С1ысопоЬас1ег о.хуЛапь'

2.4. Подготовка ячейки биотопливного элемента

2.5. Спектрофотометрическое определение скорости воссгановления медиатора при различных условиях

2.6. Изучение концентрации кислорода в анолите БТЭ

2.7. Изучение вольтамперных характеристик медиатора

2.8. Иммобилизация бактерий в модифицированный 11ВС на графитовом элек гродс

2.9. Определение стадии, лимитирующей переноса электронов на электрод с

иммобилизованными бактериями

Глава 3. Обсуждение результатов

3.1 .Кинетические аспекты взаимодействия медиатора с биокатализатором в суспензионном виде

3.1.1 .Кинетические характеристики взаимодействия ДХФИФ с суспензией

клеток G¡uconobacter.oxydons

3.1.2.Оценка конкуренции между медиатором и растворенным кислородом.

3.1.3.Кинетические характеристики взаимодействия ДХФИФ с суспензией мембранной фракции, выделенной из Gluconohocter.oxydons

3.2 Влияние операционных условиях МТЭ на скорость восстановления медиатора

3.3. Кинетика взаимодействия иммобилизованных клеток Gluconohocter oxvdans

3.3.1 .Определение лимитирующей стадии при взаимодействии субстрата с иммобилизованными бактериальными клетками Gluconohocter oxydons

3.3.2.Кинетические характерист ики взаимодействия медиатора с иммобилизованными биокатализаторами

3.3.3.Влияние поверхностной плотности биокатализатора

3.4. Кинетика разрядки медиатора на электроде

3.4.1 .Выявление конкурирующих стадий

3.4.2.Определение порядка реакции

3.5. Энергетические характеристики БТЭ на основе бактерий Gluconohocter oxvdans

Выводы

Благодарное'] и

Список литературы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВПК - биоло! ическое потребление кислорода Б I Э - биотопливный элемент БХ - 1,4-бенюхинон

П 1,Ф - [ексанианоферраг (Ш) калия Кф1 e(CN)6|

ДББХ - 2,5-дибром-1,4-бен юхинон

ДГ ~ легидрог енача

ДМФЦ -1,1 '-димет ил ферроцен

ДХФИФ - 2,6-ли\лорфснолиндофенол

МБХ - 2-viei ил-1,4-бензохинон

МЛ Э - микробный биотопливный элемент

M1")IIII - микробный биотопливный элемент плоской плаепшы НАД - никот инамидадсниндинуклсот ид

НАДН - восс iановленная форма никотинамидадсниндинуклеотида

ПВС - поливиниловый спирт

ПОМ - проюшю-обменная мембрана

ФАД - флавинадениндинуклсот ид

ФАДНт- восстановленная форма флавинадениндинуклсот ида Ф1 \ - ферроцен

XIIK - химическое погребленис кислорода ЭДГА - Э1илендиаминтетраацстат

С owclans - G envelans subsp mchtsívivs (BKM В -1 280) PQQ - 11 nppoj i \ и и ол и н х и 11 о н

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кинетические аспекты переноса электронов в системе "субстрат - биокатализатор - медиатор - электрод" в биотопливном элементе на основе Gluconobacter oxydans»

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время темп использования ископаемых гоплив, особенно нефги и газа. ускоряется, что влечет за собой угрозу энер[ ет ического кризиса и глобального загрязнения окружающей среды. Возобновляемые формы энергии являются одним из пут ей решения этих проблем. Значительные усилия ученых направляются на исследование альтернативных источников электроэнергии. В последние годы интенсивно исследуются биотехнологическис аспекты генерирования энергии, в том числе технологии биотопливных элементов (БТЭ) как способ генерации электричества или водорода из возобновляемых источников без эмиссии углекислого газа в экосистему. БТЭ также могут быть использованы для очистки сточных вод за счет способности применяемых биокатализаторов окислять широкий спектр органических веществ. В качестве биокагализаторов для окисления субстратов могут выступать ферменты или микроорганизмы. Использование последних более предпочтительно, т.к. не требуются сложные и дорогостоящие процессы выделения, очистки и хранения ферментов. Одними из перспективных микроорганизмов, па основе которых возможно создание БТЭ, являются уксуснокислые бактерии С.oxydons Эти микроорганизмы обладают уникальной организацией метаболической системы, характеризующейся мембранной локализацией основных ферментов -дегидрогеначто делаег возможным перенос электронов in активных центров фермента на внешнее пространство. В свя^и с этим мембранная фракция, относительно просто выделенная из бактериальных клеток С.oxydons, также может явиться перспективным биокатализатором в БТЭ.

