Suspensión que se puede usar para generar una corriente de electrones,

suspensión que comprende una pluralidad de partículas huecas en contacto eléctricamente conductor, dichas partículas huecas comprenden un substrato permeable y cubierta externa eléctricamente conductora y atrapada en la misma una enzima catalizadora de reacción redox que cataliza una conversión enzimática de dicho substrato en dichas partículas huecas liberando de ese modo electrones

Suspensión para la generación de una corriente de electrones y el uso y la preparación de la misma.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una suspensión que se puede usar para generar una corriente de electrones, el uso de la suspensión para la producción de una batería o más específicamente de una nanobateria para el uso junto con un microchip. La presente invención se refiere además a una batería que usa la suspensión, una pila de combustible que comprende: un compartimento anódico que incluye un ánodo, un compartimento catódico que incluye un cátodo y dispuesta dentro de dicho compartimento anódico, dentro de dicho compartimento catódico o entre dicho compartimento anódico y dicho compartimento catódico, la suspensión, un dispositivo para la detección de un soluto que usa la suspensión, más específicamente un dispositivo para la detección de glucosa, un método de producción de energía eléctrica que comprende el uso de la suspensión y un método para preparar la suspensión.

Fundamento de la invención

Los sistemas conocidos para generar energía usan enzimas que están embutidas en una membrana biocompatible, enzimas que pueden generar electrones que se pueden utilizar para la generación de energía eléctrica (patente internacional WO 03050896). La membrana requerida para dicha propuesta debe ser biocompatible para asegurar la actividad de las proteínas de membrana. La membrana no puede ser permeable para muchos solutos debido a que las enzimas no son activas en esta situación. Los requerimientos anteriores limitan la elección de las membranas y vesículas y sólo se pueden usar proteínas de membrana en este sistema.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a una suspensión que se puede usar para generar una corriente de electrones, suspensión que comprende un polipéptido, caracterizada por que el polipéptido está atrapado en una partícula hueca. Debido a que el polipéptido está atrapado y no embutido en la cubierta de la partícula hueca, la partícula hueca podía tener una cubierta con propiedades únicas, tales como permeabilidad selectiva, robustez y conductividad. El polipéptido puede ser cualquier polipéptido que sea activo en una disolución acuosa. La suspensión contiene preferiblemente más partículas huecas, en que preferiblemente se atrapa más de un polipéptido. Preferiblemente, la densidad de las partículas huecas en la suspensión es tal que la mayoría de las partículas huecas está en contacto directo entre sí para una generación más eficaz de corriente de electrones. La partícula hueca soporta al polipéptido en una cierta distribución dentro de la suspensión así que la actividad del polipéptido también esté bien distribuida y permanezca bien distribuida. Preferiblemente, la partícula hueca no es permeable al polipéptido. En un aspecto preferido, la invención se refiere a una partícula hueca que es una vesícula. Una vesícula es una partícula hueca particular que consta de moléculas anfifílicas que forman la cubierta externa. Se pueden preparar vesículas que atrapen un polipéptido por adición de las moléculas al polipéptido. En otro aspecto de la presente invención la partícula hueca es una polimersoma. Una polimersoma es una vesícula que está construida de bloques de construcción anfifílica poliméricos y puede tener propiedades únicas tales como rigidez y la capacidad para conducir electrones. En otro aspecto de la presente invención la cubierta de la partícula hueca es conductora. Debido a la conductividad, los electrones generados dentro de la esfera hueca son transportados por las cubiertas externas conductoras de las partículas huecas y pueden ser transportados al ánodo. Preferiblemente, no hay acumulación de electrones en el interior de las partículas huecas y el transporte de electrones transcurre por la cubierta externa. En otro aspecto de la presente invención, la partícula hueca consta de polímero conductor. Los tipos específicos de polímeros pueden conducir electrones fácilmente y se sintetizan fácilmente. En otro aspecto de la presente invención, la partícula hueca consta de un copolímero de bloque. Este polímero forma fácilmente vesículas y forma una cubierta externa conductora. En otro aspecto de la presente invención, la partícula hueca consta de un grupo de cabeza de poliisocianida helicoidal rígido y una cola de poliestireno flexible, preferiblemente poliestireno-b-poli(L-isocianoalanina(2-tiofeno-3-il-etil)amida) (PS-PIAT). La PS-PIAT puede formar polimersomas muy estables y bien definidas en agua (Figura 3). Las vesículas, que se forman en la dispersión de las macromoléculas descritas anteriormente en una disolución acuosa, son muy robustas, pero aún permeables para un substrato como glucosa. Esta macromolécula anfifílica es un tipo rod-coil de copolímero de bloque. El espesor de la membrana de 30 pm 10 nm se determinó por micrografía de barrido electrónico (SEM, por sus siglas en inglés). En otro aspecto de la presente invención, se polimerizan los grupos laterales de tiofeno presentes en la cadena lateral de la PS-PIAT, proporcionando de ese modo las vesículas con una cubierta externa e interna de polímero más conductor. Esto se puede realizar electroquímicamente o por oxidación química. Esta polimerización da como resultado la reticulación de la membrana de polimersoma. Los estudios han demostrado que las propiedades conductoras de electrones de las polimersomas PS-PIAT mejoran después de la reticulación. Ya se ha demostrado que se puede incorporar con éxito una variedad de enzimas dentro del compartimento interno acuoso de las vesículas compuestas por PS-PIAT y que después de polimerización de las cubiertas de las vesículas ya no filtran más las enzimas y se protegen de la degradación de las proteasas. Los experimentos de catálisis con otras enzimas han confirmado que la actividad enzimática de las especies incluidas es retenida debido a la protección del polipéptido de las proteasas por la membrana de la vesícula.

