2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Enzyme-based Electrodes Using Three-Dimensional CNTs/G Hybrid Films
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26790011
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小森 喜久夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60431813)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ炭素材料 / カーボンナノチューブ / グラフェン / ハイブリッドフィルム / バイオセンシング / 酵素電極 / 直接電子移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、グラフェン表面からカーボンナノチューブ（CNTs）を成長させた一体型3次元ハイブリッド膜を合成し、基板表面での単位面積当たりの酵素固定化量を増大させることにより、高感度かつ広いダイナミックレンジを持つ電気化学酵素センサの開発を目指す。前年度までに、酵素西洋ワサビペルオキシダーゼ（HRP）やペルオキシダーゼモデルのヘムペプチド（HP）を用いて検討してきた。本年度では、ペルオキシダーゼの活性中心であるヘミンを用いた。ヘミンはポリペプチドを持たないため、HRPと比べて、触媒活性は著しく小さくなるものの、分子量は約２桁小さくなる。そのため、ヘミンを３次元ハイブリッド膜に高密度で固定化できれば、３次元ハイブリッド膜全体での基質に対する触媒活性を高めることができると予想した。架橋剤を用いてハイブリッド膜表面にヘミンを固定化したところ、２次元のグラフェン膜と比べて、固定化量は4～6倍大きくなった。また、検出物質のH2O2に対する電流応答も約4～6倍向上した。HRPを固定化したハイブリッド膜と比べて、ヘミンの固定化量を約１桁増大させることが可能であり、H2O2に対する電流応答も約50倍向上した。分子量が３倍大きいHPと比較した場合においても、ヘミンの固定化量を約3倍増大させることが可能であり、H2O2に対する電流応答もおおよそ3～4倍向上させることが可能であった。したがって、ハイブリッド膜にヘミンを固定化することで、ハイブリッド膜全体での基質に対する触媒活性は、１分子あたりの触媒活性が高いとされるHRPやHPを固定化するよりも、高くなることが明らかになった。
以上より、３次元ハイブリッド膜を、高感度電気化学バイオセンシングに利用できるものと期待される。
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