Кинетика процесса окисления глюкозы с помощью микроорганизма Escherichia coli в присутствии экзогенных медиаторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.05, кандидат химических наук Кузьмичева, Елена Валерьевна

• Кузьмичева, Елена Валерьевна
• кандидат химических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат химических наук Кузьмичева, Елена Валерьевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Биологические топливные элементы (литературный обзор)

§

1.1. Устройство и классификация биологических топливных элементов

1.2. Особенности работы ферментных топливных элементов

§

1.3. Общие представления о микробном метаболизме \ \

1.3.1. Катаболизм углеводов \

1.3.2. Дыхательная цепь \

1.3.3. Искусственные акцепторы электронов \

1.3.4. Особенности брожения осуществляемого микроорганизмами семейства ЕЫегоЪас1ег1асеае 1.4. Механизмы электронного переноса в микробных топливных элементах

1.4.1. Медиаторный электронный перенос

1.4.2. Прямой электронный перенос

1.5. Основные проблемы и оптимизация условий работы микробного топливного элемента

1.6. Применение микробных топливных элементов

1.6.1. Очистка сточных вод

1.6.2. Седиментные микробные топливные элементы

1.6.3. Производство водорода

1.6.4. Создание гастророботов

ГЛАВА 2 Методика эксперимента 35 2.1. Материалы и приборы

2.1.1. Микроорганизмы

2.1.2. Экспериментальная ячейка

2.1.3. Реактивы

2.1.4. Рабочий электрод

2.1.5. Электрохимические измерения

2.2. Методика биоэлектрохимического эксперимента

2.3. Методика снятия разрядных кривых в макете микробного топливного элемента

ГЛАВА 3 Изучение кинетики процесса окисления глюкозы с помощью клеток Escherichia coli в присутствии экзогенных ¿ц медиаторов методом вращающегося дискового электрода

3.1. Электрохимическое поведение редокс-медиаторов в рабочем электролите на стеклографитовом электроде

3.2. Оценка эффективности работы редокс-медиаторов в биоэлектрохимической системе глюкоза — клетки Escherichia coli

ГЛАВА 4 Изучение каталитической активности микроорганизма Escherichia coli при окислении глюкозы в присутствии экзо- 71 генных медиаторов

ГЛАВА 5 Апробация работы микробного медиаторного анода в макете микробного топливного элемента

5.1. Электрохимические характеристики микробного медиаторного анода в макете микробного топливного элемента

5.2. Кинетика анодного окисления микробного медиаторного анода 39 ВЫВОДЫ 94 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кинетика процесса окисления глюкозы с помощью микроорганизма Escherichia coli в присутствии экзогенных медиаторов»

Актуальность темы. На протяжении XX века мировой расход энергии существенно возрос, что привело энергетику в неуравновешенное состояние. Интерес к разработке альтернативных источников энергии, в том числе и химических источников тока, не ослабевает в связи с грядущим глобальным истощением на Земле источников полезных ископаемых, используемых для нужд энергетики. В настоящее время новым витком в развитии электрохимической энергетики является создание биологических топливных элементов, которые находят применение для очистки сточных вод [1,2], производства водорода [3,4], в медицине (запитывание имплантируемых устройств) [5].

Биологические топливные элементы (БТЭ) представляют собой устройства, которые используют биологические компоненты как катализаторы для генерации электричества [6].

В отличие от химических топливных элементов, биологические работают при более мягких условиях, а именно при комнатных температуре и давлении. Они также используют нейтральный электролит и недорогие катализаторы. В БТЭ в качестве катализаторов применяют либо целые микроорганизмы [7,8], либо ферментные препараты [9]. В связи с этим БТЭ подразделяют на ферментные топливные элементы (ФТЭ) и микробные топливные элементы (МТЭ). Кроме того, в отличие от химических топливных элементов, использующих водород, этанол и метанол как топливо, БТЭ в качестве топлива могут использовать энергетически ёмкие, но электрохимически пассивные вещества (углеводы [10], органические кислоты [11] и спирты [12]), а также многие органические отходы [13]. Это открывает возможность одновременного решения экологической и энергетической проблем.