Для облегчения процесса передачи электронов i-и мембранно-локализованных ферментов уксуснокислых бактерий С oxydons на анод БТЭ применяю 1ся медиаторы электронного транспорта - низкомолекулярные соединения, которые могут проникать через внешнюю мембрану бактерий, получать электроны у мембранно-локализованных ферментов и окисляться на аноде. ГЗ качестве медиатора электронного транспорта для G oxydons в БГЭ испытывали различные органические и неорганические соединения. Среди них

водорастворимый 2,6-дихлорфенолиндофенол (ДХФИФ) - искусственный акцептор электронов, часто используемый в экспериментах для обнаружения цепей электронного транспорта в фотосинтеза. Он эффективно взаимодействует с бактериальными клетками и генерирует относительно высокое значение потенциала анода при применении 15 БТЭ [1, 2].

При разработке проточных систем БТЭ важной проблемой является потеря биокатализатора. Одним из возможных решений этой проблемы является применение иммобилизованных микроорганизмов. Сополимер поливинилового спирта (ПВС) и М-винилпирролидона представляется перспективной матрицей для иммобилизации бактериальных клеток за счет способности удерживать клетки, нетоксичности для них, механической и химической устойчивости.

Анализ литературы показывает, что большинство исследований по БТЭ до сих пор посвящено в основном прикладным аспектам технологии, т.е. подбору оптимальных условий и разработке конструкций для достижения максимальных энергетических характеристик Б'ГЭ. При этом фундаментальные вопросы по особенностям механизмов работы БТЭ, в том числе кинетические аспекты процессов переноса зарядов I? системе «субстрат - биокатализатор -медиатор - электрод» не были систематически исследованы. Понимание таких механизмов позволит целенаправленно создавать эффективные БТЭ с высокими электрическими характеристиками. Таким образом, исследование кинетических аспектов передачи электронов в анодном отделении БТЭ представляется актуальной задачей в области биотехнолен ии альтернативных источников энергии.

Цель работы: Выявление закономерностей и определение кинетических параметров процессов передачи электронов в системе «субстрат -биокатализатор - медиатор 2,6-дихлорфенолиндофенол - графитовый электрод» в БТЭ на основе уксуснокислых бактерий С1исопоЬасГе1• охус1стя и выделенной из них мембранной фракции в суспензионном и и м м о б и л и з о в а н н о м с о с то я н и я х.

/Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

• Определи i ь кинешчсскис параметры взаимодеис i вия медиатора с биокаiали ?аiорами в суспензионном состоянии в нрисугсгвии субстрата

• Выяви ib влияние операционных условий (природа и концентрация cy6crpaia, содержание биока тали за i opa, pH, ионная сила раствора, ирису le i вис рас i BopcHiioi о кислорода) на скорое ib восстановления медиаюра при испоньзовании биокатализаюра в суспензионном сост оянии

• Выявить л ими тирующую стадию и определить кинетические параметры взаимодействия медиаюра с иммобилизованным биока i ал та юром

• Определи ib кинегическис харакюрисгики процесса разряда медиаюра на г рафи i овом эле к гродс

® Сравнить эпср[ е i ичсские харакюриешки HIна основе бамерий Glutonobattci owc/ans и и\ мембранной фракции, применяемых в виде суспензии и в иммобилизованном состоянии

Научная новиша работы

Впервые определены оффекшвные константы скорости и начальные скорое in восыановлсния ДХФИФ уксуснокислыми бактериями G/uconobactei owclcms и выдепенной из них мембранной фракцией при разпичных условиях рабо!ы Ь 1 О (окисни тельная и иисршая а1мосфера. разомкнутая цепь и короткое замыкание, суспензионный и иммоби чизованный биока1ачизагор), что по зво ияс i оцени1ь вмиянис них усновий на кине i и к) процесса восстаиовпенпя ДХФИФ биокагализаюрами

Показано, то в условиях функционирования разработannoi о макета ЬТЭ растворенный кислород в анодном оитспении не конкурирус! с медиатором в процессе получения электронов oí ферментных систем бактерии

На основе модспи ферменшот элем рода впервые выявлены области копнешранпй субстрат, при которых лимитирующеи С1адией является диффузия c\6cipara к час[ицам биока тали ^а юра и пи фермент a i ивная реакция

окисления субстрата иммобилизованными в химически модифицированный поливиниловый спирт бактериями С/исопоЬасгег охунЗапь на электроде.

Установлено, что процесс переноса электронов с восстановленной формы ДХФИФ на графитовый электрод протекает в смешанном режиме, т.е. конкурирующими являются стадии диффузии медиатора к электроду, адсорбции его на поверхности и перенос заряда на электрод, при этом окисление медиатора является реакцией первого порядка.

