多孔質構造の制御を基盤とする拡散律速型バイオセンシング

基于多孔结构控制的扩散限制生物传感

• 批准号: 21H01961
• 负责人: 北隅 優希
• 金额: $ 10.4万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01961/
• 关键词: 微小電極; 多孔質電極; 酸化還元酵素; 電気化学センサー; 酵素機能電極; ギ酸脱水素酵素; ビリルビンオキシダーゼ; 配向制御; 参照電極; 分子内電子伝達; 酵素電極反応; 酸素溶解速度; 多孔質金; バイオセンサ; 酵素内電子移動

タングステン含有ギ酸脱水素酵素(FoDH)はギ酸と二酸化炭素の酸化還元およびNAD+とNADHの酸化還元を両方向かつ可逆に触媒する酵素である。FoDHは直接電子移動型の酵素電極反応を実現できることからバイオセンサー用の酵素機能電極として大きな魅力を持つ。さらにNAD+依存型酵素と組み合わせることで複合型の酵素機能電極を構築できる可能性がある。しかしながら立体構造がわからず、酵素内電子伝達経路も不明なままであった。そこで、クライオ顕微鏡技術を駆使することでFoDHの立体構造を解明した。また、酵素内部の電子伝達経路を明らかにし、電極反応部位であろう鉄硫黄クラスターを同定した。そして、FoDHの表面特性を明らかにすることで酵素機能電極の特性をさらに向上させるための知見を得た。また、酵素表面の糖鎖が酵素の電極表面における配向に及ぼす影響を明らかにした。具体的には電気化学バイオセンサーにおける酵素機能電極の構成要素として優れた特性を示すビリルビンオキシダーゼ(BOD)表面の糖鎖を除去した変異型BODおよび糖鎖ミミックを結合させた変異型BODについて酵素電極反応を詳細に検討した。酵素活性に及ぼす様々な要因として重金属イオンとの相互作用が挙げられる。酵素電極反応による酸素還元に高い活性を示す銅輸送酵素が銅イオンの共存によって向上する原因を究明した。また、同様に銀イオンによるBODの活性低下についての定量的な評価を行った。銀イオンは、電気化学バイオセンサーにおける参照電極からの溶出物であるため、その影響による酵素機能電極の特性透過は深刻である。そこで共存させるイオン組成を適切に制御するという簡便な防御方法を提案し有効性を証明した。

タ ン グ ス テ ン contains ギ acid dehydration vegetable enzyme (FoDH) は と two ギ acid acidification carbon の acidification and yuan お よ び NAD + と NADH の acidification yuan を also struck direction か つ reversible に catalyst す る enzyme で あ る. FoDH は type electronic mobile の enzyme electrode directly against 応 を be presently で き る こ と か ら バ イ オ セ ン サ ー with の function of enzyme electrode と し て big き な charm を つ. さ ら に NAD + dependent type enzyme と group み close わ せ る こ と で compound の function of enzyme electrode を build で き る possibility が あ る. The three-dimensional structure of <s:1> ながら らず らず らず and the electron pathway within the enzyme 伝 are unknown なままであった. そ こ で, ク ラ イ オ 顕 micro mirror technology を 駆 make す る こ と で FoDH の three-dimensional structure を interpret し た. ま た, enzyme internal の electronic 伝 を Ming da 経 road ら か に し and electrode reverse 応 で あ ろ う iron objects sulfur ク ラ ス タ ー を with fixed し た. そ し て, FoDH の surface features を Ming ら か に す る こ と で function of enzyme electrode の features を さ ら に upward さ せ る た め の knowledge を た. ま た, enzyme surface の sugar lock の が enzyme electrode surface に お け る match to に and ぼ す influence を Ming ら か に し た. Specific に は electric chemical バ 気 イ オ セ ン サ ー に お け る function of enzyme electrode の components と し て optimal れ た features を shown す ビ リ ル ビ ン オ キ シ ダ ー ゼ (BOD) surface の sugar を remove lock し た - alien BOD お よ び sugar lock ミ ミ ッ ク を combining さ せ た - alien BOD に つ い て enzyme electrode reverse 応 を detailed に beg し 検 た. Enzyme activity に and ぼす are also 々な due to the interaction of と て, て, heavy metal heavy ions,, と and が挙げられる. Enzyme electrode reverse 応 に よ る acid element also yuan に high い activity を す in conveying enzyme が copper イ オ ン の coexistence に よ っ て upward す る reason を investigate Ming し た. Youdaoplaceholder0, the same に silver <s:1> <s:1> による による によるBOD <s:1> low activity に また て て て な quantitative な evaluation 価を row った. Silver イ オ ン は, electric chemical バ 気 イ オ セ ン サ ー に お け る reference electrode か ら の dissolution content で あ る た め, そ の influence に よ る function of enzyme electrode の features through profound で は あ る. そ こ で coexistence さ せ る イ オ ン composition を appropriate に suppression す る と い う simple な defense を proposal し have sharper sex を prove し た.

项目成果

Kinetic Analysis of Oxygen Dissolution by Bubble-attaching Electrodes

气泡附着电极氧气溶解的动力学分析

• DOI: 10.2116/bunsekikagaku.70.551
• 发表时间: 2021
• 期刊: BUNSEKI KAGAKU
• 影响因子: 0.2
• 作者: ZUSHI Kento;KITAZUMI Yuki;SOWA Keisei;KANO Kenji;SHIRAI Osamu
• 通讯作者: SHIRAI Osamu

CO2資源化酵素の電子移動メカニズムを解明

阐明CO2资源回收酶的电子转移机制

直接電子移動型酵素電極反応のpH応答に関する速度論的検討

直接电子转移酶电极反应pH响应的动力学研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 二階堂貴文;北隅優希;宋和慶盛;白井理
• 通讯作者: 白井理

直接電子移動型酵素電極反応に基づく多孔質電極内部の物質輸送の評価

基于直接电子转移酶促电极反应的多孔电极内部传质评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 北隅優希;宋和慶盛;白井理
• 通讯作者: 白井理

Multiple electron transfer pathways of tungsten-containing formate dehydrogenase in direct electron transfer-type bioelectrocatalysis

直接电子传递型生物电催化中含钨甲酸脱氢酶的多电子传递途径

• DOI: 10.1039/d2cc01541b
• 发表时间: 2022
• 期刊: CHEMICAL COMMUNICATIONS
• 影响因子: 4.9
• 作者: Yoshikawa;T; Makino;F; Miyata;T; Suzuki;Y; Tanaka;H; Namba;K; Kano;K; Sowa;K; Kitazumi;Y; Shirai;O
• 通讯作者: O