| 研究課題/領域番号 |
21H01961
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分34020:分析化学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
北隅 優希 京都大学, 農学研究科, 助教 (00579302)
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| 研究分担者 |
白井 理 京都大学, 農学研究科, 教授 (40355011)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | 酵素電極反応 / 酸化還元酵素 / 分子配向 / デジタルシミュレーション / バイオセンサ / 微小電極 / 拡散層 / 酵素機能電極 / 界面電荷移動 / 液液界面 / 多孔質電極 / 電気化学センサー / ギ酸脱水素酵素 / ビリルビンオキシダーゼ / 配向制御 / 参照電極 / 分子内電子伝達 / 酸素溶解速度 / 多孔質金 / 酵素内電子移動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酸化還元酵素反応と電極反応の共役系は酵素電極反応として知られ、酵素と電極が直接電子授受を行う場合は直接電子移動型の酵素電極反応と呼ばれる。多孔質電極が酵素と電極間の電子授受において有利であることは広く知られているが、理論的な取扱いは進んでいない。そこで，多孔質構造の制御技術と酵素配向の解析技術、そして多孔質内部の物質輸送モデルを組み合わせ、多孔質電極上での酵素電極反応の理論的取り扱いを実現する。そして、酵素電極の出力向上における方法論を確立する。また、多孔質構造内の物質輸送によって応答が制御される再現性の高いバイオセンサーを開発する。
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| 研究成果の概要 |
クライオ電子顕微鏡法を用いることで、電極との電子移動特性に優れたいくつかの酸化還元酵素の立体構造を解明した。その結果、電気化学バイオセンサの基本反応である酵素電極間の電子移動反応を支配する要因として、電極表面における酵素の配向に加え、酵素内の芳香属性アミノ酸の配置が重要であることを見出した。また、参照電極から流出した重金属イオンよる酵素の失活に対して簡便かつ有効な保護法を確立した。さらに、微小電極バイオセンサの安定性を向上させるための電極設計指針を整理した。また、電極表面から溶液沖合までの電気化学測定系を統一的に表現可能なシミュレーション技術を開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
生体や環境モニタリングは近年ますます重要度を高めている。その中で、安定性が高く、都度校正の不要な電気化学バイオセンサの構築技術は必須のものである。本研究では、微小電極を用いた拡散律速型バイオセンサの開発を進めてきた。その中で、いかに酵素電極間の電子移動反応を加速するか、が重要であることはすでに知られていた。本研究によって電極との電位移動特性に優れた酵素の立体構造が明らかとなり、電極表面の分子配向と、酵素を構築するアミノ酸の配置の重要性が示された。この一般指針は今後のバイオセンサ開発に伴う酵素探索において欠くことのできないものである。
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