Практическая значимость работы

Выявленное влияние рабочих условий БТЭ на скорость восстановления ДХФИФ может служить ориентиром при подборе оптимальных условий для работы БТЭ на основе уксуснокислых бактерий С/ысопоЬас!ег охусЗапя и медиатора ДХФИФ.

Установлено, что при избытке бактериальных клеток С/исопоЬас1ег охус/ап.\ 13 качестве биокатализатора БТЭ может работать в аэробных условиях. При этом процесс передачи электронов от бактерий на молекулы медиатора не подвергается конкуренции со стороны растворенного кислорода, что позволяет конструировать более простые БТЭ без изолирования их анодного отделения от воздуха.

Впервые показана возможность использования поливинилового спирта, м од и ф и ц и ро ва н н о го N - в и н и л п и рро л и д о и о м, дл я иммобилизации

бактериальных клеток С/исопоЬасГег охус1ат на аноде БТЭ. Такая композиция анода повышает долговременную стабильность БТЭ, улучшает его энергетические характеристики и позволяет применять биокатализатор в проточных системах.

Результаты работы внедрены в учебный процесс — поставлена новая лабораторная работа по курсам «Биосенсоры» и «Биотехнология защиты окружающей среды» для студентов специальностей 020100 Химия и 240901 Биотехнология.

Апробация работы и публикации

Результаты работы представлены во всероссийских конференциях с элементами научной школы для молодежи «Экотоксикология», (г. Тула) 2010, 2011, 2012 гг., Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития», 2011г. (г. Москва, диплом и медаль конкурса). Всероссийской школе-конференции "Химия биологически активных веществ" с международным участием "ХимБиоАкпив-2012" (I-. Саратов) 2012г., Международной интернет-конференции «Биотехнология. Взгляд в будущее», 2012г.. Международной научной конференции «Достижения и перспективы развития биотехнологии» (г. Саранск), 20121'.

По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 7 сообщений в тезисной форме и в виде материалов конференций, зарегистрирован патент на полезную модель (27 ноября 201 2г).

Заключение диссертации по теме «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)», Нгуен Винь Тиен

выводы

1. Проведено изучение взаимодействия в системе субстрат бактериальные клетки С.охуЛапь' — медиатор электронного транспорта -графитовый электрод. Установлено, что реакция восстановления медиатора ДХФИФ в присутствии суспензии бактерий С.охус1ст,ч и субстрата в анодном отделении биотопливного элемента имеет первый порядок по медиатору.

2. Определены эффективные константы скорости и начальные скорости восстановления ДХФИФ при различных условиях работы БТЭ (разомкнутая цепь и короткое замыкание, присутствие и отсутствие кислорода в системе, этанол и глюкоза в качестве субстратов биоокисления). Выявлено, что при использовании этанола в качестве субстрата скорость восстановления медиатора клетками G.oxydal1s на порядок выше, чем при использовании глюкозы, применение в качестве биокатализатора мембранной фракции увеличивает скорость восстановления медиатора в 6-7 раз.

3. Экспериментально установлено, что скорости восстановления кислорода и медиатора клетками С.охусктн в присутствии субстрата одинаковы. В условиях эксперимента растворенный кислород в процессе работы биотопливного элемента не конкурирует с медиатором в получении электронов от биокатализатора, что связано с присутствием избытка последнего и субстрата в растворе, в результате чего концентрация кислорода в анодном пространстве падает до нуля.

4. Выявлено влияние операционных условий на скорость восстановления медиатора. Влияние природы субстрата в целом совпадает с субстратной специфичностью С.охус1апх, полученной с помощью биосенсора на основе кислородного электрода. Зависимость начальной скорости восстановления ДХФИФ от концентрации субстрата этанола имеет типичный вид для ферментативных реакций. Максимальные значения скорости восстановления медиатора наблюдаются при рН раствора 6, что соответствует оптимальному значению рН для алкогольдегидрогеназы С.охускт.ч. В диапазоне ионной силы от 0,0001 до 0,1 М скорость восстановления медиатора практически не меняется.

5. Показано, что в области низких концентраций этанола (до 0,12 мМ) лимитирующей стадией процессов для биоанода на основе иммобилизованных клеток С.охуг/апх является диффузия субстрата к биокатализатору, при более высоких (выше 0,25 мМ) - ферментативная реакция. В кинетической области определены константы скорости и начальные скорости восстановления медиатора иммобилизованным биокатализатором в режимах разомкнутой цепи и короткого замыкания БТЭ.

6. Установлено, что процесс окисления ДХФИФ на графитовом электроде протекает в смешанном режиме, т.е. конкурирующими являются стадии диффузии, адсорбции медиатора и перенос заряда на электрод, при этом реакция разрядки медиатора на электроде имеет первый порядок.

