ИСТИНА

Диссертационная работа Дмитриевой М.В. посвящена анализу биоэлектрокаталитических свойств нового типа биокатализаторов – ферментативных экстрактов E. coli BB в процессах окисления различных субстратов, что представляет теоретический и практический интерес в области разработки биотопливных элементов. Целью работы Дмитриевой М.В. являлось определение закономерностей биоэлектрокаталитического окисления субстратов (глюкоза, цитрат) белковыми экстрактами из Escherichia coli BB. Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи: 1) Изучение влияния условий получения белковых экстрактов из штамма E. coli BB на их дегидрогеназную активность. 2) Определение влияния фазы роста культуры микроорганизма и природы субстрата (глюкоза, этиловый спирт, яблочная кислота, молочная кислота, лимонная кислота) на дегидрогеназную активность белковых экстрактов из штамма E. coli BB. 3) Определение основных закономерностей кинетики медиаторного биоэлектрохимического окисления глюкозы полученными экстрактами. 4) Установление влияния природы редокс-медиатора, рН, природы буферного раствора и его ионной силы, температуры и концентрации реагентов, природы субстрата на электрохимическую активность полученных экстрактов. В качестве наиболее существенных новых результатов, полученных соискателем, можно выделить следующие: 1. Установлено, что грубые белковые экстракты, полученные ультразвуковым дезинтегрированием клеток E. сoli BB, можно использовать в качестве биоэлектрокатализаторов в составе биоанода при окислении различных органических субстратов (глюкоза, цитрат), а эффективность их работы зависит от времени роста культуры, природы буферного раствора и его ионной силы. Найдены оптимальные состав, температура и рН рабочего раствора для работы биоанода на основе получаемых белковых экстрактов. Показано, что предлагаемый способ получения биокатализаторов применим и к другому классу микроорганизмов, S. cerevisiae. 2. Доказано, что природа редокс-медиатора, используемого для сопряжения биохимической и электродной реакций, оказывает существенное влияние на биоэлектрокаталитическую активность белковых экстрактов. При этом наиболее эффективной из изученных медиаторных систем для исследованных экстрактов является феррицианид калия, позволяющий осуществлять процесс в условиях естественной аэрации и получать высокие токовые отклики. 3. Установлено, что кинетика процесса биоэлектрокаталитического окисления глюкозы лимитируется стадией взаимодействия медиатора с ферментами в растворе. Эффективная энергия активации процесса составляет 35 кДж/моль, что хорошо согласуется с известными из литературы значениями энергии активации работы дегидрогеназ и энергиями активации диффузионно-контролируемых процессов редокс-сорбции. Добавки кофермента в реакционную смесь позволяют ускорить реакцию за счет увеличения концентрации реагентов лимитирующей стадии. 4. Предложена новая конструкция асимметричного биотопливного элемента с биоанодом и разделенными пространствами, позволяющая произвольно и независимо изменять состав биоанода. В ходе испытаний исследуемых белковых экстрактов в такой ячейке с платиновым анодным токоотводом и воздушным катодом была получена максимальная плотность мощности 400 мкВт/см2 (4 Вт/м2), что сопоставимо и даже превосходит получаемые значения этой же характеристики у микробных топливных элементов на основе Escherichia coli и различных имплантируемых ферментативных топливных элементов. Оценка степени достоверности результатов проведенных исследований показала, что все экспериментальные результаты получены на современном сертифицированном оборудовании, воспроизводимы, согласуются с данными литературы. В работе использованы известные теоретические и методические подходы. Кроме того, достоверность и научная значимость полученных данных подтверждаются положительным результатом независимой экспертизы и публикацией полученных результатов исследований в ведущих журналах электрохимической направленности.