En otro aspecto más de la presente invención el polipéptido puede participar en una reacción química o puede participar en la formación de una estructura molecular que facilite dicha reacción. La reacción química puede dar como resultado la liberación de electrones que se pueden transportar por la cubierta de la partícula hueca, preferiblemente por la cubierta exterior conductora de las vesículas. Dicho polipéptido podía ser potencialmente un polipéptido modificado genéticamente que fuera muy estable durante mucho tiempo. El polipéptido se podía reticular a la cara interna de la vesícula por ejemplo por una cola lipófila unida a la enzima. El polipéptido es preferiblemente una enzima y en una realización preferida de la presente invención la partícula hueca es permeable a un substrato de la enzima. Hay muchas enzimas conocidas que catalizan una reacción química que liberan uno o varios electrones. Esas enzimas se pueden usar en una suspensión según la presente invención. La reacción química es preferiblemente una reacción redox. Con la reacción redox se liberan electrones y se pueden difundir a la cubierta de la partícula hueca y se pueden transportar por las cubiertas en una dirección específica. Más preferido es que la reacción química sea una oxidación. Muchas enzimas en la naturaleza catalizan una reacción de oxidación y los substratos para esas enzimas son moléculas que están fácilmente disponibles y son relativamente baratas. En una realización preferida el polipéptido es una glucosa oxidasa. En esta realización la reacción química es la conversión de ß-D-glucosa en D-glucono-1,5-lactona. Durante esta reacción se liberan dos electrones, véase a continuación.

Los electrones que se liberan pueden ser aceptados fácilmente por la cubierta conductora de las partículas huecas, que también sirven como electrodos orgánicos. La glucosa oxidasa es relativamente estable y es una enzima conocida. En otro aspecto preferido, la invención se refiere a una suspensión en la que la partícula hueca está embutida en una estructura similar a un gel. En una estructura similar a un gel las partículas huecas se difunden lentamente y el substrato se difunde lentamente. Preferiblemente, la partícula hueca está embutida en una disolución de glucosa. La glucosa es un buen substrato para glucosa oxidasa y no es cara. Por lo que se refiere a la invención la glucosa es el combustible del que se producirán electrones y está fácilmente disponible y es relativamente barata. La combinación...

1. Suspensión que se puede usar para generar una corriente de electrones, suspensión que comprende una pluralidad de partículas huecas en contacto eléctricamente conductor, dichas partículas huecas comprenden un substrato permeable y cubierta externa eléctricamente conductora y atrapada en la misma una enzima catalizadora de reacción redox que cataliza una conversión enzimática de dicho substrato en dichas partículas huecas liberando de ese modo electrones.

2. Suspensión según la reivindicación 1, en la que el substrato permeable y la cubierta externa eléctricamente conductora consta de un polímero.

3. Suspensión según la reivindicación 2, en la que el polímero es un copolímero de bloque.

4. Suspensión según la reivindicación 3, en la que el copolímero de bloque comprende un bloque de poliestireno hidrófobo y un poliisocianopéptido hidrófilo.

5. Suspensión según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en la que el copolímero de bloque comprende poliestireno-b-poli(L-isocianoalanina (2-tiofeno-3-il-etil)amida) (PS-PIAT).

6. Suspensión según la reivindicación 5, en la que se polimerizan los grupos laterales presentes en el copolímero de bloque.

7. Suspensión según la reivindicación 6, en la que se polimerizan los grupos laterales de tiofeno presentes en la cadena lateral de poliestireno-b-poli (L-isocianoalanina (2-tiofeno-3-il-etil)amida).

8. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el polipéptido está unido al lado interno de la partícula hueca.

9. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que la enzima es glucosa oxidasa y el substrato es glucosa.

10. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que las partículas huecas están embutidas en una matriz eléctricamente conductora.

11. Suspensión según la reivindicación 10, en la que la matriz eléctricamente conductora comprende derivados de ferroceno y/o derivados de viológeno.

12. Uso de una suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1-11 para la producción de una batería.

13. Pila de combustible que comprende: un compartimento anódico que incluye un ánodo; un compartimento catódico que incluye un cátodo y dispuesta dentro de dicho compartimento anódico, dentro de dicho compartimento catódico o entre dicho compartimento anódico y dicho compartimento catódico, la suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1-11.

14. Dispositivo para la detección de un substrato usando una suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

15. Método para producir energía eléctrica, que comprende el uso de la suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1-11.

16. Método para preparar una suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende las etapas de: