A new mathematical modelling using Homotopyperturbation method to solve nonlinear equations in enzymatic glucose fuel cells.

For the first time a mathematical modelling of the enzymatic glucose membraneless fuel cell with direct electron transfer has been reported. The niche of this mathematical modelling is the description of the new Homotopy perturbation method to solve the nonlinear differential equations that describes glucose concentration and hydrogen ions respectively. The analytical results of an enzymatic fuel cell should be used, while developing fuel cell, to estimate its various kinetic parameters to attain the highest power value. Our analytical results are compared with limiting case results and satisfactory agreement is noted. The influence of parameters on the concentrations are discusse

Biological and microbial fuel cells

Biological fuel cells have attracted increasing interest in recent years because of their applications in environmental treatment, energy recovery, and small-scale power sources. Biological fuel cells are capable of producing electricity in the same way as a chemical fuel cell: there is a constant supply of fuel into the anode and a constant supply of oxidant into the cathode; however, typically the fuel is a hydrocarbon compound present in the wastewater, for example. Microbial fuel cells (MFCs) are also a promising technology for efficient wastewater treatment and generating energy as direct electricity for onsite remote application. MFCs are obtained when catalyst layer used into classical fuel cells (polymer electrolyte fuel cell) is replaced with electrogenic bacteria. A particular case of biological fuel cell is represented by enzyme-based fuel cells, when the catalyst layer is obtained by immobilization of enzyme on the electrode surface. These cells are of particular interest in biomedical research and health care and in environmental monitoring and are used as the power source for portable electronic devices. The technology developed for fabrication of enzyme electrodes is described. Different enzyme immobilization methods using layered structures with self-assembled monolayers and entrapment of enzymes in polymer matrixes are reviewed. The performances of enzymatic biofuel cells are summarized and approaches on further development to overcome current challenges are discussed. This innovative technology will have a major impact and benefit to medical science and clinical research, health care management, and energy production from renewable sources. Applications and advantages of using MFCs for wastewater treatment are described, including organic matter removal efficiency and electricity generation. Factors affecting the performance of MFC are summarized and further development needs are accentuated

A surface mountable glucose fuel cell for medical implants

We present an enzymeless, surface mountable glucose fuel cell based on abiotic catalysts. The device is intended as an energy harvesting implantable power supply for low power medical implants and sensors. After 50 days of operation in physiological glucose solution the fuel cell exhibited a stable performance of 1.1 muW/cm2. The demonstrated lifetime of our glucose fuel cell therefore already exceeds the maximum lifetime reported for devices based on enzymatic catalysts. This renders the concept a promising approach for the development of autonomous and sustainable power supply systems for long- term medical implants

Meta-study Focusing on Abiotic Cells for Human Implants

Abstract: Powering implantable devices in human body with a glucose based fuel cell (GFC) offers an alternative to non-rechargeable batteries that typically require routine invasive surgery. There are three main approaches for GFCs to oxidise glucose. Enzymatic Fuel Cells are selective and have a high reaction rate but are unstable as the proteins can denature giving the cell a short lifespan. Microbial Fuel Cells use microbes to break down glucose to produce electrons. However they possess the danger of cell leakages that can introduce the microbes to the patient and risk possible infection. Abiotic Fuel Cells employ inorganic catalysts, typically a noble metal alloy or metallic carbon to oxidise and reduce glucose and oxygen respectively. Abiotic is the safest and most stable of the three but possesses the lowest output due to the electrodes inability to target glucose specifically. This meta-study investigates for Abiotic Glucose Fuel Cell being the most viable candidate of the three for possible use in autonomous medical devices. We will assess current abiotic fuel cells on the thermodynamic parameters of output voltage, current/current density, power density and efficiency. The kinetic parameters of internal resistance and rate at which membranes transport electrons will also be assessed. Operational parameters of lifespan and overall architecture will also be assessed to further understand the conditions and materials these cells were produced.Keywords: Glucose; Fuel Cell; Meta-study; Enzymatic; Microbial; Abiotic; Implantable Device