Перспективным направлением является подход, основанный на использовании в качестве биокатализаторов целых микроорганизмов. По мощности и кулоновской эффективности МТЭ, использующие экзогенные редокс-медиаторы для переноса электронов от бактериальной клетки к электроду, пока уступают МТЭ с прямым переносом электронов [14]. Эффективность их работы зависит от многих параметров. К ним в первую очередь следует отнести природу экзогенного медиатора и микроорганизма, способного катаболи-зировать специфичный субстрат и их совместимость друг с другом. Каталитическая активность микроорганизмов в присутствии экзогенных редокс-медиаторов, а также кинетика процессов, протекающих на микробных ме-диаторных электродах, на сегодняшний день мало изучены. Существует только несколько попыток их исследования с применением современных методов экспериментальной электрохимии [15-17]. Между тем, исследование кинетических закономерностей процессов, протекающих на биоанодах, представляется действительно актуальной задачей, поскольку они могут служить фундаментальной основой при создании МТЭ медиаторного типа.

Целью данной работы является установление кинетических закономерностей процесса окисления глюкозы с помощью микроорганизма Escherichia coli в присутствии экзогенных медиаторов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: изучить электрохимическое поведение экзогенных редокс-медиаторов, выбранных из различных классов веществ (тиазины, азины и ок-сазины), в рабочем электролите и оценить их коэффициенты диффузии;

- определить эффективность работы исследуемых медиаторов в биоэлектрохимической системе;

- изучить электрохимическими методами кинетику процесса биоэлек-трокаталитического окисления глюкозы клетками Escherichia coli и определить кинетические параметры этого процесса;

- создать макет микробного топливного элемента и изучить кинетику процесса окисления глюкозы на микробном медиаторном аноде в условиях его работы.

Научная новизна. Впервые электрохимическими методами проведено изучение каталитической активности микроорганизма Escherichia coli при окислении глюкозы в присутствии экзогенных медиаторов — метиленового синего, нейтрального красного и галлоцианина. Обосновано и доказано, что ме-тиленовый синий и галлоцианин являются эффективными медиаторами при реализации микробного медиаторного анода на основе клеток Escherichia coli. Установлено, что процесс окисления метиленового синего на биоаноде протекает в режиме смешанного диффузионно-кинетического контроля, а процесс окисления галлоцианина — в режиме диффузионной кинетики. Определены кинетические характеристики реакции окисления метиленового синего на биоаноде — порядок реакции и гетерогенная константа скорости.

На основе уравнения Михаэлиса-Ментен проведен кинетический анализ процессов диффузии метиленового синего и галлоцианина между клеткой (катализатором) и контактирующим с ней раствором. Показано, что ме-тиленовый синий является более эффективным медиатором по сравнению с галлоцианином в реакции окисления глюкозы с помощью микроорганизма Escherichia coli.

Изучена кинетика процесса окисления глюкозы бактериальными клетками в условиях работы макета микробного топливного элемента. Показано, что лимитирующей стадией в работе микробного медиаторного анода является процесс окисления медиатора — метиленового синего. Практическая значимость. Разработан микробный медиаторный анод на основе клеток Escherichia coli для процесса окисления глюкозы и оптимизированы условия его работы. Проведенные испытания на макете микробного топливного элемента показали, что предложенный микробный медиаторный анод на основе глюкозы и микроорганизма Escherichia coli работает удовлетворительно и может быть в дальнейшем использован для практических целей при создании медиаторного микробного топливного элемента. Данные по электрохимическим характеристикам микробного медиаторного анода могут быть использованы при создании микробных биосенсоров.

На защиту выносятся следующие положения:

- возможность использования метиленового синего и галлоцианина в качестве медиаторов, осуществляющих перенос электронов от микроорганизма Escherichia coli на электрод;

- результаты исследования кинетических закономерностей процесса окисления глюкозы с помощью бактериальных клеток Escherichia coli, протекающего в присутствии экзогенных редокс-медиаторов, во внешнедиффу-зионной и внутридиффузионной цепи;

- результаты испытания работы микробного медиаторного анода в макете микробного топливного элемента.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на III Всероссийском семинаре с международным участием «Топливные элементы и энергоустановки на их основе» (Екатеринбург, 2006), на III Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах» «ФАГРАН-2006» (Воронеж, 2006), на VI Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2007), на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007), на III Всероссийской конференции «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (Энгельс, 2008), на VII Международной конференции «Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики» (Саратов, 2008), а также на IV Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах» «ФАГРАН-2008» (Воронеж, 2008).

Заключение диссертации по теме «Электрохимия», Кузьмичева, Елена Валерьевна

ВЫВОДЫ

1. Изучено электрохимическое поведение некоторых окислительно-восстановительных систем: метиленового синего, нейтрального красного и галлоцианина на стеклографитовом электроде в фосфатном буферном растворе (рН 7.0). Показано, что метиленовый синий и галлоцианин являются обратимыми окислительно-восстановительными системами и могут быть использованы в качестве медиаторов при реализации микробного анода на основе клеток Escherichia coli. Установлено, что электрохимические реакции восстановления исследуемых медиаторов на рабочем электроде протекают в* режиме диффузионной кинетики. Определены их коэффициенты диффузии,

L f. которые близки между собой и составляют (1.3±0.1)-10' см"/с, (1.1±0.2)-10~

О А О см~/с и (1.5±0.1)-10" см~/с для1 метиленового синего, нейтрального красного и галлоцианина, соответственно.

