バイオ燃料電池の高出力化-白金触媒フリー燃料電池を目指して-

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21605004
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 元素戦略
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 中村 暢文 東京農工大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (60313293)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: バイオ燃料電池 / バイオデバイス / 酵素触媒 / 生物電気化学 / ナノ粒子

研究概要

酵素の配向方法、3次元的な固定化法、複数酵素を同時固定することによりバイオ燃料電池の高出力化を目指した。電極表面を工夫し、耐熱性のアルコールデヒドロゲナーゼを用いて、80℃で反応させ、常温時よりも10倍以上高い電流密度を得た。金ナノ粒子を用いることによって電極の実効面積を270倍まで増加できること、アルコールからカルボン酸までの4電子酸化できる新規酵素を見出し、効率的な電子の抽出に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] The Effect of Particle Size on the Direct Electron Transfer Reactions of Metalloproteins Using Au Nanoparticle-Modified Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Suzuki, K. Murata, N. Nakamura, and H. Ohno
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 80 ページ: 337-339
  • DOI: DOI:10.5796/electrochemistry.80.337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytochrome c Dissolved in 1-Allyl-3-Methylimidazolium Chloride type Ionic Liquid Undergoes a Quasi-reversible Redox Reaction up to 140℃ (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tamura, N. Nakamura, and H. Ohno
  • 雑誌名: Biotechnol. Bioeng 巻: 109 ページ: 729-735
  • DOI: DOI:10.1002/bit.24357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of an Electrode Modified with an Electropolymerized Film as a Mediator of NADH Oxidation and Its Application in an Ethanol/O2 Biofuel Cell (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Masuda, Y. Motoyama, K. Murata, N. Nakamura, and H. Ohno
  • 雑誌名: Electroanalysis 巻: 23 ページ: 2297-2301
  • DOI: DOI:10.1002/elan.201100215
• [雑誌論文] Electrochemical Analysis of Electrode-Immobilized Dehydrogenases in Hydrated Choline Dihydrogen Phosphate Type Ionic Liquid (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita, N. Nakamura, K. Murata, K. Igarashi, M. Samejima, and H. Ohno
  • 雑誌名: Electrochim. Acta 巻: 56 ページ: 7224-7227
  • DOI: DOI:10.1016/j.electacta.2011.03.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] AD依存型酵素の電子移動メディエーターとして機能する鉄錯体電解重合膜の作製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 増田美幸・中村暢文・大野弘幸
  • 雑誌名: 高分子論文集 巻: 67 ページ: 611-613
  • DOI: DOI:10.1295/koron.67.611
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple Fabrication Method for Three-Dimensional Gold Nanoparticle Electrodes and Their Application to the Study of the Direct Electrochemistry of Cytochrome c (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Murata, K. Kajiya, M. Nukaga, Y. Suga, T. Watanabe, N. Nakamura, and H. Ohno
  • 雑誌名: Electroanalysis 巻: 22 ページ: 185-190
  • DOI: DOI:10.1002/elan.200900323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Electrochemistry of Bilirubin Oxidase on Three-Dimensional Gold Nanoparticle Electrodes and Its Application in a Biofuel Cell (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Murata, K. Kajiya, N. Nakamura, and H. Ohno
  • 雑誌名: Energy Environ. Sci 巻: 2 ページ: 1280-1285
  • DOI: DOI:10.1039/B912915D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Evidence of Electron Flow via the Heme c Group for the Direct Electron Transfer Reaction of Fructose Dehydrogenase using a Silver Nanoparticle Modified Electrode (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Murata, M. Suzuki, N. Nakamura, and H. Ohno
  • 雑誌名: Electrochem. Commun 巻: 11 ページ: 1623-1626
  • DOI: DOI:10.1016/j.elecom.2009.06.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monooxygenation by a Thermophilic Cytochrome P450 via Direct Electron Donation from NADH
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, K. Matsuda, N. Nakamura, A. Ohtaki, H. Yoshida, S. Kamitori, M. Yohda, and H.
  • 雑誌名: Ohno, Metallomics 巻: 3 ページ: 389-395
  • DOI: DOI:10.1039/C0MT00079E
• [学会発表] Electrocatalysis of ethanol oxidation at a図3エタノール(点線)とアセトアルデヒド(実線)の酸化電流値の経時変化NAD(H)-dependent alcohol dehydrogenase-immobilized electrode in hydrophobic ionic liquids (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, and H. Ohno
  • 学会等名: ICBIC 15
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2011-08-10
