グラフト重合を用いたバイオ燃料電池材料システムの開発

昨年度の研究で開発した酵素電極での反応拡散過程を考慮したモデル計算から、レドックスポリマーをグラフト重合した本電極システムで、さらに電流密度を増加させるためには、有効に働く酵素量の増加が必要であることが示唆された。本年度の研究では酵素から電極へ電荷を伝導する材料として、デオキシリボ核酸(DNA)に着目した。DNAは、らせん軸方向に高い電荷伝導性を示すことが報告されている。本研究では、酵素との親和性が高く、電荷伝導性をもつDNAをバイオ燃料電池の酵素-電極間の伝導材料として用いるための基礎検討として、酸化還元分子を固定化したDNA電極の電気化学特性の評価を行った。なお、酸化還元分子を固定化したDNA電極は、DNA二重鎖内にミスマッチや脱塩基部位が存在すると、酸化還元分子に由来する電流が減少することから、DNAセンサーとしての利用が可能である。そのため、本研究では電気化学センサーとしての利用を指向して、DNA電極の電気化学特性を評価した。またDNA電気化学センサーの検出対象は19-25塩基程度のmicroRNAとした。従来のリニアなプローブを用いた場合にはターゲットの長さの違いを検出することが不可能であったため、本研究ではヘアピン構造を持つDNAをプローブとして用いた。ヘアピンプローブと、認識部に相補的なターゲットを相補結合させ、金基板上へ自己集積させたDNAフィルムの電気化学測定の結果、固定化した酸化還元物質に由来する電流を得た。また、ミスマッチを含むターゲットと相補結合させた場合、完全相補的なターゲットを用いた場合と比較して電流値が減少した。しかし、ミスマッチによる電流の減少は、リニアなプローブを用いた場合と比較して小さく、ヘアピンプローブあるいはDNAフィルムの構造に問題かある可能性が示唆された。

昨年度の研究で開発した酵素電極での反応拡散過程を考慮したモデル計算から、レドックスポリマーをグラフト重合した本電極システムで、さらに電流密度を増加させるためには、有効に働く酵素量の増加が必要であることが示唆された。本年度の研究では酵素から電極へ電荷を伝導する材料として、デオキシリボ核酸(DNA)に着目した。DNAは、らせん軸方向に高い電荷伝導性を示すことが報告されている。本研究では、酵素との親和性が高く、電荷伝導性をもつDNAをバイオ燃料電池の酵素-電極間の伝導材料として用いるための基礎検討として、酸化還元分子を固定化したDNA電極の電気化学特性の評価を行った。なお、酸化還元分子を固定化したDNA電極は、DNA二重鎖内にミスマッチや脱塩基部位が存在すると、酸化還元分子に由来する電流が減少することから、DNAセンサーとしての利用が可能である。そのため、本研究では電気化学センサーとしての利用を指向して、DNA電極の電気化学特性を評価した。またDNA電気化学センサーの検出対象は19-25塩基程度のmicroRNAとした。従来のリニアなプローブを用いた場合にはターゲットの長さの違いを検出することが不可能であったため、本研究ではヘアピン構造を持つDNAをプローブとして用いた。ヘアピンプローブと、認識部に相補的なターゲットを相補結合させ、金基板上へ自己集積させたDNAフィルムの電気化学測定の結果、固定化した酸化還元物質に由来する電流を得た。また、ミスマッチを含むターゲットと相補結合させた場合、完全相補的なターゲットを用いた場合と比較して電流値が減少した。しかし、ミスマッチによる電流の減少は、リニアなプローブを用いた場合と比較して小さく、ヘアピンプローブあるいはDNAフィルムの構造に問題かある可能性が示唆された。