2. Изучено поведение исследуемых медиаторов в биоэлектрохимической , системе глюкоза - медиатор - клетки Escherichia coli. Показано, что метиленовый синий и галлоцианин являются эффективными окислительно-восстановительными медиаторами при реализации условий работы микробного медиаторного анода, а нейтральный красный работает не эффективно.

3. Изучена кинетика процесса биоэлектрохимического окисления глюкозы бактериальными клетками Escherichia coli с использованием метиленового синего и галлоцианина в качестве медиаторов. Показано, что общая скорость электрохимической реакции зависит от концентрации медиаторов и субстрата в объеме раствора. Из зависимости общей скорости биоэлектрохимического процесса от скорости вращения дискового электрода установлено, что процесс окисления метиленового синего на биоаноде протекает в режиме смешанного диффузионно-кинетического контроля, а процесс окисления галлоцианина — в режиме диффузионной кинетики.

4. Определены кинетические характеристики реакции окисления метиленового синего на биоаноде — порядок реакции и гетерогенная константа скорости. Показано, что порядок реакции по медиатору и глюкозе приблизительно равен единице, а среднее значение гетерогенной константы скорости процесса анодного окисления метиленового синего при его различной объа емной концентрации составляет 1.74-10" см/с.

5. Изучена-каталитическая, активность микроорганизма Escherichia coli в условиях работы микробного медиаторного анода. Показано, что с увеличением концентрации медиаторов и субстрата скорость процесса возрастает. В заданных экспериментальных условиях при концентрациях метиленового з л синего и субстрата, равных 2-10" моль/л и 1-10" моль/л, соответственно, наблюдается« эффект насыщения, то есть скорость процесса перестает зависеть от концентрации. Для галлоцианина эффект насыщения наблюдается при его а концентрации, равной 1-10" моль/л.

6. На основании уравнения Михаэлиса-Ментен был проведен анализ кинетики4 процессов диффузии * метиленового синего и галлоцианина между катализатором и,контактирующим-с ним раствором. Отношение максимального тока процесса к эффективной константе обмена 1тса/(Км,клаг/К-м,р) для мети-ленового*синего составляет 4.4-10"" с" , а для галлоцианина составляет 2.8-10"*" с"1. Это указывает на то, что скорость обмена метиленового синего между клеткой (катализатором) и контактирующим с ней раствором быстрее, чем у галлоцианина.

7. Проведено испытание микробного медиаторного анода на основе клеток Escherichia coli для процесса окисления глюкозы в разработанном макете топливного элемента, в котором катодом являлся диоксидносвинцовый электрод. Показано, что работа макета топливного элемента в данных условиях ограничена диоксидносвинцовым электродом, а процесс окисления микробного медиаторного анода лимитируется скоростью окисления медиатора — метиленового синего.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Кузьмичева, Елена Валерьевна, 2009 год

1. Microbial fuel cells for wastewater treatment / P. Aelterman, K. Rabaey, P. Clauwaert, W. Verstraete // Water Science and Technology. 2006. - Vol. 54. -P.9-15

2. Logan B.E. Simultaneous wastewater treatment and biological electricity generation // Water Science and Technology.- 2005.- Vol. 52.- P.31-37

3. Principle and perspectives of hydrogen production through biocatalyzed electrolysis / R.A. Rozendal, H.V.M. Hamelers, G.J.W. Euverink etc. // International Journal of Hydrogen Energy.- 2006.- Vol. 31.- P. 1632-1640

4. Hydrogen production with a microbial biocathode / R.A. Rozendal, A.W. Jere-miasse, H.V.M. Hamelers, С.J.N. Buisman // Environmental Science Technology.- 2008.- Vol. 42.- P.649-634

5. Heller A. Miniature biofiiel cells // Phys. Chem. Chem. Phys.- 2004.- Vol. 6.-P.209-216

6. Biological fuel cells and their applications / A.K. Shukla, P. Suresh, S. Berchmans, A. Rajendran // Current Science.- 2004.- Vol. 87.- P.455-468

