Les biopiles enzymatiques sont considérés comme des systèmes potentiellement utilisables pour la production d'énergie renouvelable dans des marchés niches. Une biopile est constituée de deux électrodes associées à des enzymes, catalyseurs biologiques, qui permettent la production d'énergie électrique à partir de réactions chimiques d'oxydoréduction. Ce travail présente la réalisation d'une biopile alcool/oxygène, au sein de laquelle l'alcool est oxydé à l'anode par l'alcool déshydrogénase alors que l'oxygène moléculaire est réduit en eau à la cathode par l'enzyme laccase, en présence de médiateurs spécifiques. L'objectif de ce travail a été tout d'abord de développer des bioélectrodes avec des enzymes immobilisées de manière à minimiser la quantité de biocatalyseur et augmenter sa stabilité. Dans un second temps, l'assemblage de biocathodes et de bioanodes a permis de fabriquer des biopiles à alcool macroscopique et microfluidique. Différentes poudres de carbone combinées à des polymères ont été utilisées pour immobiliser les enzymes et les médiateurs par encapsulation selon diverses configurations. Des analyses électrochimiques ont permis de mettre en évidence l'influence importante de certains paramètres comme la nature du carbone et du polymère, le pH et la température sur les performances des bioélectrodes. Une fois assemblées dans les configurations classique ou microfluidique, ces bioélectrodes ont conduit à des systèmes électrochimiques de génération d'énergie délivrant une densité de puissance maximale de 300μW/cm2 à 0,61V pour la biopile macroscopique et de 45μW/cm2 à 0,5V pour le système microfluidique. / Enzymatic biofuel cells (BFC) are systems of great interest for the production of renewable energy in niche markets. A BFC consists of two electrodes associated with enzymes as catalysts allowing energy production from oxydoreduction reactions. This work is devoted to the development of an alcohol/oxygen BFC for which alcohol is oxidized at the anode by alcohol dehydrogenase while molecular oxygen is reduced to water at the cathode by laccase, in the presence of specific mediators. The objective of this work was first to develop bioelectrodes with immobilized enzymes in order to minimize the amount of biocatalyst and increase its stability. In a second step, biocathodes and bioanodes were assembled to make macroscopic and microfluidic alcohol BFCs. Various carbon powders combined to polymers were used to immobilize enzymes and mediators in various configurations by entrapment. Electrochemical analysis have highlighted the significant influence of certain parameters like the nature of polymer and carbon, the pH or the temperature on the bioelectrodes performances. Once assembled in classical or microfluidic configurations, these bioelectrode led to electrochemical energy generation systems delivering a maximum power density of 300μW/cm2 at 0,61V for the macroscopic BFC and 45μW/cm2 at 0,5V for the microfluidic system.

Ce rapport résume les travaux scientifiques concernant la réalisation de membranes et de matériaux bio-inspirés, c'est-à-dire des systèmes artificiels qui s'inspirent des principes similaires ou voisins du monde du vivant. Ces matériaux ont été conçus afin de développer des procédés biotechnologiques pour des applications potentielles dans les secteurs de l'environnement et de l'énergie.

Biopile and landfarming systems are ex situ technologies developed for the remediation of contaminated soils. In this study, laboratory degradation experiments and a combined full-scale landfarming and biopile system were operated for the remediation of diesel fuel-contaminated soils. The effectiveness of bulking agents (wood chips and rice hulls), inorganic nutrients (N and P), and biological agent on petroleum hydrocarbon biodegradation were also evaluated. The ratios of contaminated soils to bulking agents applied in the experiments were 1:0, 3:1, 6:1, and 10:1. The soil to bulking agent ratio of 10.7:1 was applied in the full-scale system. After 93 days of incubation, the highest reduction rate for total petroleum hydrocarbon - diesel (TPHd) removal was observed in the experiment with a soil to bulking agent ratio of 3:1. Results show that TPHd degradation trend followed a typical first-order degradation pattern. The calculated regression coefficient ranged from 0.008 ¡V 0.0129. Results also indicate that the addition of biological agent had a significant enhancement of TPHd removal. Results from the full-scale study show that the average TPHd concentrations from 5,544 mg/kg to 488 mg/kg after 231 days of operation. This implies that approximately 91.2% of TPHd removal was obtained. Field results show that temperature affected biodegradation rates, production of CO2, total hererotrophic bacterial biomass, and TPHd reduction efficiencies. Thus, temperature plays an important role for the operation of is biopile and landfarming systems.

