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

基本信息

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

项目摘要

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。

在去年进行的一项研究中开发的酶电极上反应扩散过程的模型计算表明，为了进一步增加氧化还原聚合物的当前密度，有效工作的酶量增加是必要的。今年的研究集中在脱氧核糖核酸（DNA）上，是一种从酶到电极的电荷的材料。据报道，DNA在螺旋轴上表现出高电荷的电导率。在这项研究中，我们评估了用固定的氧化氧化剂分子作为DNA电极的电化学特性，作为使用具有酶高亲和力的DNA，并充电的电导率作为生物燃料细胞中酶和电极之间的导电材料。此外，当存在于DNA双链内的不匹配或无碱性位点时，降低了源自氧化分子的电流，因此可以用作DNA传感器。因此，在这项研究中，评估了DNA电极的电化学性能，旨在用作电化学传感器。 DNA电化学传感器检测的靶标是厚度约为19-25的microRNA。由于使用常规线性探针时无法检测到目标长度的差异，因此在这项研究中，将带有发夹结构的DNA用作探针。通过互补的发夹探针和识别部分互补的靶标互补，获得了在金底物上自组装的DNA薄膜的电化学测量。获得了从固定氧化物质衍生的电流。此外，当包含不匹配的目标是互补的时，与使用目标完全互补的目标相比，电流值降低。但是，由于不匹配而导致的电流的减少小于线性探针的降低，这表明发夹探针或DNA膜的结构可能存在问题。