미세유체 바이오연료 전지 document_id 1020067021264

[청구항 2] 제1항에 있어서,애노드가 (a) 전자 도체,(b) 환원된 형태의 전자 매개체가 전자 도체에 전자를 방출할 수 있는 전자 매개체,(c) 산화된 형태의 연료 유체 및 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및 (d) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체 및 전자 매개체에 투과성인 효소 고정 재료포함하는바이오연료 전지. [청구항 3] 제1항에 있어서,애노드가 (a) 전자 도체,(b) 산화된 형태의 연료 유체, 및 전자를 전자 도체에 방출할 수 있는 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및(c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체에 투과성이며 전자 매개체를 포함하는 효소 고정 재료포함하는바이오연료 전지. [청구항 4] 제1항에 있어서,애노드가 (a) 전자 도체,(b) 전자 매개체,(c) 산화된 형태의 연료 유체 및 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소,(d) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체 및 전자 매개체에 투과성인 효소 고정 재료, 및(e) 산화된 형태의 전극촉매가 산화된 형태의 전자 매개체 및 환원된 형태의 전극촉매가 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있고 환원된 형태의 전극촉매는 전자를 전자 도체에 방출할 수 있는, 전자 도체에 인접한 전극촉매포함하는바이오연료 전지. [청구항 5] 제1항에 있어서,애노드가 (a) 전자 도체,(b) 산화된 형태의 연료 유체 및 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소,(c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체에 투과성이고 전자 매개체를 포함하는 효소 고정 재료, 및(d) 산화된 형태의 전극촉매는 산화된 형태의 전자 매개체 및 환원된 형태의 전극촉매가 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있고 환원된 형태의 전극촉매는 전자를 전자 도체에 방출할 수 있는, 전자 도체에 인접한 전극촉매포함하는바이오연료 전지. [청구항 6] 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,애노드의 전자 매개체가 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (nad+), 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드 (fad), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (nadp), 단백질, 금속단백질, 또는 스텔라시아닌포함하는바이오연료 전지. [청구항 7] 제2항 또는 제3항에 있어서,애노드의 전자 매개체가 피롤로퀴놀린 퀴논(pqq), 페나진 메토술페이트, 디클로로페놀 인도페놀, 단쇄 유비퀴논, 또는 페리시안화칼륨포함하는바이오연료 전지. [청구항 8] 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,애노드의 전자 매개체용 전극촉매가 아진, 전도성 중합체, 또는 전기활성 중합체포함하는바이오연료 전지. [청구항 9] 제8항에 있어서,애노드의 전자 매개체용 전극촉매가 메틸렌 그린, 메틸렌 블루, 루미놀, 니트로-플루오레논 유도체, 아진, 오스뮴 페난트롤린디온, 카테콜-펜던트(pendant) 테르피리딘, 톨루엔 블루, 크레실 블루, 나일 블루, 뉴트럴 레드, 페나진 유도체, 티오닌, 애저(azure) a, 애저 b, 톨루이딘 블루 o, 아세토페논, 메탈로프탈로시아닌, 나일 블루 a, 변형 전이금속 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-디히드록시벤즈알데하이드, 폴리(아크릴산), 폴리(애저 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-시아노펜타[2,1-b;3,4-b']디티오펜), 폴리(3-(4-플루오로페닐)티오펜), 폴리(뉴트럴 레드), 단백질, 금속단백질, 또는 스텔라시아닌포함하는바이오연료 전지. [청구항 10] 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,효소가 산화환원효소포함하는바이오연료 전지. [청구항 11] 제10항에 있어서,산화환원효소가 ch-oh 기 또는 ch-nh 기에 작용하는 산화환원효소, 탈수소효소, 알코올 탈수소효소, 알데하이드 탈수소효소, 포르메이트 탈수소효소, 포름알데하이드 탈수소효소, 글루코스 탈수소효소, 글루코스 산화효소, 락트산 탈수소효소, 락토스 탈수소효소, 피루베이트 탈수소효소, 또는 pqq-의존성 탈수소효소포함하는바이오연료 전지. [청구항 12] 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드가 (a) 전자 도체,(b) 산화된 형태의 전자 매개체 및 물이 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화제와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및(c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고, 산화제에 투과성이며, 산화된 형태의 전극촉매가 전자 도체로부터 전자를 얻어 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화된 형태의 전극촉매가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있는 환원된 형태의 전극촉매를 생성할 수 있는, 전자 매개체 및 전극촉매를 포함하는 효소 고정 재료포함하는바이오연료 전지. [청구항 13] 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드가(a) 전자 도체,(b) 산화된 형태의 전자 매개체 및 물이 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화제와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및(c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고, 산화제에 투과성이며, 산화된 형태의 전극촉매가 전자 도체로부터 전자를 얻어 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화된 형태의 전극촉매가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있는 환원된 형태의 전극촉매를 생성할 수 있는, 전극촉매를 포함하는 효소 고정 재료포함하는바이오연료 전지. [청구항 14] 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드가(a) 전자 도체,(b) 전자 도체로부터 전자를 얻어 환원된 형태의 전자 매개체를 생성할 수 있는 산화된 형태의 전자 매개체 및 물이 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화제와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및(c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 산화제에 투과성인 효소 고정 재료포함하는바이오연료 전지. [청구항 15] 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드가(a) 전자 도체,(b) 산화된 형태의 전자 매개체 및 물이 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화제와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및(c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고, 산화제에 투과성이며, 산화된 형태의 전자 매개체가 전자 도체로부터 전자를 얻어 환원된 형태의 전자 매개체를 생성할 수 있는 전자 매개체를 포함하는 효소 고정 재료포함하는바이오연료 전지. [청구항 16] 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드의 효소가 산화환원효소포함하는바이오연료 전지. [청구항 17] 제16항에 있어서,산화환원효소가 락카제(laccase), 산화효소, 글루코스 산화효소, 알코올계 산화효소, 콜레스테롤계 산화효소, 산소 산화환원효소, 또는 빌리루빈 산화효소포함하는바이오연료 전지. [청구항 18] 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드의 효소가 6.5 내지 7.5 사이의 ph에서 최적의 활성갖는바이오연료 전지. [청구항 19] 제12항, 제13항 및 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드의 전극촉매가 표준 환원 전위가 약 +0.4 볼트를 초과하는 유기금속 양이온인바이오연료 전지. [청구항 20] 제19항에 있어서,유기금속 양이온이 전이 금속, 오스뮴, 루테늄, 철, 니켈, 로듐, 레늄, 또는 코발트포함하는바이오연료 전지. [청구항 21] 제20항에 있어서,유기금속 양이온이 유기 방향족 리간드포함하는바이오연료 전지. [청구항 22] 제21항에 있어서,대형 유기 방향족 리간드가 1,10-페난트롤린의 유도체, 2,2'-바이피리딘의 유도체, 또는 2,2',2"-테르피리딘의 유도체포함하는바이오연료 전지. [청구항 23] 제12항, 제13항 및 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,환원된 형태의 전극촉매가 ru(페난트롤린)3+2, fe(페난트롤린)3+2, ru(바이피리딘)3+2, os(바이피리딘)3+2, 또는 os(테르피리딘포함하는바이오연료 전지. [청구항 24] 제12항, 제13항 및 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,산화된 형태의 전극촉매가 ru(페난트롤린)3+3, fe(페난트롤린)3+3, ru(바이피리딘)3+3, os(바이피리딘)3+3, 또는 os(테르피리딘포함하는바이오연료 전지. [청구항 25] 제12항, 제13항 및 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드의 전극촉매가 약 100 mm 내지 약 3 m 사이의 농도존재하는바이오연료 전지. [청구항 26] 제12항, 제13항 및 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,캐소드의 전극촉매가 약 250 mm 내지 약 2.25 m 사이의 농도존재하는바이오연료 전지. [청구항 27] 제12항, 제13항 및 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,전극촉매가 약 500 mm 내지 약 2 m 사이의 농도존재하는바이오연료 전지. [청구항 28] 제12항, 제13항 및 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,전극촉매가 약 1.0 m 내지 약 1.5 m 사이의 농도존재하는바이오연료 전지. [청구항 29] 제12항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,산화된 형태의 전자 매개체가 빌리루빈, 스테롤, 당, 또는 지방산포함하는바이오연료 전지. [청구항 30] 제12항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,산화된 형태의 전자 매개체가 빌리루빈을 포함하고, 환원된 형태의 전자 매개체가 빌리베르딘포함하는바이오연료 전지. [청구항 31] 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,연료 유체가 수소, 암모니아, 알코올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소부탄올, 부탄올, 이소프로판올, 알릴 알코올, 아릴 알코올, 글리세롤, 프로판디올, 만니톨, 글루쿠로네이트, 알데하이드, 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, 포름알데하이드, 아세트알데하이드, 아세테이트, 시트레이트, l-글루코네이트, 베타-히드록시스테로이드, 알파-히드록시스테로이드, 락트알데하이드, 테스토스테론, 글루코네이트, 지방산, 지질, 포스포글리세레이트, 레티날, 에스트라디올, 시클로펜탄올, 헥사데칸올, 장쇄 알코올, 코니페릴-알코올, 신나밀-알코올, 포르메이트, 장쇄 알데하이드, 피루베이트, 부타날, 아실-coa, 스테로이드, 아미노산, 플라빈, nadh, nadh2, nadph, nadph2, 탄화수소, 케톤, 또는 아민포함하는바이오연료 전지. [청구항 32] 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,산화제가 기상 산소 또는 과산화물 화합물포함하는바이오연료 전지. [청구항 33] 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,연료 유체 및 산화제가 전기영동 펌프작용 및 유체역학적 