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O objetivo do trabalho foi identificar ferramentas e indicadores adequados ao monitoramento e à otimização de processos de biorremediação, incluindo parâmetros físicos, químicos e microbiológicos definidos em estudos de tratabilidade de solos contaminados por óleo cru em escala de laboratório e comparar estratégias de biorremediação, tais como bioestímulo e bioaumento conduzidas em simulações de biopilhas dinâmicas ou estáticas. Quando três métodos de extração de hidrocarbonetos de petróleo de solo arenoso e franco-argiloso para análise cromatográfica (Soxhlet-SOX, microondas-MARS e extração acelerada por solvente-ASE) foram comparados entre si, concluiu-se que a técnica que promove a melhor recuperação depende da fração de interesse (n-alcanos, HRP, MCNR, HPA), das características texturais do solo (teores de areia, silte e argila) e da idade da contaminação. Dentre os indicadores de densidade populacional microbiana (microrganismos heterotróficos totais-PHT, população de fungos-PF e população microbiana degradadora de óleo (PDO) passíveis de utilização para indicar a taxa de degradação de compostos orgânicos presentes no solo tais como os hidrocarbonetos de petróleo, o PDO mostrou-se o mais adequado em conjunto com a produção de CO2 aferida pelo método respirométrico. Quando a estratégia de biorremediação de solo franco-argiloso contaminado com óleo cru a 3% (m m-1) utilizando bioestímulo (ajuste de pH, umidade e taxa C:N:P) foi comparada ao bioaumento (bioestímulo e adição de inóculo de microrganismos extraídos, enriquecidos e aclimatizados ao óleo cru como fonte de carbono), em sistemas de bancada simulando biopilha dinâmica (microcosmo M) e biopilha estática com aeração forçada (reator B), o tratamento que apresentou melhor remoção (32%) de HTP após 121 dias foi o bioaumento em biopilha estática. Para HPA, o tratamento que alcançou a melhor remoção (33%) foi com bioestímulo também em biopilha estática. A avaliação da taxa de mortalidade (%) de Eisenia andrei exposta tanto a solos recém-contaminados por óleo cru e preparados para bioestímulo (BIOS) e bioaumento (BIOA) a serem tratados em biopilhas dinâmicas e estáticas em escala de laboratório mostrou que após 56 dias de exposição da E. andrei, todos os solos produziram letalidade de 100%, quer fossem os solos recém-contaminados e preparados para os diferentes tratamentos (BIOS M, BIOS B, BIOA M, BIOA B) ou após 121 dias de tratamento. Tal resultado confirma que a biorremediação foi incipiente também do ponto de vista de remoção da ecotoxicidade. Em linhas gerais, a biorremediação de solo franco-argiloso contaminado por óleo cru, contendo tanto contaminação antiga quanto recente, reúne os maiores desafios à biorremediação, tanto do ponto de vista da composição textural do solo quanto da natureza do contaminante. Os processos são aparentemente lentos e requerem ferramentas auxiliares para aceleração dos mesmos. Recomenda-se no futuro, condução de experimentos com o uso de diferentes surfactantes, com ênfase em biosurfactantes / The objective of this investigation was to identify tools and indicators suitable for monitoring and optimizing bioremediation processes, including physical, chemical and microbiological variables defined in treatability studies of crude oil contaminated clayey soils in lab-scale and to compare bioremediation strategies, such as biostimulation and bioaugmentation carried out in lab scale dynamics and static biopiles. When three methods for extraction of petroleum hydrocarbon for chromatography analysis (Soxhlet-SOX, microwaves-MARS and accelerated solvent extraction-ASE) were compared, it was concluded that the most appropriate extraction method depends on the hydrocarbon fraction of interest (n-alkanes, RPH, UCM or PAH), the textural soil characteristics (sand, silt and clay content) and the contamination age. Among the microbiological indicators investigated (total heterotrophic microorganisms-PHT, fungi population-PF and; oil-degrading microorganism population-PDO, the last one was the best indicator for degradation of organic carbon compounds such as petroleum hydrocarbon, together with CO2 generation measured through respirometric method. Bioremediation strategies for oil-contaminated clayey soil (3% m m-1) were compared, including biostimulation (adjustment of pH, C:N:P rate and moisture) and bioaugmentation (biostimulation plus a consortium inoculum extracted from the original aged-contaminated soil, enriched and acclimatized with the crude oil as carbon source) in lab scale system simulating dynamic (microcosms) and static (bioreactors with forced aeration). The treatment which presented the highest TPH removal (32%) after 121 days was the bioaugmented static biopile (BIOA B). For PAH, the most efficient treatment method that removed 33% of PAH was the biostimulated static biopile (BIOS B). The mortality rate (%) for Eisenia andrei exposed to newly contaminated soil prepared for biostimulation (BIOS) and bioaugmentation (BIOA) treatments at day 0 as well as the treated soil in static and dynamic biopiles at different treatment times (after 24, 59 and 121 days) revealed that after 56 of E. andreis exposition, all soils produced mortality of 100%, no matter if newly contaminated or treated (BIOS M, BIOS B, BIOA M, BIOA B). The ecotoxicity tests confirmed that bioremediation as such was incipient also from the toxicity removal viewpoint. In general terms, bioremediation of clayey soils with a complex contaminant such as crude oil raise considerable challenges, both from the soil characteristics as well as the nature of the contaminant. The processes are apparently slow and require auxiliary tools to speed up the process. In the future, it is recommended to test the use of different surfactants, particularly bio-surfactants.

