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Immobilization of mediators with high surface coverage for high-current-density biofuel cell

Research Project

Project/Area Number 18K04822
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Tamaki Takanori  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80567438)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywordsバイオ燃料電池 / メディエータ / 酵素 / 材料システム設計 / アントラセン二量体 / フェロセン / 表面修飾 / カーボンブラック / レドックスポリマー / 酵素固定法 / グラフト重合
Outline of Final Research Achievements

Enzymatic biofuel cells can use a variety of non-toxic fuels like glucose and ethanol, and have attracted attention as energy sources used near the body. If the high intrinsic activity of enzymes is effectively utilized, high-current-density biofuel cells become possible. One problem is the limited surface coverage of mediators on the surface. In this project, we aim to achieve highly stable and concentrated immobilization of mediators on carbon by making a complex of a mediator with an anthracene dimer that has been reported to be strongly and specifically adsorbed on carbon surfaces. Results showed that the complex enabled the high surface coverage of mediators and stable immobilization of mediators during redox cycles. Also, choice of linker was shown to be important to obtain enzymatic catalytic current. In addition, we unitize the anthracene dimer for immobilization of active enzymes on carbon black by making a complex with a hydrophilic unit and an enzyme-immobilization unit.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酵素を使いグルコースなどの生体に安全・安心な燃料から発電するバイオ燃料電池は、医療用補助具や携帯機器のポータブル電源として開発が期待されています。バイオ燃料電池では、酵素が本来有している高い反応速度を十分に活用できていないことが分かっています。本研究では、酵素の反応速度を有効に活かすために、酵素から電極へ電子を受け渡すメディエータと呼ばれる分子を、電極表面に高密度かつ安定に固定する方法を開発しました。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Retention of activity and secondary structure of hyperthermophilic laccase adsorbed on carbon black2021

    • Author(s)
      Takanori Tamaki, Tomoharu Sugiyama, Yuhei Oshiba, Takeo Yamaguchi
    • Journal Title

      Journal of Physics: Energy

      Volume: 3 Issue: 3 Pages: 034002-034002

    • DOI

      10.1088/2515-7655/abe2f6

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 固体高分子形燃料電池・水電解および酵素型バイオ燃料電池の電極触媒開発2020

    • Author(s)
      田巻孝敬
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] アントラセン二量体-レドックスポリマー複合体を用いた高電流密度バイオ燃料電池の開発2020

    • Author(s)
      山崎諒太, 田巻孝敬, 泉田晃弥, 山川進二, 吉沢道人, 山口猛央
    • Organizer
      化学工学会第51回秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] アントラセン二量体を用いた酵素固定化手法の開発2020

    • Author(s)
      田巻孝敬
    • Organizer
      第29回日本MRS年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] アントラセン二量体を用いた活性な酵素固定化手法の開発2020

    • Author(s)
      泉田 晃弥, 田巻 孝敬, 宮西 将史, 吉沢 道人, 山口 猛央
    • Organizer
      化学工学会第85年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] アントラセン二量体を用いた活性な酵素固定化手法の開発2019

    • Author(s)
      泉田晃弥, 田巻孝敬, 宮西将史, 吉沢道人, 山口猛央
    • Organizer
      第29回日本MRS年次大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] バイオ燃料電池の高電流密度化へ向けた高密度で安定なメディエータ固定化手法の開発2019

    • Author(s)
      田巻孝敬
    • Organizer
      第29回日本MRS年次大会
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      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] バイオ燃料電池の高電流密度化に向けたアントラセン二量体-メディエーター複合体の開発2018

    • Author(s)
      石井理子, 田巻孝敬, 黒田清徳, 宮西将史, 吉沢道人, 山口猛央
    • Organizer
      化学工学会第50回秋季大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] バイオ燃料電池酵素電極の材料システム設計2018

    • Author(s)
      田巻孝敬
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会
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      2018 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] バイオ燃料電池の高電流密度化に向けたアントラセン二量体-メディエーター複合体の開発2018

    • Author(s)
      石井理子, 田巻孝敬, 黒田清徳, 宮西将史, 吉沢道人, 山口猛央
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] バイオ燃料電池の高電流密度化に向けたアントラセン二量体-メディエーター複合体の開発2018

    • Author(s)
      石井理子, 田巻孝敬, 黒田清徳, 宮西将史, 吉沢道人, 山口猛央
    • Organizer
      化学工学会第84年会
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      2018 Research-status Report
  • [Book] 酵素トランスデューサーと酵素技術展開 (分担執筆:第19章 グルコースを用いた酵素型バイオ燃料電池)2020

    • Author(s)
      三林浩二 (分担執筆:田巻孝敬)
    • Total Pages
      300
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781314884
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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