エネルギー変換のための生体触媒-電極接合系の創成と反応解析

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19310070
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 加納 健司 京都大学, 農学研究科, 教授 (10152828)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: バイオ電池 / マルチ銅酸化酵素 / フラボヘモプロテイン / 電流-電圧曲線 / 直接電子移動型触媒 / 酵素還元電極反応 / 糖酸化電極反応 / 炭素素材

研究概要

未来型エネルギー変換システムであるバイオ電池の基礎反応としての生体触媒機能電極反応について,基礎および応用の研究を行った.酸化還元酵素および微生物を触媒とする直接電子移動(DET)型について,その反応機構と界面での酵素安定性ついて論じた.一方,本目的に照らした新規炭素素材を開発し,いくつかのDET型電極作成法を提示した.これらの結果,酸素還元空気極として,受動型作動時における定常電流密度20mA cm^<-2>という世界最高の性能を実現した.

研究成果

• [雑誌論文] Electron Transfer Pathways in Microbial Oxygen Biocathodes. (2010)
  • 著者名/発表者名: Stefano Freguia, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Electrochim. Acta 55(3) ページ: 813-818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Reaction of Fructose Dehydrogenase on Carbon Cryogel Electrodes with Controlled Pore Sizes. (2010)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, Akiko Nishina, Yasuyuki Hamano, Kenji Kano, Soshi Shiraishi
  • 雑誌名: Electrochem. Commun. 12(3) ページ: 446-449
  • 査読あり
• [雑誌論文] マルチ銅酵素を機軸とするカソード触媒. (2009)
  • 著者名/発表者名: 辻村清也, 加納健司
  • 雑誌名: 燃料電池 9(1) ページ: 62-70
• [雑誌論文] 酵素を使った燃料電池用電極 (2009)
  • 著者名/発表者名: 辻村清也, 加納健司
  • 雑誌名: 機能材料 29(9) ページ: 44-57
• [雑誌論文] Coulometric D-fructose Biosensor Based on Direct Electron Transfer Using D-Fructose Dehydrogenase. (2009)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, Akiko Nishina, Yuji Kamitaka, Kenji Kano
  • 雑誌名: Anal. Chem. 81(22) ページ: 9383-9387
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lactococcus lactis Catalyses Electricity Generation at Microbial Fuel Cell Anodes via Excretion of a Soluble Quinone. (2009)
  • 著者名/発表者名: Stefano Freguia, Sinnki Masuda, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Bioelectrochemistry 76(1/2) ページ: 14-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Air Diffusion Biocathode with CueO as Electrocatalyst Adsorbed on Carbon Particle Modified Electrodes. (2009)
  • 著者名/発表者名: Ryota Kontani, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Bioelectrochemistry 76(1/2) ページ: 10-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Electrochemistry of CueO and Its Mutants at Residues to and Near Type I Cu for Oxygen-Reducing Biocathode. (2009)
  • 著者名/発表者名: Yuko Miura, Seiya Tsujimura, Sinji Kurose, Yuji Kamitaka, Kenji Kataoka, Takeshi Sakurai, Kenji Kano
  • 雑誌名: Fuel Cells 9(1) ページ: 70-78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Electrochemistry of Histamine Dehydrogenase from Nocardioides simplex (2009)
  • 著者名/発表者名: Maiko Tsutsumi, Seiya Tsujimura, Osamu Shirai, Kenji Kano
  • 雑誌名: J. Electroanal. Chem. 625(1) ページ: 144-148
  • 査読あり
• [雑誌論文] バイオ電池のための酵素触媒機能電極. (2008)
  • 著者名/発表者名: 辻村清也, 加納健司
  • 雑誌名: Electrochemistry 76(12) ページ: 900-909
• [雑誌論文] Coulometric Bioelectrocatalytic Reactions Based on NAD-dependent Dehydrogenases in Tricarboxylic Acid Cycle. (2008)
  • 著者名/発表者名: Jun Fukuda, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 54(2) ページ: 328-333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Regulation of the End-product Profile in Propionibacterium freudenreichii ET-3 with an Endogenous Mediator. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yung-Fu Wang, Masaki Masuda, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Biotechnol. Bioengineer. 101(3) ページ: 579-586
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pentacyanoferrate and Bilirubin Oxidase-bound Polymer for Oxygen Reduction Bio-cathode. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishibashi, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Electrochemistry 76(8) ページ: 594-596
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Electron Transfer Reaction of D-Gluconate 2-Dehydrogenase Adsorbed on Bare and Thiol-modifi1ed Gold Electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, Tomohiko Abo, Kazunobu Matsushita, Yoshitaka Ano, Kenji Kano
  • 雑誌名: Electrochemistry 76(8) ページ: 549-551
  • 査読あり