O objetivo do trabalho foi identificar ferramentas e indicadores adequados ao monitoramento e à otimização de processos de biorremediação, incluindo parâmetros físicos, químicos e microbiológicos definidos em estudos de tratabilidade de solos contaminados por óleo cru em escala de laboratório e comparar estratégias de biorremediação, tais como bioestímulo e bioaumento conduzidas em simulações de biopilhas dinâmicas ou estáticas. Quando três métodos de extração de hidrocarbonetos de petróleo de solo arenoso e franco-argiloso para análise cromatográfica (Soxhlet-SOX, microondas-MARS e extração acelerada por solvente-ASE) foram comparados entre si, concluiu-se que a técnica que promove a melhor recuperação depende da fração de interesse (n-alcanos, HRP, MCNR, HPA), das características texturais do solo (teores de areia, silte e argila) e da idade da contaminação. Dentre os indicadores de densidade populacional microbiana (microrganismos heterotróficos totais-PHT, população de fungos-PF e população microbiana degradadora de óleo (PDO) passíveis de utilização para indicar a taxa de degradação de compostos orgânicos presentes no solo tais como os hidrocarbonetos de petróleo, o PDO mostrou-se o mais adequado em conjunto com a produção de CO2 aferida pelo método respirométrico. Quando a estratégia de biorremediação de solo franco-argiloso contaminado com óleo cru a 3% (m m-1) utilizando bioestímulo (ajuste de pH, umidade e taxa C:N:P) foi comparada ao bioaumento (bioestímulo e adição de inóculo de microrganismos extraídos, enriquecidos e aclimatizados ao óleo cru como fonte de carbono), em sistemas de bancada simulando biopilha dinâmica (microcosmo M) e biopilha estática com aeração forçada (reator B), o tratamento que apresentou melhor remoção (32%) de HTP após 121 dias foi o bioaumento em biopilha estática. Para HPA, o tratamento que alcançou a melhor remoção (33%) foi com bioestímulo também em biopilha estática. A avaliação da taxa de mortalidade (%) de Eisenia andrei exposta tanto a solos recém-contaminados por óleo cru e preparados para bioestímulo (BIOS) e bioaumento (BIOA) a serem tratados em biopilhas dinâmicas e estáticas em escala de laboratório mostrou que após 56 dias de exposição da E. andrei, todos os solos produziram letalidade de 100%, quer fossem os solos recém-contaminados e preparados para os diferentes tratamentos (BIOS M, BIOS B, BIOA M, BIOA B) ou após 121 dias de tratamento. Tal resultado confirma que a biorremediação foi incipiente também do ponto de vista de remoção da ecotoxicidade. Em linhas gerais, a biorremediação de solo franco-argiloso contaminado por óleo cru, contendo tanto contaminação antiga quanto recente, reúne os maiores desafios à biorremediação, tanto do ponto de vista da composição textural do solo quanto da natureza do contaminante. Os processos são aparentemente lentos e requerem ferramentas auxiliares para aceleração dos mesmos. Recomenda-se no futuro, condução de experimentos com o uso de diferentes surfactantes, com ênfase em biosurfactantes / The objective of this investigation was to identify tools and indicators suitable for monitoring and optimizing bioremediation processes, including physical, chemical and microbiological variables defined in treatability studies of crude oil contaminated clayey soils in lab-scale and to compare bioremediation strategies, such as biostimulation and bioaugmentation carried out in lab scale dynamics and static biopiles. When three methods for extraction of petroleum hydrocarbon for chromatography analysis (Soxhlet-SOX, microwaves-MARS and accelerated solvent extraction-ASE) were compared, it was concluded that the most appropriate extraction method depends on the hydrocarbon fraction of interest (n-alkanes, RPH, UCM or PAH), the textural soil characteristics (sand, silt and clay content) and the contamination age. Among the microbiological indicators investigated (total heterotrophic microorganisms-PHT, fungi population-PF and; oil-degrading microorganism population-PDO, the last one was the best indicator for