7. Bennetto H.P. Electricity generation by microorganisms // Biotechnology Education.- 1990.-Vol. 1.-P.163-168

8. Tanisho S., Kamiya N., Wakao N. Microbial fuel cell using Enterobacter aero-genes II Bioelectrochem. and Bioenerg.- 1985.- Vol. 21.- P.25-32

9. Barton S.C., Gallaway J., Atanassov P. Enzymatic biofiiel cells for implantable and microscale devices // Chem. Rev.- 2004.- Vol. 104.- P.4867-4886

10. Градсков Д.А., Казаринов И.А., Игнатов В.В. Биоэлектрохимическое окисление глюкозы с помощью бактерии Escherihia coli // Электрохимия. 2000.- Т. 37, №11.- С. 1397-1400

11. Measurements of oxidoreductase-like activity of intact bacterial cells by an amperometric method using a membrane-coated electrode / T. Ikeda, T. Kurosaki, К. Takayama, К. Капо // Analytical Chemistry.- 1996.- Vol. 68.- P.192-198

12. Electricity generation and microbial community analysis of alcohol powered microbial fuel cells / J.R. Kim, S.H. Jung, J.M. Regan, B.E. Logan // Biore-source Technology.- 2007.- Vol. 98.- P.2568-2577

13. Moon H., Chang I.S., Kim B.H. Continious electricity from artificial wastewater using a mediator-less microbial fuel cell // Bioresource Technology.- 2006.-Vol. 97.- P.621-627

14. Comparative study of three types of microbial fuel cell / I.A. Ieropoulos, J. Greenman, C. Melhuish, J. Hart // Enzyme and Microbial Technology.- 2005.-Vol. 37.- P.238-245

15. Voltammetric behavior of living cells T. shanghaiensis and its bioanalytical application / J. Feng, Y.-X. Ci, C.-M. Gao, Y.-Z. Li // Bioelectrochemistry and Bioenergetics.- 1997.- Vol. 44.- P.89-93

16. Ciureanu M., Goldstein S. Chronopotentiometric study of electroenzymatic processes with homogeneous mediation // Bioelectrochemistry and Bioenerget-ics.- 1997.- Vol. 44.- P.65-75

17. Федорович B.B., Мажитов Т.О., Калюжный С.В. Биотопливные элементы новые возможности для энергетики // Катализ в промышленности.-2004.-№1.- С.29-34

18. Корпан Я.И., Ельская А.В. Микробные сенсоры: достижения, проблемы, перспективы //Биохимия.- 1995.- Т. 60.- С.1988-1998

19. Варфоломеев С.Д. Биосенсоры // Соросовский образовательный журнал.-1997.-№1.- С.45-49

20. Electricity generation from alkalotrophic organisms / Т. Akiba, H.P. Bennetto, J.L. Stirling, K. Tanaka // Biotechnol. Lett.- 1985.- Vol. 9.- P.611-616

21. The source of fuel cell: efficient biomass conversion using a microbial catalyst / H.P. Bennetto, G.M. Delaney, J.R. Mason, H.D. Roller etc. // Biotechnol. Lett.- 1985.- Vol. 7.- P.611-616

22. Direct electrode reaction of Fe (III) reducing bacterium, Shewanella putrefa-ciens / B.H. Kim, HJ. Kim, M.S. Hyun, D.H. Park // J. Microbiol. Biotechnol.-1999.- Vol. 9.- P. 127-131

23. Microbial fuel cells / J.L. Stirling, H.P. Bennetto, G.M. Delaney, J.R. Mason etc. // Biochem. Soc. Trans.- 1983.- Vol. 11.- P.451-453

24. Tanisho S., Kamiya N., Wakao N. Microbial fuel cell using Enterobacter aerogens //Bioelectrochem. Bioenerg.- 1983.- Vol. 21.- P.25-32

25. Vega C.A., Fernandez I. Mediating effect of ferric chelate compounds in microbial fuel cells with Lactobacillus planetarium, Streptococcus lactis and Er-winia dissolvens II Bioelectrochem. Bioenerg.- 1987.- Vol. 17.- P.217-222

26. Zhang X., Halme A. Modelling of a microbial fuel cell process // Biotechnol. Lett.- 1995.- Vol. 17.-P.809-812

27. Калюжный C.B. Микробные топливные элементы на основе возобновляемых источников энергии // Катализ в промышленности.- 2004.- №5.-С.38-42

28. A microbial fuel cell with improved cathode reaction as a low biochemical oxygen demand sensor / K.H. Kang, J.K. Jang, Т.Н. Pham, H. Moon etc. // Biotechnology Letters.- 2003.- Vol. 25.- P.1357-1361

29. Novel BOD (biological oxygen demand) sensor using mediator-less microbial fuel cell / B.H. Kim, J.S. Chang, G.C. Gil, H.S. Park etc. // Biotechnology Letters.- 2003.- Vol. 25.- P.541-545

30. Microbial phenazine production enhances electron transfer in biofuel cells / K. Rabaey, N. Boon, M. Hôfte, W. Verstraete // Environmental Science Technology.- 2005.- Vol. 39.- P.3401-3408

31. Chaudhuri S.K., Lovley D.R. Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cells // Nature Biotechnology.- 2003.- Vol. 21.- P.1229-1232

32. Стейниер P., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов.- M.: Мир, 1979.-Т.1.- 320 с.