7. Проведена оценка мощностных характеристик макета БТЭ, установлено, что при использовании иммобилизованных бактерий по сравнению с суспензией клеток максимальная удельная мощность элемента возрастает в 30 раз, при использовании мембранной фракции в 70 раз.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает признательность коллективу лаборатории коллективу кафедры химии Тульского государственного университета за помощи в проведении исследований и интерпретации результатов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Нгуен Винь Тиен, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. С.В., Алферов Физико-химические аспекты переноса заряда в системе "субстрат- бактериальные клетки G.oxydans - медиатор- электрод" в биотопливном элементе //дисс. на соиск. учен. ст. к.х.н. — Москва, 2010.

2. Е.Е.. Бабкина Кинетические закономерности функционирования медиаторных биосенсоров на основе бактерий Gluconobacter oxyclans: Дисс. канд. хим. наук. //. — Гула, 1 29 е., 2006.

3. В. Min. S. Cheng, В.Е. Logan, "Electricity generation using membrane and salt bridge microbial fuel cells," Water Res,V39, 2005. — c. 1675-1686.

4. Zhuwei Du, Haoran Lia, Tingyue Gu, A state of the art review on microbial fuel cells: A promising technology for wastewater treatment and bioenergy, Biotechnology Advances 25 (2007) 464-482.

5. Arseniy L. Popov. Jung Rac Kim, Richard M. Dinsdale, Sandra R. Esteves, Alan J. Guwy, and Giuliano C. Premier, The Effect of Physico-chemically Immobilized Methylene Blue and Neutral Red on the Anode of Microbial Puel Cell, Biotechnology and Bioprocess Engineering 17: 361-370 (2012).

6. R.M. Allen, H.P. Bennetto, "Microbial fuel-cells: electricity production from carbohydrates," App! Biochem BiotechnoI,V.39/40, 1993. — c. 27-40.

7. B.R. Ringeiscn, E. Henderson, P.K. Wu, J. Pietron. R. Ray. B. Little et al., "High power density from a miniature microbial fuel cell using Shewanella oneidensis DSP10," Environ Sci Techno],\L40, 2006. — c. 2629-2634.

8. ZTIe, S.D. Minteer, L. Angenent, "Electricity generation from artificial wastewater using an upflow microbial fuel cell," Environ Sci Technoiy.39, 2005. — c. 52625267.

9. B. Min, B.E. Logan, "Continuous electricity generation from domestic wastewater and organic substrates in a flat plate microbial fuel cell," Environ Sci Technoiy.38, 2004. — c. 5809-5814.

10. D.H. Park. J.G. Zeikus, "Improved fuel cell and electrode designs for producing electricity from microbial degradation," Biotechnol Bioengy.81, 2003. — c. 348355.

1 1. H. Liu, B.E. I ogan, "Electricity generation using an air-cathode single chamber microbial fuel cell in the presence and absence of a proton exchange membrane," Environ Sci Technoiy .38, 2004. — c. 4040-4046.

12. K. Rabaev, P. Clauwaert, P. Aelterman, W. Verstraetc, "Tubular microbial fuel cells for efficient electricity generation," Environ Sci Technoiy .39, 2005. — c. 80778082.

13. II. Liu. R. Ramnarayanan, B.E. Logan, "Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell," Environ Sci Technoiy.28, 2004, —c. 2281-2285.

14. J.K. Jang. T.H. Pham, I.S. Chang, K.EI. Kang, EI. Moon, K.S. Cho et al., "Construction and operation of a novel mediator-and membrane-less microbial fuel cell," Process Biochem.y.39, 2004. — c. 1007-1012.

15. Tartakovsky B.. Guiot S.R., "A comparison of air and hydrogen peroxide

oxygenated microbial fuel cell reactors," Bioiechnol Progy .22, 2006. — c. 241-246.

16. H. Moon, l.S. Chang, J.K. Jang, B.H. Kim, "Residence time distribution in microbial fuel cell and its influence on COD removal with electricity generation" V.27, 2005. — c. 59-65.

17. P. Aeltcrman, K. Rabaey, H.T. Pham, N. Boon, W. Verstraete, "Continuous electricity generation at high voltages and currents using stacked microbial fuel cells," Environ Sci Technoiy .40, 2006. — c. 3388-3394.

18. J. Niesscn, F. Harnisch. M. Rosenbaum, U. Schroder, P. Scholz, "Pleat treated soil as convenient and versatile source of bacterial communities for microbial electricity generation," E/ecfrochem Communal.8, 2006. — c. 869-873.

19. E. Zhang. W. Xu, G. Diao, C. Shuang, "Electricity generation from acetate and glucose by sedimentary bacterium attached to electrode in microbial-anode fuel cells," J Power Sourcesy. 161, 2006. — c. 820-825.