Catalytic fuel cell used as an analytical tool for methanol and ethanol determination. Application to ethanol determination in alcoholic beverages

A small direct catalytic methanol 'fuel cell' was used for analytical purposes. Three different formats were investigated for methanol and ethanol determination: two different Open Circuit Voltage (OCV) formats and a potentiostatic (i.e. amperometric) format; the latter was used if the current supplied by the cell was recorded. The measurement times using one or other of these three formats were much different. The time required by the potentiostatic format was more short for a suitable analytical measurement. The cell was used to check ethanol content in several commercial wine and beer samples and the possibility of using the fuel cell for the analytical measures in real samples, discussed. Lastly the results were compared with those obtained using two conventional amperometric enzyme sensors and statistical tests carried out. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved

Bioethanol from poplar: a commercially viable alternative to fossil fuel in the European Union

Background: The European Union has made it a strategic objective to develop its biofuels market in order to minimize greenhouse gas (GHG) emissions, to help mitigate climate change and to address energy insecurity within the transport sector. Despite targets set at national and supranational levels, lignocellulosic bioethanol production has yet to be widely commercialized in the European Union. Here, we use techno-economic modeling to compare the price of bioethanol produced from short rotation coppice (SRC) poplar feedstocks under two leading processing technologies in five European countries. Results: Our evaluation shows that the type of processing technology and varying national costs between countries results in a wide range of bioethanol production prices ((sic)0.275 to 0.727/l). The lowest production prices for bioethanol were found in countries that had cheap feedstock costs and high prices for renewable electricity. Taxes and other costs had a significant influence on fuel prices at the petrol station, and therefore the presence and amount of government support for bioethanol was a major factor determining the competitiveness of bioethanol with conventional fuel. In a forward-looking scenario, genetically engineering poplar with a reduced lignin content showed potential to enhance the competitiveness of bioethanol with conventional fuel by reducing overall costs by approximately 41% in four out of the five countries modeled. However, the possible wider phenotypic traits of advanced poplars needs to be fully investigated to ensure that these do not unintentionally negate the cost savings indicated. Conclusions: Through these evaluations, we highlight the key bottlenecks within the bioethanol supply chain from the standpoint of various stakeholders. For producers, technologies that are best suited to the specific feedstock composition and national policies should be optimized. For policymakers, support schemes that benefit emerging bioethanol producers and allow renewable fuel to be economically competitive with petrol should be established. Finally, for researchers, better control over plant genetic engineering and advanced breeding and its consequential economic impact would bring valuable contributions towards developing an economically sustainable bioethanol market within the European Union

Transparent and flexible, nanostructured and mediatorless glucose/oxygen enzymatic fuel cells

Here we detail transparent, flexible, nanostructured, membrane-less and mediator-free glucose/oxygen enzymatic fuel cells, which can be reproducibly fabricated with industrial scale throughput. The electrodes were built on a biocompatible flexible polymer, while nanoimprint lithography was used for their nanostructuring. The electrodes were covered with gold, their surfaces were visualised using scanning electron and atomic force microscopies, and they were also studied spectrophotometrically and electrochemically. The enzymatic fuel cells were fabricated following our previous reports on membrane-less and mediator-free biodevices in which cellobiose dehydrogenase and bilirubin oxidase were used as anodic and cathodic biocatalysts, respectively. The following average characteristics of transparent and flexible biodevices operating in glucose and chloride containing neutral buffers were registered: 0.63 V open-circuit voltage, and 0.6 mu W cm(-2) maximal power density at a cell voltage of 0.35 V. A transparent and flexible enzymatic fuel cell could still deliver at least 0.5 mu W cm(-2) after 12 h of continuous operation. Thus, such biodevices can potentially be used as self-powered biosensors or electric power sources for smart electronic contact lenses. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved

A one-compartment, direct glucose fuel cell for powering long-term medical implants

We present the operational concept, microfabrication, and electrical performance of an enzyme-less direct glucose fuel cell for harvesting the chemical energy of glucose from body fluids. The spatial concentrations of glucose and oxygen at the electrodes of the one-compartment setup are established by self-organization, governed by the balance of electro-chemical depletion and membrane diffusion. Compared to less stable enzymatic and immunogenic microbial fuel cells, this robust approach excels with an extended life time, the amenability to sterilization and biocompatibility, showing up a clear route towards an autonomous power supply for long-term medical implants without the need of surgical replacement and external refueling. Operating in physiological phosphate buffer solution containing 0.1 wt% glucose and having a geometrical cathode area of 10 cm2, our prototype already delivers 20 µ W peak power over a period of 7 days

Isolation, screening and characterization of microorganisms with potential for biofuels production

Tese de mestrado. Biologia (Microbiologia Aplicada). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Rapid global population growth has increased the demand for food and energy supply. The limited oil reserves, pollution concerns, global warming and political instability and disagreements, lead to an increased financial support for sustainable and environmental sources of energy, biofuels. In the last decades there is an increasing interest in the development of the bioethanol production from lignocellulosic residues, which do not compete directly with food. However, the low efficient conversion of cellulosic biomass to biofuels hinders its success. Alternative substrates are inulin containing plants, as Jerusalem artichoke, representing a renewable and inexpensive raw material for industry and biofuel production. In this work, the main goal was to search for new microorganisms, with high potential to produce bioethanol, due to the presence of better ethanologenic characteristics or ability to produce relevant hydrolytic enzymatic machinery. From the isolation and screening of 98 novel strains, 7 were selected and further characterized. A preliminary identification was performed using FISH. Three isolates which showed inulinase capacity gave a putative identification as Z. bailii strains, and the best (Talf1) was optimized and characterized for inulinase production. Talf1 enzymatic extract presented maximum activity (8.7 U/ml) at 45 ºC and pH 5.5, and high stability at 30ºC. Talf1 isolate was used in a Consolidated Bioprocessing (CBP) and its enzymatic extract in a Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) process, for bioethanol production, obtaining an ethanol yield of 45% and 47% from pure inulin; and a yield of 51% and 48% from Jerusalem artichoke juice, respectively. Four selected isolates from strawberry tree fruit (STF) were used in a fermentation assay using STF juice, producing 86 - 100 g/l of ethanol from this raw material, at a very high yield (47-50%). These results show the enormous potential of inulin and Jerusalem artichoke as substrates for bioethanol production and the application of these novel yeasts as ethanol and/or inulinase producers.A exploração de novos recursos energéticos foi crucial para a revolução tecnológica que ocorreu no início do século 19. Já nesse século se conhecia o enorme potencial do álcool como fonte de energia, visto que o primeiro protótipo de motor de ignição foi desenhado para funcionar com este combustível. No início do século 20, a produção de etanol foi substituída pela gasolina, devido ao baixo custo de extração. Os combustíveis fósseis têm sido, desde então, a principal fonte de energia utilizada. O rápido aumento da população tem intensificado a necessidade do aumento de produção alimentar e energética. As limitadas reservas de petróleo, preocupações ambientais, o aquecimento global e a instabilidade política renovaram o interesse e, consequentemente, o apoio financeiro direcionada para o desenvolvimento de fontes renováveis de energia, como os biocombustíveis. Vários tipos de biocombustíveis têm sido estudados, mas apenas dois são produzidos à escala industrial: o biodiesel e o bioetanol. O bioetanol apresenta as melhores qualidades para a sua utilização nos atuais motores, podendo ser utilizado como aditivo na gasolina, sendo por isso, o biocombustível mais utilizado a nível mundial (Antoni et al., 2007). A produção mundial de bioetanol à escala industrial utiliza principalmente duas fontes naturais: Saccharum officinarum (cana-de-açúcar) e Zea mays L. (milho). A cana-de-açúcar é sobretudo utilizada no Brasil, sendo o segundo maior produtor mundial de bioetanol, enquanto o milho é a principal fonte natural utilizada nos E.U.A., o maior produtor mundial. Estes dois países representam 88% da produção global (REN21). Na produção de bioetanol ocorre a fermentação alcoólica dos substratos naturais, diretamente a partir da cana-de-açúcar (que contém principalmente sacarose); para a bioconversão do milho (composto principalmente por amido) há necessidade de um passo prévio de hidrólise enzimática para a sua conversão em açúcares simples. O bioetanol obtido a partir de culturas agrícolas produzidas exclusivamente para esse fim, ocupando assim área cultivável, denomina-se Bioetanol de 1ª Geração (1G). Este tipo de produção levanta questões morais e éticas porque, deste modo, o bioetanol compete diretamente com a produção alimentar (Luo et al., 2009). Para ultrapassar este problema, tem sido proposto a utilização de resíduos lenhocelulósicos, como substratos, para produção de Bioetanol de 2ª Geração (2G). Este bioetanol não compete diretamente com a produção alimentar, apesar de consumir recursos agroindustriais. Atualmente a conversão de biomassa lenhocelulósica em bioetanol é ainda um procedimento caro e de baixa eficiência, sendo economicamente desfavorável a sua aplicação (Gibbons and Hughes, 2009). O principal obstáculo é o custo do pré-tratamento para conversão dos vários polímeros (celulose, hemicelulose, xilano, etc.) em açucares simples (glucose e xilose principalmente) que esta biomassa necessita, quer seja por degradação enzimática (com custos associados de produção de extratos enzimáticos); quer seja a aplicação de métodos químicos, como hidrólise ácida (que para além do seu custo, leva à produção de composto inibidores do crescimento microbiano). Existem vários bioprocessos propostos para a produção em larga escala de 2G nomeadamente a hidrólise separada da fermentação (SHF), em que o passo de hidrólise da biomassa lenhocelulósica antecede a fase de produção de bioetanol; a fermentação e sacarificação simultâneas (SSF), neste caso há a adição exógena de enzimas ou a co-fermentação de biomassa com um microrganismo produtor das enzimas necessárias à conversão dos polímeros nos seus monómeros, disponibilizando assim os açúcares simples para o microrganismo etanologénico os converter em etanol; e o bioprocesso consolidado (CBP), em que a produção de enzimas para a hidrólise enzimática e a produção de etanol ocorrem por ação do mesmo microrganismo (considerado o melhor processo conceptual) (Lynd, 1996). Infelizmente não está descrito nenhum microrganismo que, simultaneamente, seja capaz de produzir a maquinaria enzimática necessária para a hidrólise da biomassa lenhocelulósica e que a produção de etanol atinja valores de rendimento e produtividade economicamente viáveis. Dadas as dificuldades de implementação à escala industrial do 2G e movidos por preocupações ambientais, de utilização de solos cultiváveis e o desequilíbrio atual no ciclo de carbono, levou alguns cientistas a desenvolver o Bioetanol de 3ª Geração (3G). Este bioetanol recorre a microalgas com elevado conteúdo nutritivo para a sua produção. Ao invés de aproveitar resíduos agroindustriais como substrato, as algas são produzidas explorando os recursos hídricos para a produção de biomassa. Desta forma, não há competição com produção alimentar nem área cultivável e não há utilização de recursos agroindustriais. No entanto, o baixo rendimento de produção de biomassa torna este processo, ainda, economicamente inviável à escala industrial (Goh and Lee, 2010). Uma alternativa a estas opções é a utilização de plantas produtoras de inulina, como Helianthus tuberosus (tupinambo), que representam um recurso renovável, barato e abundante para a produção de bioetanol. O tupinambo tem várias características importantes que justificam a sua utilização, nomeadamente a tolerância a frio, à seca, ao vento e a terrenos arenosos e/ou salinos, com uma alta taxa de fertilidade e de resistência a pestes e doenças, não necessitando obrigatoriamente de terrenos férteis para se desenvolver. Estas características tornam-no numa fonte apetecível de biomassa para conversão em bioetanol que não compete pelos terrenos cultiváveis utilizados para produção alimentar (Neagu and Bahrim, 2011; Chi et al., 2011; Bajpai and Margaritis, 1982). Este trabalho teve como objetivo a procura de novos microrganismos, especialmente leveduras, a partir de isolamentos de diferentes fontes naturais, nomeadamente dos frutos de alfarrobeira (Ceratonia síliqua), ameixeira (Prunus domestica), cerejeira (Prunus avium), figueira (Ficus carica), medronheiro (Arbutus unedo) e pessegueiro (Prunus persica) e tubérculos de tupinambo (Helianthus tuberosus). Os microrganismos foram selecionados com base nas suas características etanologénicas (maior tolerância a elevadas concentrações de etanol, pH e temperatura e, por isso, capazes de fermentações alcoólicas mais longas); e/ou na capacidade de produção de enzimas relevantes, como inulinases, para posterior aplicação em bioprocessos industriais. A partir de 98 isolados, dos quais 90 eram leveduras e 8 bactérias, foram selecionados 7 isolados diferentes. Destes, 3 isolados foram selecionados porque apresentaram capacidade de converter inulina purificada em etanol; os outros 4 isolados foram selecionados porque foram capazes de produzir etanol mais rapidamente, utilizando sumo de medronho como meio completo. Às 7 estirpes foi aplicado um procedimento de identificação preliminar, utilizando sondas marcadas com um fluoróforo, para hibridação de fluorescência in situ (FISH), especificas para várias espécies de leveduras vínicas, nomeadamente: Hanseniaspora uvarum, Kluyveromyces marxianus, Lachancea thermotolerans, Metschnikowia pulcherrima, Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii e Zygosaccharomyces bailii. As 7 estirpes apresentaram um resultado positivo para apenas uma destas sondas, distribuindo-se por três espécies diferentes: Lachancea thermotolerans (AP1), Saccharomyces cerevisiae (DP2 e GluP4) e Zygosaccharomyces bailii (GerP3, Calf2, Talf1 e Talf2). Foi realizado um controlo positivo em cada experiencia de FISH para cada sonda testada, utilizaram-se estirpes identificadas e existentes no laboratório, nomeadamente: CBS 314 (Hanseniaspora uvarum), Kluyveromyces marxianus 516F, CBS 2803 (Lachancea thermotolerans), NRRL Y-987 (Metschnikowia pulcherrima), Saccharomyces cerevisiae CCMI 885, PYCC 4478 (Torulaspora delbrueckii) e Zygosaccharomyces bailii 518F. Foi também utilizada uma sonda universal para células eucariotas (EUK516) em todas as células utilizadas, como controlo positivo, de forma a assegurar a presença de RNA acessível nas células após o procedimento de fixação, essencial na técnica de FISH. Esta identificação preliminar deverá ser validada com técnicas moleculares mais precisas, complementadas com estudos completos de morfologia e fisiologia. Das estirpes preliminarmente identificadas como Z. bailii, três (Calf2, Talf1 e Talf2) apresentaram capacidade de produção de inulinases, uma caraterística não referenciada em estirpes desta espécie (Kurtzman et al., 2011). Foi traçado um perfil metabólico das estirpes, Calf2, Talf1 e Talf2, em confronto com a estirpe Z. bailii 518F utilizando duas galerias API distintas: API ZYM and the API 20C AUX. Conclui-se que as três estirpes têm perfiz metabólicos semelhantes entre si e com Z. bailii 518F, revelando características fisiológicas importantes para aplicação futura. A produção de inulinases é uma característica essencial para a fermentação de inulina em etanol, permitindo a utilização de matérias-primas ricas em inulina como substrato para produção de bioetanol. Com esta finalidade, foi avaliada a produção de inulinases extracelulares das 3 estirpes, utilizando dois substratos indutores: a inulina (extraída de chicória) e o sumo de tupinambo. A estirpe Talf1 apresentou maior atividade enzimática extracelular quando induzida com sumo de tupinambo (8,7 U/ml) do que a estirpe Calf2 e Talf2, que atingiram 4,1 e 7,8 U/ml respetivamente. Utilizando inulina purificada como substrato indutor, todas as estirpes atingiram aproximadamente 0,6 U/ml de atividade enzimática no extrato celular, o que demonstra a fraca capacidade de indução por parte da inulina purificada. De forma a otimizar a produção de inulinases, utilizando a estirpe Talf1, foram testados outros substratos como indutores de inulinases: duas inulinas comerciais, extraídas de fontes naturais diferentes; e três matérias-primas: raízes de acelga, tubérculos de dália e o resíduo sólido de tupinambo, obtido após extração do sumo. Conclui-se que as inulinas comerciais purificadas são fracos indutores, não atingindo valores superiores a 0,6 U/ml, enquanto todas as matérias-primas naturais induziram positivamente a produção de inulinases, obtendo 1,9 U/ml com raízes de acelga, 1,5 U/ml com tubérculos de dália e 5,9 com o resíduo sólido de tupinambo. Concluiu-se que o tupinambo, em particular o sumo, é o melhor substrato indutor, para a produção de inulinases extracelulares utilizando a estirpe Talf1. Foi feita a caracterização bioquímica do extrato enzimático desta estirpe, revelando que a temperatura