• [雑誌論文] CueO-immobilized Porous Carbon Electrode Exhibiting Improved Performance of Electrochemical Reduction of Dioxygen to Water. (2008)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, Yuko Miura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 53(18) ページ: 5716-5720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic Redox Properties Governing Half-reduction Characteristics of Histamine Dehydrogenase from Nocardioides simplex. (2008)
  • 著者名/発表者名: Maiko Tsutsumi, Nobutaka Fujieda, Seiya Tsujimura, Osamu Shirai, Kenji Kano
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 72(3) ページ: 786-796
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mediated Bioelectrocatalytic Reaction Using Monolayered Redox Polymer on a Glassy Carbon Electrode Surface and Effect of the Ionic Strength on the Catalytic Current. (2008)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, Akio Ishii, Tomohiko Abo, Kenji Kano
  • 雑誌名: J. Electroanal. Chem. 614(1/2) ページ: 67-72
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemistry of D-Gluconate 2-Dehydrogenase from Gluconobacter frateurii on Indium Tin Oxide Electrode Surface. (2007)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, Tomohiko Abo, Yoshitaka Ano, Kazunobu Matsushita, Kenji Kano
  • 雑誌名: Chem. Lett. 36(9) ページ: 1164-1165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusion-controlled Oxygen Reduction on Multi-copper Oxidase-adsorbed Carbon Aerogel Electrodes without Mediator. (2007)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, Yuji Kamitaka, Kenji Kano
  • 雑誌名: Fuel Cells 7(6) ページ: 463-469
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-excreted Mediator from Escherichia coli K-12 for Electron Transfer to Carbon Electrodes. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yung-Fu Wang, Seiya Tsujimura, Sheng-Shung Cheng, Kenji Kano
  • 雑誌名: Appl. Microbiol. Biotechnol. 76(6) ページ: 1439-1446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fructose/Dioxygen Biofuel Cell Based on Direct Electron Transfer-type Bioelectrocatalysis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yuji Kamitaka, Seiya Tsujimura, Norihiko Setoyama, Tsutomu Kajino, Kenji Kano
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 9(15) ページ: 1793-1801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Oxygen on Shewanella decolorationis NTOU1 Electron Transfer to Carbon Felt Electrodes.
  • 著者名/発表者名: Shiue-Lin Li, Stefano Freguia, Shiu-Mei Liu, Sheng-Shung Cheng, Seiya Tsujimura, Osamu Shirai, Kenji Kano
  • 雑誌名: Biosens. Bioelectron. (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flavins Contained in Yeast Extract are Exploited for Anodic Electron Transfer by Lactococcus lactis.
  • 著者名/発表者名: Masaki Masuda, Stefano Freguia, Yung-Fu Wang, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Bioelectrochemistry (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amperometric Detection of Acetate Based on Mediated Bioelectrocatalysis using Escherichia coli Cells Cultivated with Acetate.
  • 著者名/発表者名: Yung-Fu Wang, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 雑誌名: Electrochemistry 76(8) ページ: 631-633
  • 査読あり
• [学会発表] Improved Performance of Oxygen-reducing Biocathode in Biological Fuel Cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kano, Kenji, Tsujimura, Seiya
  • 学会等名: 217th ECS Meeting
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 20100425-20100430
• [学会発表] Kenji Kano, Seiya Tsujimura (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kano, Seiya Tsujimura
  • 学会等名: 217th ECS Meeting
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 20100425-20100430
• [学会発表] 生体触媒電極反応とバイオ電池 (2010)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 日本化学会第90春季年会
  • 発表場所: 東大阪市
  • 年月日: 2010-03-26
• [学会発表] 酵素機能電極の何を理解して, 何に役立てるのか? (2010)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 第12回基礎電気化学フォーラム
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2010-02-13