20. B.E. Logan. C. Murano, K. Scott, N.D. Gray, I.M. Head, "Electricity generation from cysteine in a microbial fuel cell," Water Res,V.39, 2005. — c. 942-952.

21. D.E. Holmes, D.R. Bond, R.A. O'Neil, C.E. Reimers, E.R. Tender, D.R. Lovley, "Microbial communities associated with electrodes harvesting electricity from a variety of aquatic sediments," Microbial /:co/,V.48, 2004. — c. 1 78-190.

22. S.K. Chaudhuri, D.R. Lovley, "Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediatoiiess microbial fuel cells," Nat Biotechnoiy.21, 2003. — c. 12291232.

23. B.H. Kim, H.J. Kim, M.S. Hyun, D.H. Park, "Direct electrode reaction of Fe(lJJ)-reducing bacterium, Shewanella putrifaciens," .) Microbiol Biotechnoiy.9, 1999. — c. 127-131.

24. Anatoly Reshetilov, Sergey Alferov, Ludmila Tomashevskaya, Ol'ga Ponamoreva. .Testing of bacteria Gluconobacter oxydansand election transport mediators composition for application in Biofuel Cell. // Electroanalysis. 2006. V. 18. №19-20. P. 2030-2034.

25. C.B. Алферов. С.10. Чнгринова, ATI. Решетилов. Биотопливные элементы на основе иммобилизованных клеток Gluconobacter oxydans и медиаторов электронного 1 ранспорт а2,6-дихлорофснолиндофенола, ферроцена и I, Г-диметилферроцена. // Известия Тульского государственного университета. Серия Химия. 2006. №6. С. 1 73-1 79.

26. D.H. Park, J.G. Zeikus, "Electricity generation in microbial fuel cells using neutral red as an electronophore," Appl Environ Microb,V.66, 2000. — с. 1292— 1297.

27. D.H. Park, J.G. Zeikus, "Utilization of electrically reduced neutral red by Actinobacillus succinogenes: physiological function of neutral red in membrane-driven fumarate reduction and energy conservation," J Bacteriol,V. 1 81, 1999. — c. 2403-2410.

28. D.H. Park. M. Eaivenieks, M.V. Guettler, M.K. Jain, J.G. Zeikus, "Microbial utilization of electrically reduced neutral red as the sole electron donor for growth and metabolite production," Appl Environ Microbiol,V.65, 1999. — c. 2912-2917.

29. Т.Н. Pham, J.K. Jang, I.S. Chang, B.H. Kim, "Improvement of cathode reaction of a mediatorless microbial fuel cell," J Microbiol BiotechnofV. 14, 2004. —c. 324329.

30. K. Rabaey, N. Boon, S.D. Siciliano, M. Verhacge, W. Vcrstraete, "Biofuel cells select for microbial consortia that self-mediate electron transfer," Appl Environ Microb,V.70, 2004. —- c. 5373-5382.

31. J. Niessen, U. Schroder, l\ Scholz, "Exploiting complex carbohydrates for microbial electricity generation — a bacterial fuel cell operating on starch," Electrochem Commun,V.6, 2004. — c. 955-958.

32. M.S. Park, B.H. Kim, H.S. Kim, H.J. Kim, G.T. Kim, M. Kim et al., "A novel electrochemically active and Fe(lII)-reducing bacterium phylogenetically related to Clostridium butyricum isolated from a microbial fuel cell," Anaerobe,V.7, 2001. — c. 297-306.

33. I.A. Ieropoulos, J. Grecnman, C. Melhuish, J. Hart, "Comparative study of three types of microbial fuel cell," Enzyme Microb Tech,V.37, 2005. — c. 238-245.

34. D.H. Park, B.H. Kim, B. Moore, H.A.O. Hill, M.K. Song, H.W. Rhec, "Electrode reaction of Desul lovibrio desulfuricans modified with organic conductive compounds," Biotcchnol Tcch,V.l 1, 1997, —c. 145-158.

35. C.A. Vega, 1. Fernandez, "Mediating effect of ferric chelate compounds in microbial fuel cells with Lactobacillus plantarum, Streptococcus lactis, and Erwinia dissolvens," Bioclcctrochcm Bioenerg,V. 1 7, 1987. — c. 217-222.

36. D.R. Bond, D.R. Eovley, "Electricity production by Geobacter sulfurreducens attached to electrodes," Appl Environ Microbiol,V.69, 2003. — c. 1548-1555.

37. Anatoly Rcshetilov, Sergey Allerov, Ludmila Tomashevskaya,Olga a Ponamoreva.Testing of bacteria Gluconobacter oxydansand electron transport

mediators composition for application in Biofuel Cell, // Electroanalysis. 2006. V. 18. №19-20. P. 2030-2034.

