2020 Fiscal Year Annual Research Report
Hyperactivation of redox enzymes in confined nano-environments
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18H01719
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
辻村 清也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30362429)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 華幸 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (60529527)
白木 賢太郎 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90334797)
藤田 恭子 東京薬科大学, 薬学部, 講師 (90447508)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 酸化還元酵素 / 多孔質炭素材料 / 安定化 / 電解質 / 活性化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで開発をしてきたナノ構造が制御された酸化マグネシウムを鋳型とする細孔構造が制御された多孔質炭素を利用し，細孔内の酵素活性および安定性の向上を検討した．炭素内部に形成された酵素とレドックスメディエータからなるハイドロゲル電極において，ゲルの組成，架橋剤や電解質溶液中の電解質（カオトロープ，コスモトロープ）など酵素周辺環境が電極応答に及ぼす影響を検討した．これまでに明らかにしたレドックスポリマーと酵素との比較的弱い相互作用（吸着，疎水性相互作用，静電的な相互作用）を考慮し，目的とする酵素の活性維持に最適化なレドックスポリマーのデザインを検討した．例えば，ポリビニルイミダゾールのイミダゾールの窒素を4級化する方法を検討した．また，イオノマーの対イオンを置換することで酵素との相互作用を制御し，酵素へのダメージの抑制，さらには安定性の向上を実現した．また，細孔内に酵素を安定に担持する方法として，比較的穏やかな環境で成膜できるコーティング方法およびコーティングによる酵素への影響を明らかにした．また，レドックスポリマーを電解重合あるいは化学的重合で炭素表面に直接付加することで酵素周辺環境を制御し，酵素安定を向上した．この時，ナノ3次元構造を制御すること，ナノレベルでの凝集を抑制し分散性を制御することが酵素性能を発揮させるうえで重要であることが明らかになった．こうした酵素のナノ環境の制御技術を活用することで，フレキシブル型あるいはペーパー型の過酷な環境で作動するバイオ燃料電池の耐久性および出力の向上を達成した．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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