degradation of organic carbon compounds such as petroleum hydrocarbon, together with CO2 generation measured through respirometric method. Bioremediation strategies for oil-contaminated clayey soil (3% m m-1) were compared, including biostimulation (adjustment of pH, C:N:P rate and moisture) and bioaugmentation (biostimulation plus a consortium inoculum extracted from the original aged-contaminated soil, enriched and acclimatized with the crude oil as carbon source) in lab scale system simulating dynamic (microcosms) and static (bioreactors with forced aeration). The treatment which presented the highest TPH removal (32%) after 121 days was the bioaugmented static biopile (BIOA B). For PAH, the most efficient treatment method that removed 33% of PAH was the biostimulated static biopile (BIOS B). The mortality rate (%) for Eisenia andrei exposed to newly contaminated soil prepared for biostimulation (BIOS) and bioaugmentation (BIOA) treatments at day 0 as well as the treated soil in static and dynamic biopiles at different treatment times (after 24, 59 and 121 days) revealed that after 56 of E. andreis exposition, all soils produced mortality of 100%, no matter if newly contaminated or treated (BIOS M, BIOS B, BIOA M, BIOA B). The ecotoxicity tests confirmed that bioremediation as such was incipient also from the toxicity removal viewpoint. In general terms, bioremediation of clayey soils with a complex contaminant such as crude oil raise considerable challenges, both from the soil characteristics as well as the nature of the contaminant. The processes are apparently slow and require auxiliary tools to speed up the process. In the future, it is recommended to test the use of different surfactants, particularly bio-surfactants.

La pile à combustible microbienne, MFC, est un bioengine qui associe respectivement le principe biochimique et le principe électrochimique pour extraire les électrons stockés dans la matière organique et les transformer en électricité. Dans un MFC, des microbes électroactifs vivants, avec son système enzymatique complet, sont utilisés pour biocatalyser l'oxydation du combustible organique; une anode est introduite artificiellement pour détourner les électrons, ce qui a eu pour résultat le système respiratoire bactérien; et à l'opposé, une cathode entraîne le flux d'électrons qui est ensuite commuté sur le courant électrique. Les microbes électroactifs se répandent dans de nombreuses sources telles que le sol, le compost, les boues, les eaux usées, etc. Les aliments pour animaux, les combustibles organiques et / ou d'autres nutriments peuvent également être abondamment présents dans leurs sources matricielles et dans de nombreuses autres sources inestimables, couramment disponibles dans la vie quotidienne. L'abondance bactérienne et le carburant organique illimité sont les deux raisons attrayantes pour le développement d'une source d'énergie durable telle que le MFC, qui attire également notre attention dans cette recherche. Ici, nous avons développé MFC, double chambre (DCMFC) et chambre unique (SCMFC), alimentés par compost de jardin comme source électroactive et acétate de carburant. Pour des raisons de durabilité et d’autres avantages, c’est-à-dire praticables et respectueux de l’environnement, nous nous sommes principalement concentrés sur le SCMFC avec un système de cathodes respiratoires. La problématique commune du SCMFC est la production d’énergie limitée due principalement à la cinétique lente de la réaction de réduction de l’oxygène (ORR) dans la partie cathodique. Par conséquent, il est important de mettre au point le matériau de la cathode respiratoire qui présente une activité de catalyse appropriée vis-à-vis de la perte de réponse optique pour surmonter cette limitation. Le feutre de carbone (CF) est le matériau de support choisi qui convient à la fabrication de cathodes à respiration aérienne. Alors que le platine (Pt) et l’oxyde de manganèse (MnOx), respectivement, en tant que classe de catalyseur suprême et de second rang, ont été développés sur CF