33. Шлегель Г. Общая микробиология.- М.: Мир, 1987.- 566 с.

34. Ленинджер А. Биохимия-М.: Мир, 1976.- 540 с.

35. Готтшалк Г. Метаболизм бактерий.- М.: Мир, 1982.- 310 с.

36. Allen R.M., Bennetto H.P. Microbial fuel cells: electricity production from carbohydrates // Appl.Biochem.Biotechnol.- 1993.- Vol. 39/40.- P.27-40

37. Electron transfer coupling in microbial fuel cells. 1. Comparison of redox mediator reduction rates and respiratory rates of bacteria / S.D. Roller, H.P. Bennetto, G.M. Delaney, J.R. Mason etc. // J. Chem. Technol. Biotechnol.- 1984.-Vol. 34B.- P.3-12

38. Park D.H., Zeikus J.G. Electricity generation in microbial fuel cells using neutral red as an electroionophore // Appl. Environ. Microbiol.- 2000.- Vol. 66,-P. 1292-1297.

39. Tanaka K., Kashiwagi N., Ogawa T. Effects of light on the electrical output of bioelectrochemical fuel-cells containing Anabaena variabilis M-2: mechanisms of the post-illumination burst // J. Chem. Technol. Biotechnol.- 1988.- Vol. 42.- P.235-240

40. Tanaka K., Tamamushi R., Ogawa T. Bioelectrochemical fuel-cells operated by cyanobacterium, Anabaena variabilis II J. Chem. Technol. Biotechnol.-1985.- Vol. 35B.- P.191-197

41. Индикаторы^ / под ред. Э. Бишопа, пер. с англ. И.В. Матвеевой.- М.: Мир, 1976.- Т. 2.-614 с.

42. Biofuel cells select for microbial consortia that self-mediate electron transfer / K. Rabaey, N. Boon, S.D. Siciliano, M. Verhaege, W. Verstraete // Applied and Environmental Microbiology.- 2004.- Vol. 70.- P.5373-5381

43. Hernandez M.E., Kappler A., Newman D.K. Phenazines and other redox-active antibiotics promote microbial mineral reduction // Appl. Environ. Microbiol.-2004.- Vol. 70.- P.921-928

44. Metabolites produced by Pseudomonas sp. enable a Gram-positive bacterium to achieve extracellular electron transfer / Т.Н. Pham, N. Boon, P. Aelterman, P. Clauwaert // Applied Microbiology and Cell Physiology.- 2007.- Vol. 77.-P.l 119-1129

45. Newman D.K., Kolter R. A role for excreted quinones in extracellular electron transfer //Nature.- 2000.- Vol. 405.- P.94-97

46. Current production and metal oxide reduction by Shewanella oneidensis MR-1 wild type and mutants / O.Bretschger, A. Obraztsova, C.A. Sturm, I.S. Chang etc. // Appliedand Environmental Microbiology.- 2007.- Vol. 73, №4.- P.7003-7012

47. Electrically conductive bacterial nanowires produced by Shewanella oneidensis strain MR-1 and other microorganisms / Y.A. Gorby, S. Yanina, J.S. McLean, K.M. Rosso etc. // PNAS.- 2006.- Vol. 103, №30.- P.l 1358-11363

48. Rabaey K., Verstraete W. Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy generation // TRENDS in Biotechnology.- 2005.- Vol. 23.- P.291-298

49. Schroder U. Anodic electron transfer mechanisms in microbial fuel cells and their energy efficiency // Physical Chemistry Chemical Physics.- 2007.- Vol. 9.- P.2619-2629

50. Калюжный C.B., Федорович B.B. Микробные топливные элементы // Химия и жизнь.- 2007.- №5.- С.36-39

51. Habermann W., Pommer Е.-Н. Biological fuel cells with sulphide storage capacity //Appl. Microbiol. Biotechnol.-1991.- Vol. 35.- P.128-133

52. Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine sediments / D.R. Bond, D.E. Holmes, L.M. Tender, D.R. Lovley // Science.- 2002.- Vol. 295.- P.483-485

