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

利用接枝聚合开发生物燃料电池材料系统

• 批准号: 07J01299
• 负责人: 田巻 孝敬
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology (2008)The University of Tokyo (2007)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J01299/
• 关键词: バイオ燃料電池; レドックスポリマー; 酵素反応; グラフト重合; カーボン; 表面改質; バイオセンサー; 反応核酸方程式; 反応拡散方程式

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。

Yesterday annual の research で open 発 し た enzyme electrode で の anti 応 company, the process を consider し た モ デ ル computing か ら, レ ド ッ ク ス ポ リ マ ー を グ ラ フ ト overlap し た this electrode シ ス テ ム で, さ ら に current density を raised plus さ せ る た め に は, unseen に 働 く enzyme in の raised add が necessary で あ る こ と が in stopping さ れ た. This annual の study で は enzyme か ら electrode へ charge を 伝 guide す る material と し て, デ オ キ シ リ ボ nucleic acid (DNA) with mesh し に た. DNA に and らせん axis directions に high <s:1> charge 伝 conductivity を indicates す とが とが report されて る る る. This study で は, enzyme と の affinity が 伝 く, charge high conductivity を も つ DNA を バ イ オ の fuel cell - の enzyme electrodes 伝 guide material と し て in い る た め の beg と based 検 し を て, acidification and yuan molecules immobilized し た DNA の electric 気 chemistry の review 価 を line っ た. な を お, acidification and yuan molecules immobilized し た electrode は DNA, DNA double lock inside に ミ ス マ ッ チ や salt off base exist a が す る と, acidification and yuan molecular に origin す る current が reduce す る こ と か ら, DNA セ ン サ ー と し て の may use が で あ る. そ の た め, this study で は electric chemical セ 気 ン サ ー と し て の point using を し て, DNA の electric 気 chemistry を review 価 し た. Youdaoplaceholder0 DNA electrical chemistry セ セ サ サ <s:1> <s:1> 検 検 検 to determine the degree of <s:1> 19-25 basicity <s:1> microRNAと た た. 従 to の リ ニ ア な プ ロ ー ブ を with い た occasions に は タ ー ゲ ッ ト の long さ の violations い を 検 out す る こ と が impossible で あ っ た た め, this study で は ヘ ア ピ ン tectonic を hold つ DNA を プ ロ ー ブ と し て in い た. ヘ ア ピ ン プ ロ ー ブ と, know に phase of な タ ー ゲ ッ ト phase を fill with さ せ, Jin Jiban へ himself set product さ せ た DNA フ ィ ル ム の electric 気 chemical determination の results, immobilized し た acidification and に yuan substance origin す る current を た. ま た, ミ ス マ ッ チ を containing む タ ー ゲ ッ ト phase と fill with さ せ た occasions, completely fill な タ ー ゲ ッ ト を with い た occasions と compare し て current numerical が reduce し た. し か し, ミ ス マ ッ チ に よ る current の reduce は, リ ニ ア な プ ロ ー ブ を with い た occasions と compare し て small さ く, ヘ ア ピ ン プ ロ ー ブ あ る い は DNA フ ィ ル ム の constructing に か あ が る possibility in stopping さ れ た.

项目成果

バイオ燃料電池における酵素集積電極のナノ構造制御

生物燃料电池中酶集成电极的纳米结构控制

• 发表时间: 2009
• 作者: 平出篤志;田巻孝敬;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央
• 通讯作者: 山口猛央

バイオ燃料電池の性能向上のための酵素集積電極の解析及びナノ構造制御

酶集成电极的分析和纳米结构控制以提高生物燃料电池性能

• 发表时间: 2009
• 作者: 平出篤志;田巻孝敬;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央
• 通讯作者: 山口猛央

Modeling of Reaction and Diffusion Processes in High-Surface-Area Biofuel Cell Electrode

高表面积生物燃料电池电极的反应和扩散过程建模

• 发表时间: 2009
• 期刊: Fuel Cells
• 影响因子: 2.8
• 作者: Takanori Tamaki;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi
• 通讯作者: Takeo Yamaguchi

バイオ燃料の圧加へ向けたヒドロキノンのラフトポリマーへの固定化手法の検討

用于加压生物燃料的筏式聚合物上对苯二酚的固定化方法研究

• 发表时间: 2007
• 作者: 平出篤志;田巻孝敬;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央;田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央;田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央;田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央;田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央
• 通讯作者: 田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央

バイオ燃料電池酵素電極の反応拡散過程のモデル化と律速段階の解明

生物燃料电池酶电极反应扩散过程的建模和限速步骤的阐明

• 发表时间: 2008
• 作者: 平出篤志;田巻孝敬;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央;田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央;田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央
• 通讯作者: 田巻 孝敬,伊藤 大知,山口 猛央