2019 Fiscal Year Research-status Report
Wearable self-powered biosensors using stabilized enzyme-immobilized carbon-felt.
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18K06605
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| Research Institution | Saitama Institute of Technology |
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Principal Investigator |
長谷部 靖 埼玉工業大学, 工学部, 教授 (20212144)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオセンサ / 自己駆動式センサ / グルコース / 乳酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高齢化社会が進み生活習慣病の発症リスクも高まっている今日、自分の健康を自身で管理するセルフケアの観点から、身体装着型（ウェアラブル）生体情報計測デバイスの開発が期待されている。本研究では、汗に含まれる代謝物（乳酸、グルコース）を、非侵襲的かつ連続的に日常生活の中で測定できるウェアラブルバイオセンサを開発することを最終目的としている。本研究のバイセンサの測定原理は、酵素型バイオ燃料電池を応用した自己駆動式のセンサである。初年度、バイオアノード用の2種の酵素(グルコースオキシダーゼ：GOD、乳酸オキシダーゼ：LOD)、およびバイオカソード用の1種の酵素（ビリルビンオキシダーゼ：BOD）で、酵素を安定化させる有効なリガンドを見出すことができた。
本年度は、これら３種の酵素を炭素繊維に固定化して、その触媒活性を電気化学的手法により測定・評価し、長期間安定に作動させるための各種条件を最適化することを目的として研究をすすめた。
１）GOD固定化CFについては、良好な酸化触媒電流応答を得るための電子メディエーターとして、ハイドロキノンやo-ジフェノール系化合物、フェロセン誘導体が有効であることを明らかにした。
２）LOD固定化CFについては、ハイドロキノンやo-ジフェノール系に加え、ナフトキノン系の電子メディエーターも良好な触媒電流を示すことを明らかにした。さらに、電子メディエーターとLODを同時に固定化した電極でも、乳酸濃度（0.1-5mM）に依存した触媒電流を得ることができた。
３）BOD固定化CFについては、電子メディエーターを利用しない直接電子移動型（DET）反応に基づいて、分子状酸素の水への還元反応に基づく良好な触媒電流を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（①予定通りの内容、②うまく進んでいない内容、③予想外の内容）
① GOD、LOD、BODの３種の酵素については、良好な触媒電流を得るための固定化条件および測定条件を最適化することができた。
② 乳酸デヒドロゲナーゼおよびラッカーゼ固定化CFについては、乳酸の酸化触媒電流、およびDET型の酸素還元触媒電流を示す有効な酵素固定化法を見いだせていない。
③ 当初予定していなかった耐熱性微生物由来のグルコースデヒドロゲナーゼ（GDH）を用いてグルコースを酸化基質（燃料）とする良好な酸化触媒電流を得る諸条件を見出すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（①予定通りの方策、②計画の変更、③課題と対応策）
① GODおよびLOD固定化CFを、グルコースおよび乳酸を燃料とするバイオアノードして、また、BOD固定化CFを分子状酸素を燃料とするバイオカソードとして組合せ、酵素型バイオ電池としての性能（出力、最大電流密度、安定性）を評価し、自己駆動型センサ開発に展開する。
② GDH固定化CFをグルコースを燃料とするバイオアノードに適用し、BOD固定化CFと組み合わせた酵素型バイオ電池および自己駆動型センサを開発する。
③ 乳酸デヒドロゲナーゼ（LDH）およびラッカーゼ固定化CFによるバイオアノードおよびバイオカソードが構築できていない。酵素固定化法の変更や電極表面の改質により、引き続き実現を模索する。
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| Causes of Carryover |
ほぼ予定通りであったが、約25000円の残金が生じた。次年度、主に物品費に合算して使用する予定である。
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