| Project/Area Number |
17K19041
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Field |
Nano/Micro science and related fields
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
Miyake Takeo 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 准教授 (50551529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 善浩 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10223843)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 電気化学式バイオトランスデューサ / pH制御 / ミトコンドリア / ATP合成 / 電子・イオン制御 / プロトン輸送 / バイオプロトニクス / 導電性高分子 / ｐH制御 / 櫛型電極 / バイオトランスデューサ / 電気化学 |
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| Outline of Final Research Achievements |
In nature, protons (H+) play an important role in biological activities such as in mitochondrial ATP synthesis, which is driven by a H+ gradient across the inner membrane, or in the activation of acid sensing ion channels in neuron cells. Bioprotonic devices directly interface with the H+ concentration (pH) to facilitate engineered interactions with these biochemical processes. Here we develop a H+ biotransducer that changes the pH in a mitochondrial matrix by controlling the flow of H+ between a conductive polymer of sulfonated polyaniline and solution. We have successfully modulated the rate of ATP synthesis in mitochondria by altering the solution pH. Our H+ biotransducer provides a new way to monitor and modulate pH dependent biological functions at the interface between the electronic devices and biological materials.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ヒトなどの生体素材は、柔らかく、化学物質で機能するのに対し、ヒトが作るデバイスは、硬く、電子輸送で機能する。「この相反する素材を如何にして統合するか？」は、近年のウェアラブルデバイス開発市場と相俟って、世界中で関心が高い研究テーマである。申請者は、この課題にいち早く気付き、電気信号を溶液中の水素イオン濃度(pH)信号に変換する革新的デバイスの開発に加え、本デバイスを生体(ミトコンドリア)が既に持つイオン機構と連結されることで、ミトコンドリア内機能(ATP合成)を世界で始めて制御することに成功した。
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