Forschung am mst

Mikrobrennstoffzelle

Das Projekt beschäftigt sich mit einer Möglichkeit zur Energieversorgung von "Lab-on-a-Chip"-Systemen.

Projektstatus: abgeschlossen

Um die elektronische Auswertung von „Lab-on-a-chip“-Anwendungen, die zur Bestimmung des Blutzuckerspiegels, der Blutgruppe, o.ä. dienen, zu gewährleisten, werden elektrische Energiequellen benötigt, die beispielsweise die Auswerteelektronik mit Strom versorgen. Dabei bieten sich vor allem elektrochemische Energiequellen an. Diese weisen, durch die direkte Umwandlung von chemischer in elektrische Energie, im Vergleich zu mechanischen oder thermischen Energiequellen einen besseren Wirkungsgrad auf und lassen sich mikrosystemtechnisch leichter realisieren.

Im Vergleich elektrochemischer Energiequellen bieten Enzymatische Brennstoffzellen gegenüber Primär- und Sekundärzellen und herkömlichen Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen den Vorteil, dass ihr Elektrolyt biokompatibel ist. Sie ermöglichen außerdem das Extrahieren von Energie aus biologischen Medien (zum Beispiel Glucose). Demzufolge kann in „Lab-on-a-chip“-Applikationen, wie der Blutgruppenbestimmung, das zu untersuchende Medium gleichzeitig als Energiequelle dienen. Deshalb stand im Rahmen dieses Projekts die Energiegewinnung aus Enzymatischen Mikrobrennstoffzellen im Fokus.

Der Elektronentransfer vom Brennstoff an die Elektrode kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen – direkt oder über einen Mediator. Beim Direkt-Elektronentransfer (DET) werden die Elektronen durch den Tunnelmechanismus direkt übertragen.

Der vermittelte Elektronentransfer (MET) bedient sich für den Elektronentransfer vom aktiven Zentrum des Enzyms zur Elektrode eines Mediators (eine redoxaktive Spezies mit geringem Molekulargewicht). Die enzymatische und die Elektrodenreaktion können hierbei als voneinander entkoppelt betrachtet werden, wobei die Elektrodenreaktion das elektrochemische Potenzial der Elektrode bestimmt.

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