바이오연료 전지 및 센서에 사용하기 위한 효소 고정화

[청구항 13] 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 전도체가 탄소계 물질, 금속 전도체, 반도체, 금속 산화물 또는 개질된 전도체포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 14] 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 전도체가 카본 클로쓰(cloth), 카본 페이퍼, 카본 스크린 인쇄 전극, 카본 페이퍼, 카본 블랙, 카본 파우더, 카본 섬유, 단일벽 탄소 나노튜브, 이중벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 탄소 나노튜브 어레이, 다이아몬드-코팅 전도체, 유리 탄소, 중간세공 카본, 흑연, 비압축 흑연 웜(worms), 박리 정제된 편상(flake) 흑연, 고성능 흑연, 카본 파우더, 고도로 정렬된 열분해 흑연, 열분해 흑연, 다결정 흑연, 금, 백금, 철, 니켈, 구리, 은, 스테인레스 스틸, 수은, 텅스텐, 코발트 또는 다이아몬드로 제조된 나노입자, 은-도금 니켈 스크린 인쇄 전극, 금속 산화물, 금속 황화물, 나노다공성 산화티타늄, 산화주석 코팅 유리, 산화세륨 입자, 황화몰리브덴, 질화붕소 나노튜브, 탄소로 개질된 에어로겔, 탄소로 개질된 졸겔, 루테늄 탄소 에어로겔 및 탄소로 개질된 중간세공 실리카; 인, 붕소, 갈륨, 비소, 인듐 또는 안티몬으로 도핑될 수 있는 규소 또는 게르마늄포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 15] 제13항에 있어서,상기 전자 전도체가 탄소계 물질포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 16] 제15항에 있어서,상기 전자 전도체가 카본 클로쓰, 카본 페이퍼, 카본 스크린 인쇄 전극, 카본 블랙, 카본 파우더, 카본 섬유, 단일벽 탄소 나노튜브, 이중벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 탄소 나노튜브 어레이, 다이아몬드-코팅 전도체, 유리 탄소, 중간세공 카본, 흑연, 비압축 흑연 웜, 박리 정제된 편상 흑연, 고성능 흑연, 고도로 정렬된 열분해 흑연, 열분해 흑연 또는 다결정 흑연포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 17] 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소 고정화 물질이 nh4+보다 더 큰 소수성 양이온개질된 것인바이오연료 전지. [청구항 18] 제17항에 있어서,상기 소수성 양이온이 암모늄계 양이온, 4차 암모늄 양이온, 알킬트리메틸암모늄 양이온, 유기 양이온, 포스포늄 양이온, 트리페닐포스포늄, 피리디늄 양이온, 이미다졸륨 양이온, 헥스데실피리디늄, 에티디움, 비올로겐, 메틸 비올로겐, 벤질 비올로겐, 비스(트리페닐포스핀)이미늄, 금속 착물, 비피리딜 금속 착물, 페난트롤린계 금속 착물, [ru(비피리딘포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 19] 제17항에 있어서,상기 소수성 양이온이 하기 화학식 1로 나타내어지는 4차 암모늄 양이온을 포함하는 것인 바이오연료 전지.<화학식 1>상기 식에서, r1, r2, r3 및 r4는 독립적으로 수소, 히드로카르빌치환된히드로카르빌 또는 헤테로시클로이고, 여기서 r1, r2, r3 및 r4 중 하나 이상은 수소 이외의 것이다. [청구항 20] 제19항에 있어서,독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐 또는 데실이고, 여기서, r1, r2, r3 및 r4 중 하나 이상은 수소 이외의것인바이오연료 전지. [청구항 23] 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소가 옥시도리덕타제포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 24] 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소가 디히드로게나제포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 25] 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소가 알코올 디히드로게나제, 알데히드 디히드로게나제, 포르메이트 디히드로게나제, 포름알데히드 디히드로게나제, 글루코스 디히드로게나제, 글루코스 옥시다제, 락테이틱 디히드로게나제, 락토스 디히드로게나제 또는 피루베이트 디히드로게나제포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 26] 제25항에 있어서,상기 효소가 알코올 디히드로게나제포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 27] 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,상기 바이오애노드 및 캐소드가염 브리지또는중합체막에의해이격되는바이오연료 전지. [청구항 28] 제27항에 