38. C.B. Алферов, Е.Ю. Чигринова, A.H. Решетилов. Биотопливные элементы на основе иммобилизованных клеток Gluconobacter oxydans и медиаторов электронного 'I pai-icnopi а2,6-дихлорофенол индофенола, ферроцена и 1,1 '-диметилфсрропена. // Известия Тульского государственного университета. Серия Химия. 2006. №6. С. 1 73-1 79.

39. Алферов С.В., Томашевская Л.Г., Понаморева O.K., Богдановская В.А., Решетилов A.M. Анод биотопливного элемента на основе бактериальных клеток Gluconobacter и медиатора электронного транспорта2,6-дихлорфенолиндофенола. // Электрохимия. 2006. Т. 42. №4. С. 456-457.

40. Алферов С.В., Томашевская Л.Г., Понаморева О.П., Богдановская В.А., Решетилов А.П. Анод биотопливного элемента на основе бактериальных клеток Gluconobacter и медиатора электронного транспорта2,6-дихлорфенолиндофенола. // Электрохимия. 2006. Т. 42. №4. С. 456-457.

41. Sergey Alferov, Vasile Coman, Tobias Gustavsson, Anatoly Reshetilov, Claes von Wachenfeldt, Cecilia Hagerhall and Lo Gorton. Electrical communication of cytochrome enriched Escherichia coliJM109 cells with graphite electrodes. // Electrochimica Acta. 2009. V.54. №22. P. 4979-4984.

42. Muvnck C. Dc, Pereira C. S. S., Naesseus M., Parmentier S., Soetaert W. The Genus G.oxydans: Comprehensive Overview of Biochemistry and Biotechnological Applications// Critical reviews, 2007. — c. P. 147-171.

43. U. Deppcnmcier, M. Hoffmeister , С. Prust, Biochemistry and biotechnological applications ofGluconobacterstrains, Appl Microbiol Biotcchnol, 2002, 60:233-242

44. E.G., Бабкина Кинетические закономерности функционирования медиа горных биосенсоров на основе бактерий G.oxydans: Дисс. канд. хим. наук. //. — Тула, 129 е., 2006.

45. 89. Варфоломеев С.Д., Гуревич К.Г. Биокинетика: Практический курс. М.: Фаир-Пресс, 1999. - 720 с.

46. Понаморсва О.П., Инджгия ЕЛО., Алферов В.А., Рсшетилов А.Н. Эффективность биозлектрокаталитического окисления этанола целыми клетками и мембранной фракцией бактерий Gluconobacter oxydons в присутствии медиаторов ферроценового ряда// Электрохимия. 2010. Т. 46. №12. С. 1503-1508.

47. Чигринова(Инджгия) Е.Ю., Бабкина Е.Е., Понаморева О.П., Алферов В.А. Эффективность функционирования медиаторов электронною транспорта в биосенсорах па основе Glueonobacter oxvdans // Материалы IV Международной научной конфсренции«Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий». 2006. Томск.V.2. С. 443-444.

48. К.P. Nevin, D.R. Eovley, "Lack of production of electron-shuttling compounds or solubilization of lre(lll) during reduction of insoluble Fe(lll) oxide by Geobacter mctallireducens," Appl Environ Microbiol,V.66, 2000. — c. 2248-225 1.

49. D.H. Park, J.G. Zeikus, "Impact of electrode composition on electricity

generation in a single-compartment fuel cell suing Shevvanella putrefaciens," Appl

Microbiol Biotcchnol,V.59, 2002. — c. 58-61.

50. Appleby AJ, Fouldcs FR, Fuel cell handbook. New York: Van Nostrand Reinhold, 1989.

51. S. Cheng, FF Fiu, B.E. Logan, "Increased power generation in a continuous flow MT3 with advective How through the porous anode and reduced electrode spacing," Environ Sci Techno!,V AO, 2006. — c. 2426-2432.

52. FF Liu, S. Cheng, B.E. Logan, "Power generation in fed-batch microbial fuel cells as a function of ionic strength, temperature, and reactor configuration," Environ Sci Techno!,V.39. 2005. — c. 5488-5493.

53. S.E. Oh, B. Min, B.E. Logan, "Cathode performance as a factor in electricity generation in microbial fuel cells," Environ Sci Techno!,V.38, 2004. — c. 4900-4944.

54. D.IF Park, J.G. Zeikus, "Utilization of electrically reduced neutral red by Actinobaciilus succinogenes: physiological function of neutral red in membrane-driven fu ma rate reduction and energy conservation," J Bocterio! ,\l. 181, 1999. — c. 2403-2410.

55. F. Zhao. F. Flarnisch, U. Schroder, F. Scholz, P. Bogdanoff. I. Herrmann, "Application of pyrolysed iron(II) phthalocyanine and CoTMPP based oxygen reduction catalysts as cathode materials in microbial fuel cells," Electrochem Commim.y.l. 2005, —c. 1405-1410.

