연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 장치로, 배터리와는 달리 연료의 공급이 이루어질 경우 계속적인 전기 생산이 가능하다. 연료전지의 주요 장점은 내열기관보다 효율이 높으면서 오염물배출이 적다는 것이다. 연료전지 중에서도 효소를 기반으로 하는 생체연료전지는 전통적인 전기 화학적 촉매를 대체하여 화학적 반응을 촉매작용하는데 있어서 효소를 사용해왔다. 이러한 생체연료전지는 glucose 같은 재생가능하고 오랫동안 지속가능한 에너지 자원으로부터 전기적 에너지를 만들어 낼 수 있다.
Glucose oxidase는 전극에서 전류측정에 의해 감지 될 수 있는 glucose의 전기화학적 산화를 촉매작용한다. 그러나 실질적인 생체연료전지 발전의 주요 장애요인 중 하나는 산화환원 효소와 전극표면의 효율적인 전자 전달의 어려움이 있다는 것이다. 일반적으로 glucose 산화를 위한 활성부위가 효소 안에 깊숙이 숨겨져 있다. 또한 효소 불활성화와 불안정성은 실질적인 생체연료전지의 발전에서 상당한 결점이다. 그러므로 carbon nanotubes (CNTs)는 효소를 고정화하기위해 그리고 전자전달능력을 향상시키기 위해 널리 사용되어왔다. 또한 생체연료전지의 문제를 극복하기 위해서 적절한 구조에 효소를 고정화 하는것 만큼 전자를 운반하는 mediator로 사용되어지고 있다.
본 논문에서는 ferrocene을 전자 전달체로 사용하고 glucose oxidase를 전극에 고정화하여 biofuel cell의 전극을 제조하고 생성되는 전류의 크기를 측정하여 전자전달 효율을 조사하였다. Ferrocene과 glucose oxidase를 전극에 고정화하는 방법으로 chitosan과 sol-gel matrix 두 가지의 포괄법을 사용하였다. 또한 표면적을 넓혀 좀 더 많은 양의 전자를 전달하고자 전극의 표면에 carbon nanotube (CNT)를 사용하였다. 전극의 전기화학적 특성은 cyclic voltammetry (CV)를 이용하여 분석하였다.
실험 결과, ferrocene이 없이는 glucose에서 GOx에 의해 산화되어 발생하는 전자를 전극으로 전달시키지 못해 mediator인 ferrocene이 이 꼭 필요하다는 것을 확인하였다. CNT의 유무에 따라 전류의 차이는 CNT를 첨가하게 되면 전류의 크기가 증가 하였고, 고정화시킨 전극을 glucose를 포함하는 buffer에 넣어 CV를 측정한 결과 chitosan을 사용한 전극이 sol-gel을 사용한 전극보다 더 높은 전류 값을 보였다.
이렇게 두 가지 방법으로 anode를 제작하여 사용하였고, bilirubin oxide를 포함한 전극을 cathode로 사용하여 연료전지의 성능을 평가하였다.