e o pH ótimos de atividade são 45ºC e 5,5 respetivamente. Foi determinada a estabilidade à temperatura e ao pH; o extrato enzimático manteve 57% da sua atividade inicial ao fim de 24 dias, quando mantido a 30ºC e ao pH natural (5,5). No entanto alterações de pH diminuem drasticamente a estabilidade do extrato (a 30 ºC). As características do extrato enzimático da estirpe Talf1 são promissoras para a sua posterior utilização em bioprocessos que utilizem inulina ou fontes ricas em inulina como substrato desde que ocorram a pH ácido (aproximadamente 5,5) e à temperatura de 30ºC. Dadas as características descritas, a estirpe Talf1 foi utilizada num bioprocesso consolidado (CBP) e o respetivo extrato enzimático utilizado num processo de fermentação e sacarificação simultâneas (SSF) para produção de bioetanol. Para o processo SSF foi utilizada a estirpe etanologénica S. cerevisiae CCMI 885 e o meio foi suplementado com o extrato enzimático produzido por Talf1. Na utilização de inulina como única fonte de carbono, o processo SSF apresentou maior rendimento e produtividade máximos de etanol (47% e 2,75 g.l-1.h-1) e obteve-se maior concentração de etanol no meio (78 g/l), enquanto no processo CBP produziram-se 67 g/l de etanol, com um rendimento e produtividade máximos de 45% e 1,70 g.l-1.h-1 respetivamente. Foi realizado, em paralelo, um crescimento controlo com S. cerevisiae CCMI 885 e inulina como única fonte de carbono. Nestas condições, foram produzidas apenas 50 g/l de etanol, o que demonstra que a adição do extrato enzimático levou à hidrólise de polímeros de inulina que não são utilizados naturalmente por S. cerevisiae, apesar desta estirpe conseguir produzir enzimas que degradam parcialmente polímeros de inulina. A produção de bioetanol a partir diretamente de sumo de tupinambo foi testada pelos dois bioprocessos (SSF e CBP). Neste caso obtiveram-se melhores resultados utilizando a levedura Talf1 no bioprocesso consolidado. A estirpe Talf1 atingiu melhor produtividade (3,62 g.l-1.h-1,), rendimento (51%) e concentração máximas de etanol (67 g/l), do que a estirpe S. cerevisiae CCMI 885 em sumo de tupinambo (SSF), suplementado com o extrato enzimático contendo inulinases, que produziu 62 g/l de etanol, com um rendimento e produtividade máximos de 48% e 2,40 g.l-1.h-1, respetivamente. No ensaio controlo, utilizando a levedura S. cerevisiae CCMI 885 sem adição de qualquer enzima, obtiveram-se menores resultados de rendimento e produtividade máxima (42% e 2,07 g.l-1.h-1) e apenas 55 g/l de etanol produzido, um valor inferior aos resultados obtidos com os anteriores bioprocessos. Estes resultados são consistentes com os obtidos apenas com inulina como fonte de carbono, reforçando a hipótese de que esta estirpe, S. cerevisiae CCMI 885, seja capaz de hidrolisar algumas cadeias de inulina, mas não utilizar todos os açúcares presentes no sumo de tupinambo. Estes resultados mostram o potencial da inulina e fontes naturais ricas em inulina, como o tupinambo, para fontes alternativas na produção de bioetanol. No entanto para a aplicação industrial das estirpes descritas neste trabalho, será necessária posterior otimização de todo o processo. As 4 leveduras selecionadas a partir do rastreio inicial de fermentação de sumo de medronho (L. thermotolerans AP1, S. cerevisiae DP2, S. cerevisiae GluP4 e Z. bailii GerP3), foram utilizadas num ensaio de fermentação de sumo de medronho, em comparação com S. cerevisiae CCMI 885. O melhor resultado foi obtido com a estirpe S. cerevisiae CCMI 885, atingindo-se 108 g/l de etanol, com um rendimento máximo de 51%, igual ao teórico possível, e uma produtividade máxima de 1,29 g.l-1.h-1. No entanto, a estirpe de Z. bailii GerP3, com valores máximos de etanol, produtividade e rendimento máximos de 100 g/l, 1,11 g.l-1.h-1 e 50%, respetivamente, são próximos daqueles obtidos com a levedura S. cerevisiae. A estirpe Z. bailii GerP3 obteve, por isso, os resultados mais promissores para a aplicação num sistema de fermentação em estado sólido diretamente a partir de medronho. O desenvolvimento de um processo eficiente e economicamente viável para produção de bioetanol é crucial para a sociedade atual, servindo como alternativa à utilização de combustíveis fósseis, para uma população mundial que requer cada vez mais energia. A utilização de fontes naturais como o tupinambo e o medronho, para a produção de bioetanol, pode ajudar a reduzir a dependência energética dos combustíveis fósseis. No entanto, para produzir industrialmente bioetanol a partir destas fontes naturais renováveis, e ainda necessária a otimização do processo a escala industrial