56. F. Zhao. F. Flarnisch, U. Schroder, F. Scholz, P. Bogdanoff, I. Herrmann, "Challenges and constraints of using oxygen cathodes in microbial fuel cells," Environ Set Techno/, 2006. — c. 5 1 93-5 199.

57. D.A. Lowy. L.M. Tender, J.G. Zeikus, D.H. Park, D.R. Lovley, "Harvesting energy from the marine sediment-water interface II kinetic activity of anode materials," Biosens Bioelectrony.21, 2006. — c. 2058-2063.

58. G.G. Gil, I.S. Chang, B.H. Kim, M. Kim, J.Y. Jang, H.S. Park et al., "Operational parameters affecting the performance of a mediator-less microbial fuel cell," Biosens Bioelectrony. 1 8, 2003. — c. 327-334.

59. Cheng, H. Liu, B.L. Logan, "Increased power generation in a continuous flow MT3 with advective flow through the porous anode and reduced electrode spacing," Environ Sei Techno/y AO, 2006. — c. 2426-2432.

60. S.FI. Oh, B.L. Logan, "Proton exchange membrane and electrode surface areas as factors that affect power generation in microbial fuel cells," Appl Microbiol BiofechnoLV.70, 2006. — c. 162-169.

61. R.A. Rozcndal, H.V.M. Llamelers, C.J.N. Buisman, "Effects of membrane cation transpoet on pH and microbial fuel cell performance," Environ Sei Techno!,V.40, 2006.— c. 5206-521 1.

62. H. Moon, LS. Chang, B.H. Kim, "Continuous electricity production from artificial wastewater using a mediator-less microbial fuel cell," Bioresource Techno!y .91, 2006. — c. 621 -627.

63. J, Monod, " The growth of bacterial culture," Anmi Rev,V3, 1949. — c. 371-394.

64. Picioreanu C, Head IM, Katuri KP, van Loosdrecht MCM , Scott K, "A computational model for biofilm-based microbial," Water /?e.v,V.41, 2007. — c. 2921-2940.

65. Logan BL. Lxoelectrogenic bacteria that power microbial fuel cells. // Nature Rev. Microbiol -2009 - №7 - P.375-381.

66. Torres CI. kato Marcus A & Rittmann BL, "Kinetics of consumption of fermentation products by anode-respiring bacteria," Appl Microbiol Bioty.ll, 2007. — c. 689-697.

67. fleering 1IA, Hirst J, Armstrong FA, "Interpreting the catalytic voltammetry of electroactive enzymes adsorbed on electrodes," J Phys Chem By. 102, 1998. — c. 6889-6902.

68. Gorby YA, Yanina S, McLean JSet af, "Electrically conductive bacterial nanowires produced byShexvanella oneidensisstrain MR-1 and other microorganisms." P Nail Acad Sci USA,V. 1 03, 2006. — c. 1 I 358-1 1 363.

69. Marsili E, Rollefson JB, Baron DB, Hozalski RM, Bond DR, "Shewanellasecretes flavins that mediate extracellular electron transfer," P Natl Acad Sci USAyAOS, 2008, —c. 3968-3973.

70. Von Canstein H, Ogawa J. Shimizu , Llovd JR, "Secretion of flavins

" O 7 J

byShewanel laspecics and their role in extracellular electron transfer," AppI Environ Microby.14, 2008. — c. 6 1 5-623.

71. Sibel D. Roller, H. Peter Bennetto, Gerard M. Delaney et.af, "Electron-transfer coupling in microbial fuel cells. 1. Comparison of Redox-mediator Reduction Rates and Respiratory Rales of Bacteria," J Chem Tech Biotechnoly .3413, 1984. — c. 1327.

72. Sibel D. Roller. H. Peter Bennetto, Gerard M. Delaney, Jeremy R. Mason, John

L. Stirling and Christopher L. Thurston, Electron-transfer Coupling in Microbial Fuel

Cells: 1. Comparison of Redox-mediator Reduction Rates and Respiratory Rates of Bacteria, J Cham. Tech Biotechnol. 1984, 34B, 3-1 2

73. K. Rabaey, K. Van De Sompel, L. Maignien, N. Boon, P. Aelterman, P. Clauwaerl et al., "Microbial fuel cells for sulfide removal," Environ Sci TechnoiyAO, 2006. — c. 521 8-5224.

74. Albery W.J., Bartlett P.N. Amperometric enzyme electrodes. Part 1. Theory. J. Electroanal. Chcm. 1985. V. 194. P. 21 1-222.