grâce à une méthode simple d’électrodéposition. Les matériaux résultants, dénommés ACF@Pt et ACF@MnOx, ont été caractérisés de manière complète par des méthodes électrochimiques et physicochimiques afin de déterminer leurs performances électrocatalytiques, supportant ainsi l’application de cathodes respiratoires. En conséquence, nous avons développé deux principaux types de cathodes respiratoires, à savoir ACF@Pt et ACF@MnOx, appliquées avec succès dans le SCMFC alimenté par du compost de jardin avec une densité de puissance respective de 140 mW m-2 et 110 mW m-2. De plus, les deux matériaux développés révèlent également des applications prometteuses. Par exemple, ACF@Pt a été utilisé comme anode de MFC, à la fois dans DCMFC et SCMFC, et a amélioré la densité de puissance jusqu'à 300 mW m-2. Fait intéressant, il est également montré comme un excellent électrocatalyseur dans la réaction de dégagement d’hydrogène, HER. Alors que le matériau ACF@MnOx présente un électrocatalyseur prometteur dans un système de type électro-Fenton à la minéralisation d'un matériau biréfractif, c'est-à-dire l'un des constituants polluants dangereux des eaux usées. / Microbial fuel cell, MFC, is a bioengine that combine biochemical and electrochemical principle respectively to extract the stored electrons in organic material and to turn them into electricity. In an MFC, living electroactive microbes, with its whole enzymatic system, are employed to biocatalyze the oxidation of organic fuel; an anode is artificially introduced to divert the electrons, as resulted in the bacterial respiratory system; and oppositely a cathode drives the electron flow that further be switched to electrical power. Electroactive microbes spread out in numerous sources such as soil, compost, sludge, waste water, and so on. The feed, organic fuel and/or other nutrient, also can abundantly be present in their matrix sources and in many other priceless sources, which commonly available in daily life. Bacterial abundance and unlimited organic fuel are the two attractive reasons for the development of sustainable energy source as such as MFC, which is also drawn our attention in this research. Herein, we developed MFC, double chamber (DCMFC) and single chamber (SCMFC), which powered by garden compost as electroactive source and acetate fuel. For sustainability reason and other advantages i.e. practicability and eco-friendly, we mainly focused on SCMFC with air-breathing cathode system. The common problematic of the SCMFC is the limited power production that mainly due to the slow kinetic of oxygen reduction reaction (ORR) in the cathodic part. Therefore, it is important to developed the material of air-breathing cathode which has a proper catalysis activity toward ORR to overcome this limitation. Carbon felt (CF) is the selected support material that suitable for air-breathing cathode fabrication. While, platinum (Pt) and manganese oxide (MnOx) respectively, as supreme and runner-up catalyst’s class, has been grown on CF through a simple electrodeposition method. The resulting materials, named as ACF@Pt and ACF@MnOx, have been characterized comprehensively by electrochemical and physicochemical methods to determine their electrocatalytic performances, which support for air-breathing cathode application. Accordingly, we have developed two main types of air-breathing cathode, i.e. ACF@Pt and ACF@MnOx, which have been successfully applied in SCMFC powered by garden compost with generated power density respectively 140 mW m-2 and 110 mW m-2. Moreover, the both developed material also reveal some promising application. For instance, ACF@Pt has been applied as MFC’s anode, both in DCMFC and SCMFC, and has improved the power density up to 300 mW m-2. Interestingly, it is also shown as an excellent electrocatalyst in hydrogen evolution reaction, HER. While, the ACF@MnOx material shows a promising electrocatalyst in an electro-Fenton like system to mineralization of biorefractory material i.e. one of the hazardous pollutant constituent of wastewater.