있어서,상기 바이오애노드 및 캐소드가 중합체 전해질 막에 의해 이격되고, 상기 바이오애노드, 중합체 전해질 막 및 캐소드는 막 전극 어셈블리조립되는바이오연료 전지. [청구항 29] 제28항에 있어서,상기 중합체전해질 막이 퍼플루오로술폰산-폴리테트라플루오로 에틸렌(ptfe) 공중합체포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 30] 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,연료 유체 용액을 추가로포함하는바이오연료 전지. [청구항 31] 제30항에 있어서,상기 연료 유체가 암모니아, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소부탄올, 부탄올 및 이소프로판올, 알릴 알코올, 아릴 알코올, 글리세롤, 프로판디올, 만니톨, 글루큐로네이트, 알데히드, 탄수화물, 글루코스, 글루코스-1, d-글루코스, l-글루코스, 글루코스-6-포스페이트, 락테이트, 락테이트-6-포스페이트, d-락테이트, l-락테이트, 프룩토스, 갈락토스-1, 갈락토스, 알도스, 소르보스, 만노스, 글리세레이트, 조효소 a, 아세틸 co-a, 말레이트, 이소시트레이트, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세테이트, 시트레이트, l-글루코네이트, 베타-히드록시스테로이드, 알파-히드록시스테로이드, 락트알데히드, 테스토스테론, 글루코네이트, 지방산, 지질, 포스포글리세레이트, 레티날, 에스트라디올, 시클로펜탄올, 헥사데칸올, 장쇄 알코올, 코니페릴-알코올, 신나밀-알코올, 포르메이트, 장쇄 알데히드, 피루베이트, 부탄알, 아실-coa, 스테로이드, 아미노산, 플라빈, nadh, nadh2, nadph, nadph2 또는 수소포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 32] 제31항에 있어서,상기 연료 유체가 메탄올, 에탄올 또는 프로판올포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 33] 제32항에 있어서,상기 연료 유체가 에탄올포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 34] 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 매개체가 용액 중존재하는 것인바이오연료 전지. [청구항 35] 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,상기 캐소드가 바이오캐소드포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 36] 제1항 내지 제4항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 전도체가 전자 매개체에 대한 전기촉매로 처리된 비압축 흑연 웜포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 37] 제36항에 있어서,상기 전자 매개체에 대한 전기촉매가 메틸렌 그린포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 38] 제1항 내지 제4항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 매개체에 대한 전기촉매가 아진, 전도성 중합체 또는 전기활성 중합체포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 39] 제1항 내지 제4항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 매개체에 대한 전기촉매가 메틸렌 그린, 메틸렌 블루, 루미놀, 니트로-플루오레논 유도체, 아진, 오스뮴 페난트롤린디온, 카테콜-펜던트 테르피리딘, 톨루엔 블루, 크레실 블루, 나일 블루, 뉴트럴 레드, 페나진 유도체, 티오닌, 아주르 a, 아주르 b, 톨루이딘 블루 o, 아세토페논, 메탈로프탈로시아닌, 나일 블루 a, 개질된 전이 금속 리간드, 1,10-페난트롤린-5,6-디온, 1,10-페난트롤린-5,6-디올, [re(펜-디온)(co)3cl], [re(펜-디온)3](pf6)2, 폴리(메탈로프탈로시아닌), 폴리(티오닌), 퀴논, 디이민, 디아미노벤젠, 디아미노피리딘, 페노티아진, 페녹사진, 톨루이딘 블루, 브릴리언트 크레실 블루, 3,4-디히드록시벤즈알데히드, 폴리(아크릴산), 폴리(아주르 i), 폴리(나일 블루 a), 폴리(메틸렌 그린), 폴리(메틸렌 블루), 폴리아닐린, 폴리피리딘, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(티에노[3,4-b]티오펜), 폴리(3-헥실티오펜), 폴리(3,4-에틸렌디옥시피롤), 폴리(이소티아나프텐), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(디플루오로아세틸렌), 폴리(4-디시아노메틸렌-4h-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디티오펜), 폴리(3-(4-플루오로페닐)티오펜) 또는 폴리(뉴트럴 레드포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 40] 