A membraneless starch/O2 biofuel cell based on bacterial surface regulable displayed sequential enzymes of glucoamylase and glucose dehydrogenase

化学 淀粉 脱氢酶 固定化酶 氧化剂 催化作用 生物化学 化学工程 有机化学 工程类
作者
Yuanyuan Cai,Mingyang Wang,Shuqin Fan,Bo Liang,Xinxin Xiao,Zongmei Zheng,Serge Cosnier,Aihua Liu
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier]
卷期号:207: 114197-114197 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.bios.2022.114197
摘要

Enzymatic biofuel cells (EBFCs) provide a new strategy to enable direct biomass-to-electricity conversion, posing considerable demand on sequential enzymes. However, artificial blend of multi-enzyme systems often suffer biocatalytic inefficiency due to the rambling mixture of catalytic units. In an attempt to construct a high-performance starch/O2 EBFC, herein we prepared a starch-oxidizing bioanode based on displaying a sequential enzyme system of glucoamylase (GA) and glucose dehydrogenase (GDH) on E.coli cell surfaces in a precise way using cohesin-dockerin interactions. The enzyme stoichiometry was optimized, with GA&GDH (3:1)-E.coli exhibiting the highest catalytic reaction rate. The bioanode employed polymerized methylene blue (polyMB) to collect electrons from the oxidation of NADH into NAD+, which jointly oxidized starch together with co-displayed GA and GDH. The bioanode was oxygen-insensitive, which can be combined with a laccase based biocathode, resulting in a membranless starch/O2 EBFC in a non-compartmentalized configuration. The optimal EBFC exhibited an open-circuit voltage (OCV) of 0.74 V, a maximum power density of 30.1 ± 2.8 μW cm-2, and good operational stability.
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