Biocátodos basados en ensamblados de polielectrolitos electroactivos con lacasas

• Autores: Coria Oriundo, Lucy Linders
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Battaglini, Fernando; Wirth, Sonia Alejandra
• Materia: POLIELECTROLITOS REDOX; LACASAS RECOMBINANTES; ENTRECRUZAMIENTO IONICO; CATALISIS; BIOELECTRODOS; CELDA DE COMBUSTIBLE ENZIMATICA; REDOX POLYELECTROLYTE; RECOMBINANT LACCASES; IONIC CROSSLINKING; CATALYSIS; BIOELECTRODES; ENZIMATIC FUEL CELL
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las celdas de combustible basadas en enzimas constituyen una de las formas más ingeniosas de producir energía. Se basan en la capacidad de algunas enzimas para catalizar la reducción de oxígeno, mientras que otras pueden catalizar la oxidación de los carbohidratos como combustible. Sin embargo, la mayoría de estas enzimas redox con incapaces de transferir electrones de forma directa a la superficie de un electrodo o entre ellas, haciendo que el desarrollo de estrategias de mediación redox sea una estrategia fundamental en su construcción. Por otra parte, el éxito en el diseño de estas celdas de combustible enzimáticas requiere contar con disponibilidad de enzimas bien caracterizadas, purificadas y a costos accesibles. A lo largo de esta tesis se han sintetizado, caracterizado y estudiado cinco tipos de mediadores redox basados en complejos bipiridínicos de osmio unidos a polialilamina (PAA, polielectrolito lineal) o polietilenimina (BPEI, polielectrolito ramificado), con potenciales formales entre -0.10 y 0.45 V vs Ag/AgCl. Por otra parte, se puso a punto la producción y purificación de una lacasa recombinante de origen fúngico (LCC3) y dos de origen bacteriano (CotA y SilA) con características bioquímicas diferentes en lo que respecta a pH y temperatura óptimos, puntos isoeléctricos, tolerancia a halogenuros, estabilidad, entre otras. Los mediadores sintetizados fueron combinados acordemente con la lacasa LCC3, para la construcción de biocátodos, y con glucosa oxidasa o glucosa dehidrogenasa, para la construcción de bioánodos. Para la construcción de estos dispositivos se tuvo en cuenta el efecto de la fuerza iónica, pH y presencia de iones multivalentes en la estabilidad y proceso de transferencia de carga. A partir de esto, se construyeron 8 celdas de combustible enzimáticas híbridas y completas, lo que permitió estudiar su eficiencia en la generación de energía. Además, el OsPAA fue combinado con nanopartículas de oro para el desarrollo de un ensayo tipo sandwich para la detección de adenosina. Por último, se ensayó el uso de la fenotiazina y dos de sus derivados N-sustituidos como mediadores redox en la oxidación de colorantes sintéticos recalcitrantes utilizando las lacasas recombinantes obtenidas en este trabajo.
Enzyme-based fuel cell are one of the most ingenious way to produce energy. They are based on the ability of some enzymes to catalyze the oxygen reduction reaction, while others can catalyze the oxidation of carbohydrates as fuel. However, most of these redox enzymes are unable to transfer electrons directly to electrode surface or between them, making the development of redox mediation strategies a fundamental strategy in their construction. On the other hand, the success in the design of these enzymatic fuel cells requires availability of well characterized and purified enzymes and affordable costs. Throughout this thesis, six types of redox mediators based on bipyridine osmium complexes bound to polyallylamine (PAA, linear polyelectrolyte) or polyethyleneimine (PEI, branched polyelectrolyte) with formal potentials between -0.1 and 0.45 V vs Ag/AgCl were synthesized, characterized, and studied. On the other hand, the production and purification of a recombinant laccase of fungal origin (LCC3) and two of bacterial origin (CotA and SilA), with different biochemical characteristics regarding optimal pH and temperature, isoelectric points, halides tolerance, stability, among others, were optimized. Synthesized redox mediators were accordingly combined with LCC3 laccase for biocathodes construction, and with glucose oxidase or glucose dehydrogenase for bioanodes construction. For their construction, the ionic strength effect, pH, and the presence of multivalent ions were evaluated on stability and charge transfer process. From this, 8 hybrid and complete enzymatic fuel cells were built, which allowed to study their efficiency in power generation. Furthermore, OsPAA was used to modify gold nanoparticles in the development of a sandwich-type assay for adenosine detection. Finally, the use of phenothiazine and two of its N- substituted derivatives was tested as redox mediators in the oxidation of recalcitrant synthetic dyes using the recombinant laccases obtained in this work.
Fil: Coria Oriundo, Lucy Linders. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.