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電子伝達可能な無細胞分子システムの合成およびエネルギー移動制御

Publicly Offered Research

Project AreaBottom-up creation of cell-free molecular systems: surpassing nature
Project/Area Number 22H05397
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

阿部 博弥  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60838217)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywords人工ベシクル / 電気化学 / 生物模倣 / 人工細胞
Outline of Research at the Start

本研究では、電子伝達可能な両親媒性分子を合成することで、電子伝達、つまりエネルギー移動が可能な無細胞分子システム(人工ベシクル)を構成し、電子伝達を介したベシクル内外のエネルギー移動の制御に挑戦する。さらに、ベシクル中に酸化還元物質を導入し、電極と組み合わせることで、電子伝達可能な無細胞分子システムから成る充放電可能な超大容量レドックスキャパシタの構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、膜内外の電子・エネルギー移動を可能とする、電子伝達人工ベシクルの設計を提案する。脂質二分子やタンパク質などを組み合わせた人工二分子膜はライフサイエンス分野を中心にセンサや薬剤、バイオリアクターなどへの研究開発が盛んに行われている。一方、自然界に目を向けると、ミトコンドリアの内膜や微生物などが有する二分子膜では、イオンや分子の取り込み以外に膜表面もしくは膜内外に電子を伝達する電子伝達タンパク質を有している。例えば微生物では膜中に電子伝達可能なタンパク質であるマルチヘムシトクロムを有しており、膜外から電子、つまりエネルギーを得るもしくは放出することができる。微生物ではこの電子移動を利用して同種・異種の微生物間のコミュニケーションにも利用している。そこで本研究では、電子伝達可能な両親媒性分子を合成することで、電子伝達つまりエネルギー移動が可能な無細胞分子システムを構成し、電子伝達を介したベシクル内外のエネルギー移動の制御に挑戦する。さらに、ベシクル中に酸化還元物質を導入し、電極と組み合わせることで、電子伝達可能な無細胞分子システムから成る充放電可能な超大容量レドックスキャパシタの構築を目指す。
最終年度である2年度では、初年度に合成したフタロシアニン誘導体を、電極触媒として用いることで高い出力を有するバイオ燃料電池(微生物燃料電池)が達成された。これは、フタロシアニンの官能基を制御することで実現したものである。また、配位子が導入された鉄フタロシアニンの電子伝達能を評価し、電極触媒として評価したところ高い触媒活性が確認された、電池としても高い性能を有することを実証した。最後に、グループ内共同研究を通して、得られたフタロシアニンを人工二分子膜への導入を試験し、フタロシアニン存在下で人工二分子膜の作製できることは確認できたが、膜中への導入には至らなかった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Mussel-inspired interfacial ultrathin films for cellular adhesion on the wrinkled surfaces of hydrophobic fluids2023

    • Author(s)
      Abe Hiroya、Ina Tomoya、Kaji Hirokazu、Nishizawa Matsuhiko
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 55 Issue: 11 Pages: 1231-1236

    • DOI

      10.1038/s41428-023-00799-0

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Progress on Separation and Hydrothermal Carbonization of Rice Husk Toward Environmental Applications2023

    • Author(s)
      Abe Hiroya、Nakayasu Yuta、Haga Kazutoshi、Watanabe Masaru
    • Journal Title

      Global Challenges

      Volume: 7 Issue: 8

    • DOI

      10.1002/gch2.202300112

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Iron azaphthalocyanine electrocatalysts for enhancing oxygen reduction reactions under neutral conditions and power density in microbial fuel cells2023

    • Author(s)
      Nyangau Edwin Osebe、Abe Hiroya、Nakayasu Yuta、Umetsu Masaki、Watanabe Masaru、Tada Chika
    • Journal Title

      Bioresource Technology Reports

      Volume: 23 Pages: 101565-101565

    • DOI

      10.1016/j.biteb.2023.101565

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 微小プローブ電極を用いた生体関連分子凝集体の電気化学的計測2023

    • Author(s)
      林元嘉、阿部博弥、伊野浩介、珠玖仁
    • Organizer
      第54回セミコンファレンス、第36回若手会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 木製微生物燃料電池による環境発電2023

    • Author(s)
      阿部博弥, Nyangau Edwin Osebe, 中安祐太, 渡邉賢, 梅津将喜, 多田千佳
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第48回研究会 (CHEMINAS 48)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 五配位構造を有する生物模倣鉄アザフタロシアニン触媒の合成と電池特性評価2023

    • Author(s)
      阿部 博弥、中安 裕太、西澤 松彦
    • Organizer
      電気化学会第90 回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 五配位構造を有する生物模倣鉄アザフタロシアニン触媒2022

    • Author(s)
      阿部博弥
    • Organizer
      第32回日本MRS年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Three-in-One Woody Zinc-Air Battery Engraved by Laser2022

    • Author(s)
      Hiroya Abe
    • Organizer
      2022 MRS Fall meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-06-20   Modified: 2024-12-25  

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