2021 Fiscal Year Annual Research 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 – 2022-03-31
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| Keywords | バイオセンサ / 自己駆動式センサ / 酵素バイオ電池 / グルコース / 乳酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自身の健康状態を自分で管理するデジタルヘルスケアの観点から、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、酵素型バイオ燃料電池の原理に基づき、汗の中の乳酸やグルコース濃度に依存して発電量が変化する自己駆動式（自己発電型）バイオセンサの開発を目的とした。
バイオアノード（燃料極）には、グルコースや乳酸の酸化反応を触媒するグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）、乳酸オキシダーゼ（ＬＯＤ）固定化カーボンフェルト（ＣＦ）を用いた。バイオカソードには分子状酸素を水に還元する反応を触媒するビリルビンオキシダーゼ（ＢＯＤ）、および過酸化水素を水に還元する反応を触媒する西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）固定化ＣＦを用いた。
酵素をＣＦに固定化する際、ＣＦ表面での酵素分子の変性を抑え、高い活性を保持した状態で酵素を固定化する有効な方法を見出すことができた。また、直接電子移動（ＤＥＴ）型触媒反応に有利な配向を誘導する固定化法を見出すことができた。
ＬＯＤとＨＲＰを同時に固定化したＣＦをバイオカソードとして利用できることが明らかとなり、ＬＯＤ固定化ＣＦアノードと、ＬＯＤ/ＨＲＰ固定化ＣＦカソードを組み合わせた乳酸電池を構築した。この酵素型バイオ燃料電池の原理を応用し、乳酸濃度0.01ｍＭ～1ｍＭの範囲で濃度に依存して発電量が変化する自己駆動式の乳酸センサを開発した。
今後は、身体装着用のフレキシブルな電極を利用して、モバイル型ポテンショスタットおよびスマートフォン解析アプリと組み合わせることで、より実用的なデジタルヘルスケアデバイスの開発も可能であると考えられる。
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