펌프작용 중 하나 이상에 의해 바이오연료 전지이동되는바이오연료 전지. [청구항 34] 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,유체 연료 및 산화제가 약 0.01 ㎕/분 내지 약 10 ㎕/분 사이의 유속으로 바이오연료 전지이동되는바이오연료 전지. [청구항 35] 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,유체 연료 및 산화제가 약 0.05 ㎕/분 내지 약 10 ㎕/분 사이의 유속으로 바이오연료 전지이동되는바이오연료 전지. [청구항 36] 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,유체 연료 및 산화제가 약 1 ㎕/분 내지 약 5 ㎕/분 사이의 유속으로 바이오연료 전지이동되는바이오연료 전지. [청구항 37] 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,유체 연료가 정지 상태인바이오연료 전지. [청구항 38] 제2항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,효소 고정 재료가 마이셀 또는 역-마이셀 구조포함하는바이오연료 전지. [청구항 39] 제2항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,효소 고정 재료가 변형 퍼플루오로 술폰산-ptfe 공중합체를 포함하고 연료 유체 및/또는 산화제 및 전자 매개체투과성인바이오연료 전지. [청구항 40] 제2항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,전자 도체가 탄소계 재료, 금속성 도체, 반도체, 금속 산화물, 또는 변형 도체포함하는바이오연료 전지. [청구항 41] 제2항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,전자 도체가 탄소계 잉크포함하는바이오연료 전지. [청구항 46] 제45항에 있어서,전극의 폭이 약 1 ㎛ 내지사이인전극. [청구항 47] 제45항에 있어서,전극의 폭이 약 10 ㎛ 내지사이인전극. [청구항 48] 제45항에 있어서,전극의 폭이 약 10 ㎛ 내지사이인전극. [청구항 49] 제45항에 있어서,전극의 폭이 약 10 ㎛ 내지사이인전극. [청구항 50] 제45항에 있어서,소원을포함하는전극. [청구항 51] 제45항에 있어서,탄소계 잉크를포함하는전극. [청구항 52] 제45항에 있어서,내부에서의연료유체유동위해형성된전극. [청구항 54] 제53항에 있어서,유효 표면적이 기하학적 표면적의 약 1.5 배 내지 6 배사이인전극. [청구항 55] (a) 제45항 내지 제54항 중 어느 한 항의 전극, (b) 산화된 형태의 전자 매개체 및 물이 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화제와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및 (c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고, 산화제에 투과성이며, 산화된 형태 의 전극촉매가 전자 도체로부터 전자를 얻어 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화된 형태의 전극촉매가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있는 환원된 형태의 전극촉매를 생성할 수 있는, 전자 매개체 및 전극촉매를 포함하는 효소 고정 재료 를 포함하는 바이오캐소드 [청구항 56] (a) 제45항 내지 제54항 중 어느 한 항의 전극, (b) 산화된 형태의 전자 매개체 및 물이 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화제와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및 (c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고, 산화제에 투과성이며, 산화된 형태의 전극촉매가 전자 도체로부터 전자를 얻어 환원된 형태의 전자 매개체 및 산화된 형태의 전극촉매가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있는 환원된 형태의 전극촉매를 생성할 수 있는 전극촉매를 포함하는 효소 고정 재료 를 포함하는 바이오캐소드 [청구항 57] (a) 제45항 내지 제54항 중 어느 한 항의 전극, (b) 산화된 형태의 연료 유체, 및 전자를 전자 도체에 방출할 수 있는 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및 (c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체 및 전자 매개체에 투과성 인 효소 고정 재료 를 포함하는 바이오애노드 [청구항 58] (a) 제45항 내지 제54항 중 어느 한 항의 전극, (b) 산화된 형태의 연료 유체, 및 전자를 전자 도체에 방출할 수 있는 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및 (c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체에 투과성이며 전자 매개체를 포함하는 효소 고정 재료 를 포함하는 바이오애노드 [청구항 59] (a) 제45항 내지 제54항 중 어느 한 항의 전극, (b) 산화된 형태의 연료 유체 및 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, (c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체 및 전자 매개체에 투과성인 효소 고정 재료, 및 (d) 산화된 형태의 전극촉매는 산화된 형태의 전자 매개체 및 환원된 형태의 전극촉매가 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있고 환원된 형태의 전극촉매는 전자를 전자 도체에 방출할 수 있는, 전자 도체에 인접한 전극촉매 를 포함하는 바이오애노드 [청구항 60] (a) 제45항 내지 제54항 중 어느 한 항의 전극, (b) 산화된 형태의 연료 유체 및 환원된 형태의 전자 매개체가 생성되도록 산화된 형태의 전자 매개체 및 연료 유체와 반응할 수 있는 하나 이상의 효소, 및 (c) 효소를 고정 및 안정화시킬 수 있고 연료 유체에 투과성이며 전자 매개체를 포함하는 효소 고정 재료, 및 (d) 산화된 형태의 전극촉매는 산화된 형태의 전자 매개체 및 환원된 형태의 전극촉매가 생성되도록 환원된 형태의 전자 매개체와 반응할 수 있고 환원된 형태의 전극촉매는 전자를 전자 도체에 방출할 수 있는, 전자 도체에 인접한 전극촉매 를 포함하는 바이오애노드