基于碳點和TMB的酶燃料電池光開關(guān)的工作原理示意圖

酶生物燃料電池是一種利用氧化還原酶類，可將儲存在糖類中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。酶生物燃料電池使用對環(huán)境無害的生物燃料和生物催化劑芥吟，被認(rèn)為是一種新型的綠色能源效迹，目前已有酶生物燃料電池為植入型萄蕾、穿戴型電子設(shè)備舰讹，以及自供電型生物傳感器供電的報道娃承。但是酶生物燃料電池的產(chǎn)電過程是即時的北苟、不可控制的桩匪，除非底物耗盡或者斷開電路，否則產(chǎn)電過程不會停止酌涮。這種不可控的產(chǎn)電過程會造成電能的浪費冶侮，而且將限制酶生物燃料電池的應(yīng)用場景，因此丑炒，開發(fā)酶生物燃料電池的開關(guān)元件并對其產(chǎn)電過程加以控制们萄，對其實際應(yīng)用具有重要意義。

近日芬阀，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所體外合成生物學(xué)中心研究員朱之光帶領(lǐng)的團(tuán)隊成功設(shè)計了一種酶生物燃料電池的光開關(guān)焦驰。這種光開關(guān)從陰極控制的策略入手，解決了已報道的酶生物燃料電池的溫度開關(guān)讽渐、pH開關(guān)等存在的調(diào)節(jié)能力弱搭照、調(diào)節(jié)次數(shù)有限、非普適揭斥、理論上存在背景電流等問題凝估。該光開關(guān)利用碳點對TMB的光氧化特性，使用TMB作為電子受體眶衙，從而實現(xiàn)了在有光的條件下可以增大電流和功率杰刽，而在無光時幾乎不產(chǎn)生電流。在藍(lán)光照射20分鐘后王滤，酶生物燃料電池的開路電壓可以從0.3 V增大到0.5 V，外接1 kΩ電阻時的電路電流可以從2.3 μA增大到9 μA滓鸠，功率密度可以從2.8 μW cm-2增大到35 μW cm-2雁乡。該光開關(guān)的調(diào)控效果優(yōu)于目前已報道的酶生物燃料電池的開關(guān)，并且在增大集流體面積的條件下能夠進(jìn)一步得到提高糜俗。該研究基于陰極調(diào)控策略實現(xiàn)了利用光信號控制酶生物燃料電池的輸出功率踱稍，進(jìn)一步提高了酶生物燃料電池“智能化”應(yīng)用的可能。

研究工作獲得國家重點研發(fā)項目悠抹、天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動珠月、國家自然科學(xué)基金等的資助扩淀，相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。