53. Understanding the anode mechanism of a seafloor fuel cell: interactions between geochemistryand microbial activity / Biogeochemistry.- 2005.- Vol. 76.-P.l 13-139

54. Microbial fuel cells for sulfide removal / K. Rabaey, K. Van de Sompel, L. Maignien, N. Boon etc. // Environmental Science Technology.- 2006.- Vol. 40,- P.5218-5224

55. Gregory K.B., Bond D.R., Lovley D.R. Graphite electrodes as electron donors for anaerobic respiration // Environ. Microbiol.- 2004.- Vol. 6.- P.596-604

56. Thauer R.K., Jungermann K., Decker K. Energy conversation in chemotrophic anaerobic bacteria // Bacteriol. Rev.- 1977.- Vol. 41.- P. 100-180

57. Microbial fuel cells for simultaneous carbon and nitrogen removal / B. Virdis, K. Rabaey, Z. Yuan, J. Keller // Water Research.- 2008.- Vol. 42.- P.3013-3024

58. Microbial electrode BOD sensors / I. Karube, T. Matsunaga, S. Tsuru, S. Suzuki //Biotechnol. Bioeng.- 1977.- Vol. 19.-P.1727

59. Schröder U., Nießen J., Scholz F. A generation of microbial fuel cells with current outputs boosted by more than one order of magnitude // Angew. Chem.-2003.- Vol. 115.- P.2986-2989

60. Fluorinated polyanilines as superior materials for electrocatalytic anodes in bacterial fuel cells / J. Niessen, U. Schröder, M. Rosenbaum, F. Scholz // Electrochemistry Communications.- 2004.- Vol. 6.- P.571-575

61. Niessen J., Schröder U., Scholz F. Exploiting complex carbohydrates for microbial electricity generation a bacterial fuel cell optrating on starch // Electrochemistry Communications.- 2004.- Vol. 6.- P.955-958

62. Niessen J., Schröder U., Harnisch F., Scholz F. Gaining electricity from in situ oxidation of hydrogen produced by fermentative cellulose degradation // Letters in Applied Microbiology.- 2005.- Vol. 41.- P.286-290

63. Oh S.E., Logan B.E. Hydrogen and electricity production from a food processing wastewater using fermentation and microbial fuel cell technologies // Water Research.- 2005.- Vol.39.- P.4673-4682

64. Interfacing electrocatalysis and biocatalysis with tungsten carbide: a highperformance, noble-metal-free microbial fuel cell / M. Rosenbaum, F. Zhao, U. Schroder, F. Scholz //Angewandte Chemie.- 2006.- Vol. 118.- P. 1-4

65. Evaluation of catalytic properties of tungsten carbide for the anode of microbial fuel cells / M. Rosenbaum, F. Zhao, M. Quaas, H. Wulf etc. // Applied Catalysis.- 2007.- Vol. 74.- P.262-270

66. Mac A, a diheme c-type cytochrome involved in Fe (III) reduction by Geobacter sulfurreducens / J.I. Bulter, F. Kaufmann, M.V. Koppi, C. Nunez etc. // J. Bacterid.- 2004.- Vol. 186.- P.4042-4045

67. Leang C., Coppi M.V., Lovley D.R. OmcB, a c-type polyheme cytochrome, involved in Fe (III) reduction in Geobacter sulfurreducens II J. Bacterid.-2003.-Vol. 185.- P.2096-2103

68. Genome of Geobacter sulfurreducens: metal reduction in subsurface environments / B.A. Methe, K.E. Nelson, J.A. Eisen, I.T. Paulsen etc. // Science.-2003.- Vol. 302.-P. 1967-1969

69. Improving dynamic response of a mediator-less microbial fuel cell as bio-chemicha oxygen demand (BOD) sensor / H. Moon, I.S. Chang, K.H. Kang, J.K. Jang etc. // Biotechnol. Lett.- 2004.- Vol.26.- P. 1917-1921

70. Microbial ecology meets electrochemistry: electricity driven and driving communities / K. Rabaey, J. Rodriguez, L.L. Blackall, J. Keller, P. Gross, D. Bat-stone, W. Verstraete, K.H. Nealson // The ISME Journal.- 2007.- Vol. 1.- P.9-18

71. Lovley D.R. Microbial energizers: fuel cells that keep on going // Microbe.-2006.- Vol. 1.-P.323-329

72. Electrochemically active bacteria and mediator-less microbial fuel cells / I.S.Chang, H. Moon, O. Bretschger, J.K. Jang., H.I. Park, K.H. Nealson, B.H.