• [学会発表] Surface Properties Governing Direct Electron Transfer Kinetics of a Multi-copper Oxidase CueO. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kano, Seiya Tsujimura
  • 学会等名: 216th ECS Meeting
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 20091004-20091009
• [学会発表] Redox Enzyme-based Bioelectrocatalytic Reactions and Its Application to Biosensors and Biofuel Cells. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kano, Kenji
  • 学会等名: George Wilson's 70th Birthday Symposium
  • 発表場所: Apollo Auditorium, Nichols Hall, The University of Kansas, KS, USA
  • 年月日: 20090911-20090912
• [学会発表] Fundamental and Perspective of Bioelectrochemistry. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kano
  • 学会等名: Osaka Univ. Global COE Program: Dynamics of Biological Systems, Frontier Biosciences GCOE Young Researchers Retreat 2009
  • 発表場所: Rokko Sky Villa, Kobe.
  • 年月日: 20090824-20090826
• [学会発表] Direct Electron Transfer of Redox Enzymes and its Application to Biofuel Cells. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kano
  • 学会等名: The 42nd Heyrovsky Discussion
  • 発表場所: Trest Castle, Czech Republic
  • 年月日: 20090614-20090618
• [学会発表] バイオ電池の現状と展望 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 化学電池材料研究会, 第25回講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-12-16
• [学会発表] 酵素と電極の接合-シグナル変換からエネルギー変換- (2009)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 東海コンファレンス, 2009
  • 発表場所: 松本
  • 年月日: 2009-11-06
• [学会発表] 有機物から電気を取り出すバイオ電池 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 食品衛生懇話会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] 加納健司 (2009)
  • 著者名/発表者名: 酵素・微生物バイオ電池の現状
  • 学会等名: (財)バイオインダストリ協会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-08-07
• [学会発表] バイオ電池の現状と展望 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 平成21年度触媒学会燃料電池関連触媒研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-17
• [学会発表] Kinetic Characterization of Multi-copper Oxidase and the Synthesis of Pentacyanoferrate-bound Polymer for Oxygen Reduction Bio-cathode. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishibashi, Seiya Tsujimura, Kenji Kano
  • 学会等名: The 214th ECS Meeting (2008 Fall Meeting of The Electrochemical Society of Japan)
  • 発表場所: Honolulu, HI, U.S.A.
  • 年月日: 20081012-20081017
• [学会発表] バイオ燃料電池最近の動向と応用展開. (2008)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 第60回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20080827-20080829
• [学会発表] Direct Electron Transfer-type Fructose/dioxygen Biofuel Cell. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kano, Seiya Tsujimura, Yuji Kamitaka
  • 学会等名: 213th ECS Meeting
  • 発表場所: Phoenix, Arizona, U.S.A.
  • 年月日: 20080518-20080522
• [学会発表] Direct Electron Transfer-type Biofuel Cells. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kano
  • 学会等名: The 6th Asian Conference on Electrochemistry
  • 発表場所: Chientan Overseas Youth Activity Center, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20080511-20080514
• [学会発表] 酢酸菌由来の酵素の生物電気化学的利用.「産業を創出する応用微生物学-酢酸菌バイオテクノロジーの新展開-」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 日本農芸化学会2008年度大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20080326-20080329
• [学会発表] 情報変換・エネルギー変換に向けた生物電気化学. (2008)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 第95回分析技術研究会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-06-04
• [学会発表] 太陽のめぐみをバイオの力で電気に変える. (2008)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 食品科学工学会関西支部主催市民フォーラム
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2008-05-09
• [学会発表] 生体エネルギー変換に学ぶバイオ電池への夢 (2007)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第33回討論会
  • 発表場所: 山口
  • 年月日: 20071115-20071117
• [学会発表] 電極触媒としての酸化還元酵素-バイオ電池への夢 (2007)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 第57回錯体化学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20070925-20070927
• [学会発表] 次世代型バイオ電池への夢 (2007)
  • 著者名/発表者名: 加納健司
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2007-07-07
• [備考]
  • URL: http://www.bapc.kais.kyoto-u.ac.jp/