• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実施状況報告書

リガンド安定化酵素を固定化した炭素繊維を用いる自己駆動式ウェアラブルバイオセンサ

研究課題

研究課題/領域番号 18K06605
研究機関埼玉工業大学

研究代表者

長谷部 靖  埼玉工業大学, 工学部, 教授 (20212144)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワードバイオセンサ / 自己駆動式センサ / グルコース / 乳酸 / 炭素繊維
研究実績の概要

自身の健康を自分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・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(身体装着型バイオセンサ)を開発することを目的としている。本研究で開発するバイオセンサは、酵素型バイオ燃料電池の原理を利用し、アノードの燃料となる汗中のグルコースや乳酸の濃度を発電量の大きさの違いから検出する"自己駆動式センサ"である。
初年度は、バイオアノードに利用する2種の酵素(グルコースオキシダーゼ:GODと乳酸オキシダーゼ:LOD)、およびバイオカソードに利用する酵素(ビリルビンオキシダーゼ:BOD)に関して、酵素を安定化させ、電極触媒活性を向上させるリガンドを見出すことができた。2年目は、これら3種の酵素を炭素繊維(カーボンフェルト:CF)に固定化して、その触媒活性を電気化学手法により評価した。良好な触媒電流応答を得るための電子メディエーターや、作動pH、温度などを最適化した。2020年度は、GODやLOD固定化CFをバイオアノード、BOD固定化CFをバイオカソードとする酵素型バイオ電池を構築して、電池性能(最大出力、最大電流密度、安定性など)を評価した。当初予定していなかった耐熱性グルコースデヒドロゲナーゼを用いるバイオアノードや、ペルオキシダーゼとGOD、およびペルオキシダーゼとLODを組み合わせた2酵素同時固定化バイオカソードの作製にも成功した。これらのバイオアノードおよびバイオカソードを組み合わせることにより、自己駆動式のグルコースおよび乳酸センサを開発した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(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やLOD固定化CFに関して、固定化酵素を安定化するリガンド固定化法を確立できた。BOD固定化CFに関して、直接電子移動(DET)型のO2還元触媒電流を得るための有効な固定化法を確立できた。
② ラッカーゼ固定化CFによるバイオカソード開発に関して、直接電子移動(DET)型のO2還元電流を得るための有効な固定化法が見いだせていない。
③ カソード用酵素として、ペルオキシダーゼの直接電子移動(DET)型の過酸化水素還元反応を活用し、GODやLODなどのオキダーゼとペルオキシダーゼを同時固定化した2酵素型バイオアノードでグルコースや乳酸を燃料とする還元電流を得ることができた。

今後の研究の推進方策

① 予定通りの方策
GODまたはLOD固定化バイオアノードとBOD固定化バイオカソードを組み合わせた自己駆動式のグルコースおよび乳酸センサの開発を進める。グルコースや乳酸濃度に応じた発電量を指標として、感度、定量範囲、安定性、繰り返し再現性などの性能評価を行う。
② 計画の変更
アノード用酵素として、新たに耐熱性グルコースデヒドロゲナーゼを利用する。
また、カソード用酵素として、ペルオキシダーゼの直接電子移動(DET)型の過酸化水素還元反応を活用し、GODやLODなどのオキダーゼとペルオキシダーゼを同時に固定化した2酵素型バイオアノードを作製する。これらの酵素固定化CFを用いる自己駆動式グルコースおよび乳酸センサを開発する。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染拡大の影響による研究の中断(半年)により、研究計画の遂行が遅れ、次年度使用額が生じた。本年度、酵素・試薬他、消耗品費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 遼寧科技大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      遼寧科技大学
  • [雑誌論文] Determination of glucose using a biosensor based on glucose oxidase immobilized on a molybdenite-decorated glassy carbon electrode2020

    • 著者名/発表者名
      R. Zhao, Y. Wang, Y. Hasebe, Z. Zhang, D. Tao
    • 雑誌名

      International Journal of Electrochemical Science

      巻: 15 ページ: 1595-1605

    • DOI

      10.20964/2020.02.45

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A sensitive electrochemical ascorbic acid sensor using glassy carbon electrode modified by molybdenite with electrodeposited methylene blue2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Zhang, Y. Wang, Y. Hasebe, Z. Zhang, D. Tao
    • 雑誌名

      Applied Biochemistry and Biotechnology

      巻: 191 ページ: 1533-1544

    • DOI

      10.1007/s12010-020-03255-4

    • 査読あり / 国際共著
  • [備考] 埼玉工業大学 工学部 生命環境化学科 長谷部研究室ホームページ

    • URL

      https://www.sit.ac.jp/user/hasebe/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi