综述(生命科学文献与论文)

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1、《生命科学文献与论文写作》课程论文固定化方法制备微藻光电极的研究学生姓名：马乐龙学号：0904064130所在专业：生物工程指导教师：李会珍副教授2012年4月15日固定化方法制备微藻光电极的研究作者姓名：马乐龙（中北大学化工与环境学院生物工程太原030051）摘要　通过将微藻细胞固定在平面多孔碳纸上，制备微藻光电极，并在三电极体系电解液中加入电子介体进行测试，可产生与光照同步的光电流响应。考察了不同固定化方法、不同微藻及不同电子介体的光电流响应，结果表明硅溶胶凝胶法制备的光电极光电流响应最佳，且对于亚心形四爿藻、金藻、莱茵衣藻、

2、蛋白核小球藻、聚球藻等５种微藻都适用，表明该制备方法对不同微藻具有较好的通用性。电子介体的研究表明苯醌及其衍生物由于氧还电位较高，具有较好的阳极光电流响应特性，而甲基紫精氧还电位较低，具有较好的阴极光电流响应。关键词　微藻　硅溶胶凝胶　固定化　光合电子传递基于光合系统的太阳能转换研究近来广受关注，利用光合生物（高等植物［１］、微藻［２-４］、光合细菌［５-６］）、光合系统天线蛋白［７］以及具有光合作用活性的叶绿体［８］、类囊体膜［９-１０］、光合系统Ｉ［１１］和ＩＩ［１２-１４］构建光合生物燃料电池时见报道，Ｓｔｒｉｋ等［１５］、

3、Ｒｏｓｅｎｂａｕｍ等［１６］对光合生物燃料电池分类及其电子传递机理进行了全面的综述。在光合生物燃料电池中，为实现光能到电能或化学能的转换，光合系统光解水产生的高能电子通过外源或内源的电子介体传递到电极上产生光电流是先决条件。由于尚未经实验证实光合微生物和电极之间存在直接的电子传递［１６］，光合生物燃料电池需要借助外源电子介体ＨＮＱ、ＤＭＢＱ、ＤＣＢＱ、ＢＱ等醌类将光合电子传递到电极上，细胞或酶固定化制备光电极，显然可以显著增加电子的传递效率［１７］。细胞固定化制备光电极多集中在将原核生物蓝藻、光合细菌吸附在修饰金电极及碳纸上或用碳糊

4、电极达到固定目的［２-６］，而关于真核藻类光电极制备却尚未见报道。原因在于真核藻类个体较大，难以吸附在载体表面，且光反应中心在细胞器叶绿体的类囊体膜上，电子介体在细胞内需要穿过层层膜结构才能接收光解水释放的电子，扩散传递过程要比没有细胞器结构的原核藻类困难得多［１８］。本研究利用不同的固定化方法将真核绿藻亚心形四爿藻固定在碳纸上制备成微藻光电极，以对苯醌（ｐ-ＢＱ）为电子介体，考察并比较了不同固定化方法对光电流的影响。采用金藻、莱茵衣藻、蛋白核小球藻、聚球藻为工作藻株，以硅溶胶凝胶方法制备光电极，考察硅溶胶凝胶方法对不同藻株的适

5、用性；以循环伏安曲线确定不同电子介体时工作电极的极化电位，恒电位极化方法考察了微藻光电极在使用不同电子介体时的光电流响应情况１.材料与方法１．１　藻种及培养　选择不同种属的微藻细胞（包括真核微藻、原核微藻）作为实验材料制备光电极，研究光诱导的电子传递１．２　实验装置与原理　实验采用的是单室三电极体系，装置体积为２００ｍｌ。在三电极体系中，固定在碳纸上的微藻细胞内的电子传递给电子介体，还原型的电子介体再将电子传递到阳极，与辅助电极构成闭合回路产生电流。１．３　实验方法１．３．１　高分子修饰的碳纸电极的制备及固定化　聚醚砜修饰碳纸使其一

6、面形成一层高分子多孔层，孔径大小足以将藻细胞通过过滤的方式固定在碳纸上，具体制备方法见专利［２０］，记作固定化方法１１．３．２　海藻酸钙凝胶固定化微藻电极的制备１．３．３　硅溶胶凝胶固定化微藻电极的制备　硅溶胶的制备方法，四乙氧基硅烷在酸性条件下水解缩聚为硅溶胶，并释放出乙醇。１．３．４　电化学测试　微藻生物电极作为工作电极，与辅助电极、参比电极构成三电极体系。实验前，将电化学工作站（ＣＳ３００，武汉科斯特）预热３０ｍｉｎ，每个电化学测试之前通Ｎ２排氧２０ｍｉｎ，且在整个测试过程中通Ｎ２保持搅拌体系的电解池无氧。为了防止电化学测试

7、对电极表面电荷积累的影响，先进行电化学阻抗谱测试，再进行恒电位扫描，至电流稳定进行实验。２.结果与讨论２．１　不同固定化方法的比较　　通过固定化方法１将海洋绿藻亚心形四爿藻固定在碳纸上，形成绿藻生物电极，在三电极体系中，以０．５Ｖ进行恒电位极化，光响应曲线如图２所示。在ａ点加入电子介体ｐＢＱ之后，ｐＢＱ被细胞内的物质所还原，还原型的ｐＢＱ在电极再被重新氧化，电流迅速增加。在ｂｃ点之间进行光照时，电流在２ｓ内迅速上升，比悬浮液体系［３］对光的响应更加灵敏，与光同步，同时该方法制备的光电极由于细胞容易脱落到电解液中，光电流不稳定

8、，固载量无法定量，实验重复性较差。固定化方法２和３制备的绿藻生物电极对光的响应值只有固定化方法４制备的绿藻生物电极的５０％左右。在固定化方法２和３中，碳纸上修饰的聚醚砜薄膜层阻碍了藻细胞光解水释放的Ｏ２和减小了电极的有效面积，这可能是