73. Kim // Journal of Microbiology and Biotechnology.- 2006.- Vol. 16.- P. 163177

74. Myers C.R., Myers J.M. Localization of cytochromes to the outer membrane of anaerobically grown Shewanella putrefaciens MR-1 // J. Bacteriol.- 1992.-Vol. 194.- P.3429-3438

75. Myers C.R., Myers J.M. Role of outer membrane cytochromes OmcA and OmcB of Shewanella putrefaciens MR-1 in reduction of manganese dioxide // Appl. Environ. Biotechnol.- 2001.- Vol. 67.- P.260-269

76. Improved performance of a microbial fuel cell using a membrane-electrode assembly / T.H. Pham, J.K. Jang, H. Moon, I.S. Chang // J. Micro-biol.Biotechnol.- 2005.- Vol. 15.- P.438-441

77. Dynamic behaviors of redox mediators within the hydrophobic layers as an important factor for effective microbial fuel cell operation / Y. Choi, N. Kim, S. Kim, S Jung // Bull. Korean Chem. Soc.- Vol. 24, №4.- P.437-440

78. Park, D.H., Zeikus, J.G. Improved fuel cell and electrode designs for producing electricity from microbial degradation // Biotechnol. Bioeng. -2003.- Vol. 81.-P.348-355

79. Harnessing microbially generated power on the seafloor / L.M. Tender, C.E. Reimers, H.A. Stecher, D.E. Holmes etc. // Nat. Biotechnol.- 2002.- Vol. 20.-P.821-825

80. A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewanella putrefaciens / H.J. Kim, H.S. Park, M.S. Hyun, I.S. Chang etc. // Enzyme Microb. Technol.- 2002.- Vol. 30.- P. 145-152

81. Bond D.R., Lovley D.R. Electricity production by Geobacter Sulfurreducens attached to electrodes // Appl. Environ. Microbiol.- 2003.- Vol. 69.- P. 15481555

82. Liu H., Logan B.E. Electricity generation using an air-cathode single chamber microbial fuel cell in the presence and absence of a proton exchange membrane // Environmental Science Technology.- 2004.- Vol. 38.- P.4040-4046

83. Kim B.H., Chang I.S., Gadd G.M. Challenges in microbial development and operation // Appl. Microbiol. Biotechnol.- 2007.- Vol. 76.- P.485-494

84. Park D.H., Zeikus J.G. Utilization of electrically reduced neutral red by Acti-nobacillus succinogenes: physiological function of neutral red in membrane-driven fumarate reduction and energy conservation // J. Bacterid.- 1999.- Vol. 181.- P.2403-2410 '

85. Operational parameters affecting the performance of a mediator-less microbial fuel cell / G.C. Gil, Chang I.S., Kim B.H., Kim M. etc. // Biosens. Bioelec-tron.- 2003.- Vol. 18.- P.327-334

86. Graphite fiber brush anodes for increased power production in air-cathode microbial fuel cells / B. Logan, S. Cheng, V. Watson, G. Estadt // Environmental Science Technology.- 2007.- Vol. 41.- P.3341-3346

87. Tubular microbial fuel cells for efficient electricity generation / K. Rabaey, P. Glauwaert, P. Aelterman, W. Verstraete // Environmental Science Technology.- 2005.- Vol. 39.- P.8077-8082

88. Microbial fuel cells: methodology and technology / B.E. Logan, B. Hamelers, R. Rozendal, U. Schröder, J. Keller, S. Freguia, P. Aelterman, W. Verstraete, K. Rabaey // Environmental Science Technology.- 2006.- Vol. 40.- P.5181-5192

89. Cheng S., Liu H., Logan B.E. Increased power generation in a continuous flow MFC with advective flow through the porous anode and reduced electrode spacing // Environmental Science Technology.- 2006.- Vol. 40.- P.2426-2432

90. Oh S., Min B., Logan B.E. Cathode performance as a factor in electricity generation in microbial fuel cells // Environmental Science Technology.- 2004.-Vol. 38.- P.4900-4904

91. A graphite-granule membrane-less tubular air-cathode microbial fuel cell for power generation under continuosly operational conditions / S. You, Q. Zhao, J. Zhang, J. Jiang etc. // Journal of Power Sources.- 2007.- Vol. 173.- P.172-177

92. Non-catalyzed cathodic oxygen reduction at graphite granules in microbial fuel cells / S. Freguia, K. Rabaey, Z. Yuan, J. Keller // Electrochimica Acta.- 2007.-Vol. 53.- P.598-603