Ce travail de thèse présente une nouvelle classe de microélectrodes de fibres de nanotubes de carbone (NT). Celles-ci sont réalisées par un filage en voie humide autorisant l’inclusion d’additifs au sein des fibres afin d’adapter leur formulation. Ainsi, le développement d’électrodes incluant la bilirubine oxydase (BOD) pour biopile enzymatique a permis d’obtenir un haut courant de réduction à l’aide d’un transfert d’électrons direct entre BOD et NT. Egalement, des actionneurs électromécaniques incluant une faible quantité de PVA réticulé sont proposés. De telles fibres génèrent une grande contrainte et présentent un temps de réponse court lorsqu’une faible tension leur est appliquée. La mobilité des NT les uns par rapport aux autres au sein de celles-ci a été réduite. Cette dernière est présente dans tout actionneur en NT et génère du fluage et une relaxation de contrainte de ces matériaux limitant ainsi leurs performances. Ces travaux ouvrent de nombreuses voies pour de nouvelles microtechnologies de conversion d’énergie, notamment appliquées au médical ou dans la micro-robotique. / This PhD work presents a new class of carbon nanotubes (NT) fibers microelectrodes. These fibers are produced by a wet spinning process which enables the inclusion of additives within the fibers in order to adapt their formulation. Thus, new microelectrodes for enzymatic biofuel cells that comprise bilirubin oxidase (BOD) have been realized in a one step process and enable a direct electron transfer process between the enzyme and NT at a high potential with a high reduction current. Furthermore, we also developed new NT microfibers including a small quantity of chemically crosslinked PVA for electrochemical actuators. They generate a large stress and a short response time when stimulated by a low voltage in an aqueous electrolyte. Moreover, the CNT mobility within these fibers is greatly reduced. The latter is present in any CNT actuator and induces creep and stress relaxation of these material prohibiting the possibility to obtain high actuating performances. The present results open routes towards the development of novel technologies for energy conversion potentially useful in micro-devices, biomedical applications and micro-robotics.

la possibilité de convertir l'activité catalytique d'une oxydoréductase en un courant électrique a permis le développement d'une grande diversité d'électrodes enzymatiques. Les anodes catalysant l'oxydation du glucose font partie des plus étudiées pour leurs applications dans la mesure de la glycémie ou dans des biopiles glucose/O2. Parmi les nombreuses stratégies disponibles, l'utilisation d'hydrogels à base de complexes d'osmium en guise de médiateurs rédox fournit d'excellents résultats, qui restent cependant limités en terme de densité de courant ou de sélectivité. Durant cette thèse, la glucose oxydase (GOx) a été déglycosylée. Les électrodes préparées avec la nouvelle enzyme délivraient des courants catalytiques plus élevés, ce qui laissait supposer initialement une diminution de la distance de saut d'électron entre la GOx et le médiateur rédox suite au retrait des oligosaccharides. Une étude avec des électrodes de différentes compositions suggère au contraire que la déglycosylation n'améliore pas le transfert électronique intrinsèque mais la structure globale de l'hydrogel. De fait, une enzyme plus petite et plus négativement chargée doit induire un volume d'hydrogel plus faible pour une même composition molaire. En second lieu, une réduction parasite de l'oxygène affectant ces anodes, non envisagée jusqu'à aujourd'hui, a été mise en évidence et étudiée. En effet, l'interférence de l'O2 n'est usuellement attribuée qu'à sa réactivité avec la GOx. La présente étude prouve que l'O2 se réduit aussi sur les complexes d'osmium si leur potentiel standard E°' est inférieur à + 0,07 V vs. Ag/AgCl. La cinétique de cette réaction croît exponentiellement quand le E°' du complexe diminue. En plus d'abaisser le courant d'oxydation et donc les performances de l'anode, la génération de peroxyde d'hydrogène pourrait aussi altérer sa stabilité. Ces résultats suggèrent que le choix d'un médiateur de E°' donné doit aussi dépendre de l'amplitude de cette réduction.

Ce mémoire est consacré au développement d'un immunocapteur impédancemétrique et de deux biopiles enzymatiques. Premièrement, le poly(pyrrole-NHS) est utilisé pour l'immobilisation successive d'un modèle de la ciprofloxacine (CF) et de l'anticorps dirigé spécifiquement contre CF. La détection est réalisée par la spectroscopie d'impédance électrochimique. Elle détecte le déplacement en solution de l'anticorps. Le seuil de détection est de 1.10-12 g.mL-1. Deuxièmement, la production énergétique est abordée suivant deux approches. La première se base sur l'apparition d'un gradient de pH produit par deux enzymes (la GOx et l'uréase) et converti en f.e.m. en utilisant un couple rédox sensible au pH. La seconde, repose sur les propriétés biocatalytiques de la GOx d'oxyder le glucose et de la polyphénol oxydase de réduire le dioxygène. Cette pile est capable de fonctionner aussi bien in vitro que in vivo. Une fois optimisée, la pile affiche une f.e.m. de 315 mV et une puissance de 27 μW.