75. Polyak В., Basis E., Novodvorets A., Belkin S., Marks R.S. Bioluminescent whole cell optical fiber sensor to genotoxicants: system optimization // Sens. Actuators B. Chcm - 2001 - №74 - P. 1 8-26.

76. Ouitrakul S, Sriyudthsak M, Charojrochkul S, Kakizono T. Impedance analysis of bio-fuel cell electrodes // Biosensors. &Bioelectronics - 2007 - №23 - P.72 1-727.

77. Yong Yuan, Shungui Zhou, NanXu, Li Zhuang. Microorganism-immobilized carbon nanoparticle anode for microbial fuel cells based on direct electron transfer// Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2010 - № 1 5 - P. 3456-3461.

78. Shilpa N. Sawant. Conducting polymers and their composites for microbial fuel cells// Workshop on Hydrogen Energy and Fuel Cells, 2009.

79. Bin Li, Li Niu, Wenpeng Kou, Qing Deng, Guangjin Cheng, Shaojun Dong. Synthesis of a Self-Gelatinizablc Grafting Copolymer of Poly (vinyl Alcohol) for Construction of an Amperometric Peroxidase Electrode// Analytical Biochemistry -1998-130.

80. Сидел ьковская Ф.П. Химия N-винилпирролидона и его полимеров. - М.: Наука, 1970. 150 с.

81. Алферо в В.А., Филатова Н.М., Асулян Л.Д., Блохин И.В., I орячева А.А., Получение стабильного рецепторного элемента биосенсора иммобилизацией бактериальных клеток Gluconobactcr oxydans в пленку из поливинилового спирта, модифицированного N-винилпирролидоном // Известия ТулГУ. Естественные науки. 201 1. №1. С.210-219.

82.reropoulos 1, Melhuish С, Greenman J. Energetically autonomous robots. Intelligent autonomous systems, vol. 8. Amsterdam: IOS Press; 2004. p. 128-35.

83. Ieropoulos I, Melhuish C, Greenman J. EcoBot-Il: an artificial agent with a natural metabolism. Adv Robot Syst 2005; 2, c. 295-300.

84. Hol/man DC. Microbe power. Environ Health Pcrsp 2005; 1 13:A754-7.

85. Rabaey K, Van Dc Sompel K, Maignien E, Boon N, Aelterman P, Clauwaert P, et al. Microbial fuel cells for sulfide removal. Environ Sci Technol 2006:40:5218-24.

86. Min B, Kim JR, Oh SE, Regan JM, Logan BE. Electricity generation from swine waste water using microbial fuel cells. Water Res. 2005b; 39 :4961-8.

87. Chang IS, Jang JK, Gil GC, Kim M, Kim HJ, Cho BW, et al. Continuous determination of biochemical oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor. Biosens Bioclectron 2004;19:607-13

88. Chang IS, Moon H, Jang JK, Kim ВН. Improvement of a microbial fuel cell performance as a BOD sensor using respiratory inhibitors. Biosens Bioelectron 2005;20:1856-9

89. Holzman DC. Microbe power. Environ Health Persp 2005:1 1 3:A754—7.

90. Moon H, Chang IS, Kang KH, Jang JK, Kim ВН. Improving the dynamic response of a mediator-less microbial fuel cell as a biochemical oxygen demand (BOD) sensor. Biotechnol Lett 2004;26:1717-21.

91. Kang K11, Jang JK, Pham TH, Moon H, Chang IS, Kim ВН. A microbial fuel cell with improved cathode reaction as a low biochemical oxygen demand sensor. Biotechnol Lett 2003;25:1357-61.

92. Lusk P. Methane recovery from animal manures: a current opportunities casebook. NREL/SR-580-25145; 1998. Sept.

93. Тимопов A.M. Твердые полимерные электролиты: структура, свойства и применение. // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 6. № 8. С. 69-75.

94. Islami М, Shabani A, Saifi-Abolhassan М, Sepehr Sh, Soudi MR, Mossavi-Nejad SZ., "Purification and characterization of alcohol dehydrogenase from Gluconobacter suboxydans.,, Pak J Biol Sci. 2008 Jan 15; c. 208-13.

95. Асулян Л.Д.. Филатова H.M., Арляиов В.А., Алферов С.В., Алферов В.А., Композиция для получения полимерной пленки для иммобилизации микроорганизмов в биосенсорных анализаторах, Патент на изобретение РФ №:2461 625, Дата публикации:20.09.201 2.

96. Кузьмичева L.B., Кинетика процесса окисления глюкозы с помощью микроорганизма Escherichia coli в присутствии экзогенных медиаторов// дисс. на соиск. учен. ст. к.х.н. — Саратов, 2009.

97. Logan, В.Е. Microbial Fuel Cells. // John Wiley and Sons. New York, 2007. P. 216.