제1항 내지 제4항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 매개체에 대한 전기촉매가 메틸렌 그린포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 41] 제1항 내지 제4항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 매개체에 대한 전기촉매가 폴리(메틸렌 그린포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 42] 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소 고정화 물질이 퍼플루오로술폰산-폴리테트라플루오로 에틸렌(ptfe) 공중합체, 개질된 퍼플루오로술폰산-폴리테트라플루오로 에틸렌(ptfe) 공중합체, 폴리술폰, 마이셀 중합체, 폴리(에틸렌 옥사이드) 기재 블록 공중합체, 마이크로에멀젼으로부터 형성된 중합체, 마이셀 중합화로부터 형성된 중합체, 알킬 메타크릴레이트, 알킬 아크릴레이트 및 스티렌의 공중합체, 세라믹, 나트륨 비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트, 나트륨 디옥틸술폰숙시네이트, 지질, 인지질, 나트륨 도데실 술페이트, 데실트리메틸암모늄 브로마이드, 테트라데실트리메틸암모늄 브로마이드, (4-[(2-히드록실-1-나프탈레닐)아조]벤젠술폰산 1 나트륨염), 리놀레산, 리놀렌산, 콜로이드, 리포좀 또는 마이셀 네트워크포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 43] 제42항에 있어서,상기 효소 고정화 물질이 퍼플루오로술폰산-폴리테트라플루오로 에틸렌(ptfe) 공중합체포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 44] 제42항에 있어서,상기 효소 고정화 물질이 개질된 퍼플루오로술폰산-폴리테트라플루오로 에틸렌(ptfe) 공중합체포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 45] 제1항 내지 제4항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 매개체가 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(nad), 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(fad) 또는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 46] 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자 매개체가 피롤로퀴놀린 퀴논, 페나진 메토술페이트, 디클로로페놀 인도페놀, 단쇄 유비퀴논 또는 포타슘 페리시아니드포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 47] 제12항에 있어서,상기 전자 전도체가 폴리(메틸렌 그린)으로 처리된 비압축 흑연 웜을 포함하고, 개질된 퍼플루오로술폰산-ptfe 공중합체는 테트라부틸암모늄 이온으로 개질되며, 효소는 알코올 디히드로게나제를 포함하고, 에탄올 및 nad+를 함유하는 용액을 추가포함하는 것인바이오연료 전지. [청구항 67] 제63항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소가 알코올 디히드로게나제, 알데히드 디히드로게나제, 포르메이트 디히드로게나제, 포름알데히드 디히드로게나제, 글루코스 디히드로게나제, 글루코스 옥시다제, 락테이틱 디히드로게나제, 락토스 디히드로게나제 또는 피루베이트 디히드로게나제포함하는것인고정된효소. [청구항 68] 제63항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소가 약 30, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 300 또는 약365일이상동안활성인고정된효소. [청구항 69] 제63항 내지 제65항, 제67항 및 제68항 중 어느 한 항에 있어서,상기 고정화 물질이 양이온 개질된 퍼플루오로 술폰산-ptfe공중합체포함하는것인고정된효소. [청구항 70] 제69항에 있어서,상기 양이온 개질된 퍼플루오로 술폰산-ptfe 공중합체가 nh4+보다 더 큰소수성양이온개질된것인고정된효소. [청구항 71] 제70항에 있어서,상기 소수성 양이온이 암모늄계 양이온, 4차 암모늄 양이온, 알킬트리메틸암모늄 양이온, 유기 양이온, 포스포늄 양이온, 트리페닐포스포늄, 피리디늄 양이온, 이미다졸륨 양이온, 헥스데실피리디늄, 에티디움, 비올로겐, 메틸 비올로겐, 벤질 비올로겐, 비스(트리페닐포스핀) 이미늄, 금속 착물, 비피리딜 금속 착물, 페난트롤린계 금속 착물, [ru(비피리딘포함하는것인고정된효소. [청구항 72] 제70항에 있어서,상기 소수성 양이온이 하기 화학식 1로 나타내어지는 4차 암모늄 양이온을 포함하는 것인 고정된 효소.