| Project/Area Number |
20K21133
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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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| Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
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| Research Institution | Saitama Institute of Technology |
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Principal Investigator |
Niwa Osamu 埼玉工業大学, 先端科学研究所, 教授 (70392644)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芝 駿介 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 助教 (70823251)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | グルコースセンサ / カーボン薄膜 / 窒素化 / ニッケルナノ粒子 / 糖酸化 / 電気化学センサ / グルコース酸化 / 電気化学触媒活性 / 電気化学触媒 / 窒素化カーボン薄膜 / 糖酸化活性 / 印刷カーボン電極 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、ウエアラブルなグルコースセンサの研究開発が盛んである。しかし、現状の酵素修
飾電極型のセンサは、酵素の安定性の問題から長期使用が困難である。一方、金属ナノ粒
子修飾電極は、強アルカリ性溶液中でのみ糖酸化するため、皮膚に接触する条件では使
用できない。そこで本研究では、カーボン電極を窒素化した後Niナノ粒子を電析し、①カーボンマトリックスとナノ粒子の電気的な相互作用を変化、或いは②Ni粒子を水酸化して触媒活性点を増加させる。その結果、中性領域においてグルコースを酸化可能な水酸化ニッケルナノ粒子触媒修飾電極を実現し、酵素を用いないウエアラブルグルコースセンサに向けた技術開発を確立する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We found that Ni nanoparticles formed on the nitrogen doped (N-doped) carbon film shows higher electrocatalytic activity compared with nanoparticles on the pure carbon film, and applied for developing wearable glucose sensor. Ni nanoparticles formed on N-doped carbon film show higher crystallinity than those on pure carbon film. Furthermore, the former electrode shows higher electrocatalytic current than latter electrode even at one order of magnitude lower pH. In order to develop calibration free sensor, we employed nitrogen plasma treated carbon felt with high surface area and electrodeposited Ni nanoparticles and confirmed improved electrocatalytic activity for sugars like Ni nanoparticles modified N-doped carbon film.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では、カーボン電極表面をプラズマ処理により窒素化した後、糖酸化特性を有するNiナノ粒子を修飾すると窒素化する前に比べて高い糖酸化特性を実現し、より低いｐHでも特性の向上が見られた。これらの結果は、電極触媒活性向上の手段として異議深いと共にウエアラブル糖センサの様な連続測定が必要なバイオセンサの電極として社会的意義がある。更に大面積の電極でも効果を確認したことは、センサへの応用だけでなく、糖やアルコールを燃料とする燃料電池の電極への応用の可能性もある。
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