ウェアラブル型グルコースセンサにむけた低pH駆動型水酸化ニッケル電極触媒の開発
| 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 |
丹羽 修 埼玉工業大学, 付置研究所, 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 | 電気化学センサ / グルコース酸化 / ニッケルナノ粒子 / 電気化学触媒活性 / 糖酸化 / 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 Annual Research Achievements |
本研究では、酵素を用いないウェアラブル型グルコースセンサにむけた低pH駆動型水酸化ニッケル(Ni）電極触媒の開発を目的とする。報告者らは、窒素化したカーボン電極上にNiナノ粒子を形成すると、電気化学的な触媒活性が飛躍的に向上することを発見した。昨年度は、窒素化カーボン作製時に圧力を変化させ、低圧でより窒素原子を表面に導入でき、その結果グルコース酸化活性が向上することを見出した。2023年度は、大きな電流値が得られる多孔質カーボンの窒素化とNiナノ粒子修飾、及びその糖酸化特性について検討した。電極として市販のカーボンフェルト電極を使用した。この電極材料は多孔質でスポンジ状であるが、表面は疎水的で水が含侵しにくい。プラズマ処理の際の圧力を５、１０、２０Paと変化させると導入される窒素の割合は、3.5%、1.5%、0.9％と変化したことから低圧で窒素導入量が向上することが分った。Ni電析後、ナノ粒子表面の水酸化物の酸化還元特性をサイクリックボルタンメトリで評価したところ、窒素化処理したカーボンフェルト上に作製したナノ粒子と未処理のカーボンフェルト上に作製したナノ粒子の応答は、掃引速度100 mV/sでは後者の酸化ピークと還元ピークの差が大幅に増加し、窒素化したカーボンフェルトに作製したNiナノ粒子の方が応答が速いことが分った。次に100 mMのグルコースの酸化特性を0.1M水酸化ナトリウム水溶液中で評価したところ、未処理フェルト上状のナノ粒子では、4 mAであったのに対して、窒素化フェルト上のナノ粒子では、14 mAと糖に対する極めて大きな電極触媒活性の向上が認められた。更に圧力依存性の結果においても20Pa、10Ｐａ、5Paの順に電流値が増加した。また、多孔質電極で表面積が薄膜に対して遥かに大きいため、窒素化した薄膜電極上に導入したNiナノ粒子に比べて電流値は大幅に向上した。
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Report
(4 results)
Research Products
(29 results)
