Development of electrode interface for NAD + / NADH redox reaction with high efficiency equivalent to in vivo

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ニコチンアミド アデニン ジヌクレオチド（酸化体: NAD+；還元体: NADH）は、生体内で極めて重要なレドックス補酵素の一つである。医療診断用試薬の酵素反応として不可欠な生体分子のため、均一溶液中のNAD+/NADHレドックス反応はこれまで十分に解明が進んできた。一方で電極の固/液界面におけるNAD+/NADHのレドックス反応は、これまでの多大な努力にも関わらず、未だ「反応過電圧」と「二量体形成」の電極界面の非効率な反応要素の本質的解明すら全く進展していない。本研究では、固/液界面でのNAD+/NADHレドックス反応において、これまで全く着目されてこなかった「立体特性を伴った水素移動反応」の視点から電極界面反応を解析し、固/液界面レドックス反応の「反応過電圧」の要因の本質的な解明に迫る。またその知見により、準化逆なNAD+/NADHのレドックス反応を得ることができる新規電極の創成を目的としている。NADHの酸化反応は、2電子１プロトン反応である。反応完結には、1電子酸化後のラジカル中間体から2電子目の酸化反応までの活性化エネルギーが十分に小さい必要がある。この活性化エネルギーと水素付加反応との関係が、NAD+/NADH電極反応の重要なカギを握っているのではないかとの仮説に基づいて、ニコチンアミドと電極上ナノ構造部位との間での「円滑な水素移動反応」を達成できるナノレベル３Ｄ構造界面の設計によって、準化逆なNAD+/NADHのレドックス反応を得ることができる新規電極の創成を目指す。一方で、中間ラジカル体同士の二量体形成反応の抑制はそれとは別問題である。極めて反応が速いラジカル中間体同士の二量体形成反応を、適度な界面移動度をもった自発的凝集分散系自己組織化分子を用いることでラジカル中間体同士の接近を抑制して二量体化も抑制する。