Carbon nanodots modified-electrode for peroxide-free cholesterol biosensing and biofuel cell design

The determination of cholesterol is greatly important because high concentrations of this biomarker are associated to heart disease. Moreover, cholesterol can be used as a fuel in enzymatic fuel cells operating under physiological conditions. Here, we present a cholesterol biosensor and a peroxide-free biofuel cell based on the electrocatalytic oxidation of the NADH generated during the enzymatic reaction of cholesterol dehydrogenase (ChDH) as an alternative to the H2O2 biosensing strategies used with cholesterol oxidase-bioelectrodes. Azure A functionalized-carbon nanodots were used as NADH oxidation electrocatalysts and for ChDH covalent immobilization. The biosensor responded linearly to cholesterol concentrations up to 1.7 mM with good sensitivity (4.50 mA cm−2 M−1) and at a low potential. The ChDH bioelectrode was combined with an O2-reducing bilirubin oxidase cathode to produce electrical energy using cholesterol as fuel and O2 as oxidant. Furthermore, the resulting enzymatic fuel cell was tested in human serum naturally containing free cholesterolA.L.DL. and M.P. thank MCIU/AEI/FEDER, EU for funding project RTI2018–095090-B-I00. M.B. acknowledges funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Program under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No. 713366. This work was also supported by Talent Attraction Project from CAM (SI3/PJI/ 2021–00341 and 2021–5A/BIO-20943), Spanish Ministerio de Ciencia e Innovacion (PID2020–116728RB-I00) and TRANSNANOAVANSENSCAM Program (S2018/NMT-4349