<화학식 1>상기 식에서, r1, r2, r3 및 r4는 독립적으로 수소, 히드로카르빌치환된히드로카르빌 또는 헤테로시클로이고, 여기서 r1, r2, r3 및 r4 중 하나 이상은 수소 이외의 것이다. [청구항 73] 제72항에 있어서,독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐 또는 데실이고, 여기서, r1, r2, r3 및 r4 중 하나 이상은수소이외것인고정된효소. [청구항 74] 제72항에 있어서,동일하고 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실인고정된효소. [청구항 75] 제72항에 있어서,부틸인고정된효소. [청구항 76] 제63항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,상기 효소보다 작은 화합물이 암모니아, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소부탄올, 부탄올 및 이소프로판올, 알릴 알코올, 아릴 알코올, 글리세롤, 프로판디올, 만니톨, 글루큐로네이트, 알데히드, 탄수화물, 글루코스, 글루코스-1, d-글루코스, l-글루코스, 글루코스-6-포스페이트, 락테이트, 락테이트-6-포스페이트, d-락테이트, l-락테이트, 프룩토스, 갈락토스-1, 갈락토스, 알도스, 소르보스, 만노스, 글리세레이트, 조효소 a, 아세틸 co-a, 말레이트, 이소시트레이트, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세테이트, 시트레이트, l-글루코네이트, 베타-히드록시스테로이드, 알파-히드록시스테로이드, 락트알데히드, 테스토스테론, 글루코네이트, 지방산, 지질, 포스포글리세레이트, 레티날, 에스트라디올, 시클로펜탄올, 헥사데칸올, 장쇄 알코올, 코니페릴-알코올, 신나밀-알코올, 포르메이트, 장쇄 알데히드, 피루베이트, 부탄알, 아실-coa, 스테로이드, 아미노산, 플라빈, nadh, nadh2, nadph, nadph2또는수소포함하는것인고정된효소. [청구항 79] 제78항에 있어서,상기 개질된 이온 교환 중합체 막이 염-추출된 4차 암모늄으로 처리된 퍼플루오르화 이온 교환중합체인연료 전지. [청구항 80] 제79항에 있어서,플루오르화 이온 교환 중합체가 나피온중합체인연료 전지. [청구항 81] 제80항에 있어서,상기 4차 암모늄이 테트라부틸암모늄브로마이드인연료 전지. [청구항 82] 제78항에 있어서,상기 산화환원 중합체 필름이 폴리메틸렌그린인연료 전지. [청구항 84] 제83항에 있어서,알데히드 디히드로게나제를 추가포함하는연료 전지. [청구항 85] 제78항에 있어서,상기 캐소드가 제2 산화환원 중합체 필름, 제2 개질된 이온 교환 중합체 막 및 o2-리덕타제포함하는바캐소드인연료 전지. [청구항 86] 제85항에 있어서,상기 제2 개질된 이온 교환 중합체 막이 염-추출된 4차 암모늄으로 처리된 나피온® 중합체이고, 제2 산화환원 중합체 필름이 폴리(n-비닐-이미다졸)이며, o2-리덕타제가 락카아제인연료 전지. [청구항 88] 제87항에 있어서,상기 염-추출된 테트라부틸암모늄 브로마이드로 처리된 퍼플루오르화 이온 교환 중합체가 염-추출된 테트라부틸암모늄 브로마이드로 처리된 나피온중합체인바이오연료 전지. [청구항 89] 제88항에 있어서,염-추출된 테트라부틸암모늄 브로마이드로 처리된 퍼플루오르화 이온 교환 중합체의 마이셀 구획 내에 혼입된 알데히드 디히드로게나제를 추가포함하는바이오연료 전지. [청구항 91] 제90항에 있어서,상기 산화환원 중합체가 폴리메틸렌그린인바이오애노드. [청구항 92] 제90항에 있어서,상기 4차 암모늄 염으로 개질된 퍼플루오르화 이온 교환 중합체가 4차 암모늄 염으로 개질된 나피온중합체인바이오애노드. [청구항 93] 제90항에 있어서,상기 디히드로게나제가 알코올 디히드로게나제, 알데히드 디히드로게나제, 포름알데히드 디히드로게나제, 글루코스 디히드로게나제 및 포르메이트 디히드로게나제로 구성된 군선택된 것인바이오애노드. [청구항 95] 제94항에 있어서,알데히드 디히드로게나제를 추가포함하는바이오애노드. [청구항 96] 제90항에 있어서,상기 지지막이 카본클로쓰인바이오애노드. [청구항 98] 제97항에 있어서,4차 암모늄 염으로 개질된 나피온® 중합체 내에 혼입된 알데히드 디히드로게나제를 추가포함하는바이오애노드. [청구항 100] 제99항에 있어서,나피온®중합체인퍼플루오르화 이온 교환 중합체. [청구항 101] 제99항에 있어서,상기 개질이 비개질된 퍼플루오르화 이온 교환 중합체에 비해 중합체의 양성자 교환 능력감소시키는퍼플루오르화 이온 교환 중합체. [청구항 102] 제99항에 있어서,상기 효소가 유기 연료의 산화 및 보조인자의 환원을 촉매하는 산화환원효소인퍼플루오르화 이온 교환 중합체. [청구항 103] 제102항에 있어서,상기 보조인자가 nad+, nadp+ 및 fad로 구성된 군선택되는 것인퍼플루오르화 이온 교환 중합체. [청구항 104] 제102항에 있어서,상기 보조인자nan가인퍼플루오르화 이온 교환 중합체. [청구항 105] 제102항에 있어서,상기 효소가 알코올 디히드로게나제, 알데히드 디히드로게나제, 글리세르알데히드-3-포스페이트 디히드로게나제, 포름알데히드 디히드로게나제, 포르메이트 디히드로게나제, 락테이트 디히드로게나제, 글루코스 디히드로게나제 및 피루베이트 디히드로게나제로 구성된 군선택되는 것인퍼플루오르화 이온 교환 중합체. [청구항 106] 제102항에 있어서,상기 효소가 알코올 디히드로게나제 또는 알데히드 디히드로제인 퍼플루오르화 이온 교환 중합체.