93. Non-catalyzed cathodic oxygen reduction at graphite granules in microbial fuel cells / S. Freguia, K. Rabaey, Z. Yuan, J. Keller // Electrochimica Acta.- 2007,-Vol. 53.-P.598-603

94. He Z., Angenent L.T. Application of bacterial biocathodes in microbial fuel cells // Electroanalysis.- 2006. Vol. 18.- P.2009-2015

95. Logan B.E., Regan J.M. Microbial challenges and fuel cells applications // Environmental Science Technology.- 2006.- Vol. 40.- P.5172-5180

96. Power generation using different cation, anion, and ultrafiltration membranes in microbial fuel cells / J.R. Kim, S. Cheng, S. Oh, B.E. Logan // Environmental Science Technology.- 2007.- Vol. 41.- P. 1004-1009

97. Min B., Cheng S., Logan B.E. Electricity generation using membrane and salt bridge microbial fuel cells // Water Research.- 2005.- Vol. 39.- P. 1675-1686

98. Mass transport through a proton exchange membrane (Nafion) in microbial fuel cells / K.J. Chae, M. Choi, F.F. Ajayi, W. Park etc. // Energy and Fuels.-2008.-Vol. 22.- P.l69-176

99. Continuous electricity generation at high voltages and currents using stacked microbial fuel cells / P. Aelterman, K. Rabaey, H.T. Pham, N. Boon, W. Ver-straete // Environmental Science Technology.- 2006.- Vol. 40.- P.3388-3394

100. Construction and operation of a novel mediator and membrane-less microbial fuel cell / J.K. Jang, T.H. Pham, I.S. Chang, K.H. Kang, H. Moon, K.S. Cho, B.H. Kim // Process Biochemistry.- 2004.- Vol. 39.- P.l007-1012

101. Liu H., Ramnarayanan R., Logan B.E. Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell // Environmental Science Technology.- 2004.- Vol. 38.- P.2281-2285

102. Min B., Logan B.E. Continuous electricity generation from domestic wastewater and organic substrates in a flat plate microbial fuel cell // Environmental Science Technology.- 2004.- Vol. 38.- P.5809-5814

103. Electricity generation from swine wastewater using microbial fuel cells / B. Min., J.R. Kim., S.E. Oh., J.M. Regan., B.E. Logan // Water Research.- 2005.-Vol. 39.- P.4961-4968

104. Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agriculturalwastewater / L.T. Angenent, K. Karim, M.H. Al-Dahhan, B.A. Wrenn, R. Dotmiguez-Espinosa// TRENDS in Biotechnology.- 2004.- Vol. 22.- P.477-485

105. He Z., Minteer S.D., Angenent L.T. Electricity generation from artificial wastewater using an upflow microbial fuel cell // Environmental Science Technology.- 2005.- Vol. 39.- P.5262-5267

106. Microbial fuel cells in relation to conventional anaerobic digestion technology / T.H. Pham, K. Rabaey, P. Aelterman, P. Clauwaert, L. De Schamphelaire, N.

107. Boon, W. Verstraete // Engineering in Life Sciences.- 2006.- Vol. 6.- P.285-292

108. Substrate-enhanced microbial fuel cells for improved remote power generation from sediment-based systems / F. Rezaei, T.L. Richard, R.A. Brennan, B.E. Logan // Environmental Science Technology.- 2007.- Vol. 41.- P.4059-4058

109. He Z., Shao H., Angenent L.T. Increased power production from a sediment microbial fuel cell with a rotating cathode // Biosensors and Bioelectronics.-2007.- Vol. 22.- P.3252-3255

110. Performance of single chamber biocatalysed electrolysis with different types of ion exchange membranes / R.A. Rozendal, H.V.M. Hamelers, R.J. Molencamp, C.L.N. Buisman // Water Research.-2007.- Vol. 41.- P. 1984-1994

111. Combining biocatalyzed electrolysis with anaerobic digestion / P.Clauwaert, R. Toledo, D. van der Ha, R. Crab etc. // Water Science.- 2008,- Vol. 57.-P.575-579

112. Wilkinson S. «Gastrobots» benefits and challenges of microbial fuel cells in food powered robot applications // Autonomous Robots. -2000.- Vol. 9.- P.99-111

113. Миллер Д. Эксперименты в молекулярной генетике.- М.: Мир, 1976.440 с.

114. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии.- М.: Химия, 1965.390 с.

115. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику.-М.: Высшая школа, 1975.- 416 с.

116. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод.-М.: Наука, 1972.- 344 с.

117. Варфоломеев С.Д. Химическая энзимология.- М.: Академия, 2005.-480 с.