長寿命・高効率な生体埋め込み型燃料電池に向けた生体適合ゲル材料の創製

本研究では、生体内埋め込み型バイオ燃料電池の応用に向けて、酵素固定化レドックス双性イオンポリマーゲルの創製とバイオ電池による発電システムの開発を行った。生体親和性に優れる、2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（MPC）ユニットと活性エステル基を持つ双性イオンコポリマーをラジカル重合により創製した。また、電子伝達体としてアミノ基を有するフェロセンをコポリマーの側鎖に固定化することで、レドックス双性イオンポリマーゲルを作製した。レドックス双性イオンポリマーゲルによる酵素バイオ燃料電池の作製と評価を行った。まず、酵素をゲルに固定化させ、ゲル/酵素複合体を電極表面に被覆してバイオ燃料電池の負極を作製した。次に、バイオ負極と白金正極と組み立てバイオ燃料電池を作製し、長期安定駆動に対して電気化学評価を行い、出力と寿命を評価した。以上より、作製した酵素固定化レドックス双性イオンポリマーゲルが埋め込み型バイオ燃料電池に応用可能であることが分かった。さらに、埋め込み型電子デバイスのエネルギー源としての応用に向けて、バイオ燃料電池による発電システムの開発と評価を行った。シランカップリング剤を用いて、ゲル/酵素複合体をカーボンクロス電極に化学的に修飾した。また、白金ワイヤーの代わりに、白金ナノ粒子修飾されたカーボンクロスを作製した。カーボンクロスによりバイオアノードの酵素固定化ゲルとカソードの白金ナノ粒子と接続することで、バイオ燃料電池を組み立てて評価した。最後に、実際に小型電子機器を駆動するために、発電システムの昇圧回路を設計・作製した。本研究で作製したバイオ燃料電池を、昇圧回路を介した上で発光ダイオードに接続し、駆動できたことを確認した。バイオ燃料電池による発電システムが埋め込み型電子デバイスの電源としての応用可能であることが分かった。

本研究では、生体内埋め込み型バイオ燃料電池の応用に向けて、酵素固定化レドックス双性イオンポリマーゲルの創製とバイオ電池による発電システムの開発を行った。生体親和性に優れる、2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（MPC）ユニットと活性エステル基を持つ双性イオンコポリマーをラジカル重合により創製した。また、電子伝達体としてアミノ基を有するフェロセンをコポリマーの側鎖に固定化することで、レドックス双性イオンポリマーゲルを作製した。レドックス双性イオンポリマーゲルによる酵素バイオ燃料電池の作製と評価を行った。まず、酵素をゲルに固定化させ、ゲル/酵素複合体を電極表面に被覆してバイオ燃料電池の負極を作製した。次に、バイオ負極と白金正極と組み立てバイオ燃料電池を作製し、長期安定駆動に対して電気化学評価を行い、出力と寿命を評価した。以上より、作製した酵素固定化レドックス双性イオンポリマーゲルが埋め込み型バイオ燃料電池に応用可能であることが分かった。さらに、埋め込み型電子デバイスのエネルギー源としての応用に向けて、バイオ燃料電池による発電システムの開発と評価を行った。シランカップリング剤を用いて、ゲル/酵素複合体をカーボンクロス電極に化学的に修飾した。また、白金ワイヤーの代わりに、白金ナノ粒子修飾されたカーボンクロスを作製した。カーボンクロスによりバイオアノードの酵素固定化ゲルとカソードの白金ナノ粒子と接続することで、バイオ燃料電池を組み立てて評価した。最後に、実際に小型電子機器を駆動するために、発電システムの昇圧回路を設計・作製した。本研究で作製したバイオ燃料電池を、昇圧回路を介した上で発光ダイオードに接続し、駆動できたことを確認した。バイオ燃料電池による発電システムが埋め込み型電子デバイスの電源としての応用可能であることが分かった。