• [学会発表] Development of a direct electron transfer type fucose sensor using a novel heme-domain containing dehydeogenase (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, M. Inukai, H. Ohno, H. Matsumura, K. Igarashi, H. Samejima, and M. Yoshida
  • 学会等名: ICBIC 15
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2011-08-10
• [学会発表] Peroxidase reaction and hydroxylation reaction by thermophilic cytochrome P450 at high temperatures (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Shionoiri, S. Hayakawa, N. Nakamura, M. Yohda, and H. Ohno
  • 学会等名: ICBIC 15
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2011-08-08
• [学会発表] Electrochemical and spectroscopic properties of a novel PQQ-dependent sugar dehydrogenase from the basidiomycete Coprinopsis cinerea(18) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, M. Yoshida, K. Igarashi, N. Nakamura, H. Ohno, and M. Samejima
  • 学会等名: ICBIC 15
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2011-08-08
• [学会発表] Electron-transfer reaction of azurin adsorbed on a self-assembled monolayer-gold nanoparticle electrode in a hydrated ionic liquid (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, J. Kuwahara, K. Fujita, K. Yokoyama, J. H. Richards, H. B. Gray, and H. Ohno
  • 学会等名: 4th Congress on Ionic Liquids(COIL-4)
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] An enzymatic cellulose/O2 biofuel cell (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, H. Matsumura, K. Igarashi, M. Samejima, and H. Ohno
  • 学会等名: International Conference on Clean Energy Science(ICCES 2011)
  • 発表場所: Dalian, China
  • 年月日: 2011-04-10
• [学会発表] An Enzymatic Biofuel Cell Using Cellulosic Biomass (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, H. Matsumura, K. Igarashi, M. Samejima, and H. Ohno
  • 学会等名: The 5th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference(AsBIC-V)
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] Prearation and Structural Control of the Electropolymerized Ruthenium Complex-based Films as a Mediator for the Electrocatalytic Oxidation of NADH (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Masuda, N Nakamura, and H. Ohno
  • 学会等名: The 60th symposium on coordination chemistry of Japan 60th anniversary conference on coordination chemistry
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-09-28
• [学会発表] Pseudomonas putida KT2440由来キノプロテイン・アルコール脱水素酵素の電気化学的解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 武田康太、松村洋寿、五十嵐圭日子、鮫島正浩、中村暢文、大野弘幸
  • 学会等名: 第4回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] 金属ナノ粒子修飾電極上へのタンパク質固定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村暢文、村田賢一、鈴木将登、大野弘幸
  • 学会等名: 第59回高分子討論会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] 金ナノ粒子修飾電極上に固定したタンパク質の電子移動反応及び電気化学的触媒反応 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木将登、村田賢一、中村暢文、大野弘幸
  • 学会等名: 2010年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2010-09-02
• [学会発表] Direct electrochemistry of fructose dehydrogenase on gold nanoparticles-modified electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, K. Murata, M. Suzuki, H. Ohno
  • 学会等名: Biosensors
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] Electrochemistry of Bilirubin Oxidase in Hydrophobic Ionic Liquids Containing a Small Quantity of Water (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Kuwahara, K. Murata, Y. Fukaya, N. Nakamura, H. Ohno
  • 学会等名: ACEC 2010
  • 発表場所: Kumamoto, Japan
  • 年月日: 2010-05-19
• [学会発表] 三次元金ナノ粒子修飾電極の作製と金属タンパク質の電気化学研究への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村暢文、村田賢一、加治屋一樹、額賀恵、大野弘幸
  • 学会等名: ナノ学会第8回大会
  • 発表場所: 自然科学研究機構岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2010-05-15
• [学会発表] バイオマス資源を利用する酵素バイオ燃料電池 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村暢文
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] ビリルビンオキシダーゼ-金ナノ粒子間の直接電子移動反応に及ぼす表面官能基の効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木将登、村田賢一、中村暢文、大野弘幸
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] Biocatalytic Oxidation of Cellobiose in Hydrated Choline Dihydrogen Phosphate (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita, N. Nakamura, K. Igarashi, M. Samejima, H. Ohno
  • 学会等名: 4th International Conference on Polymer Batteries and Fuel Cells(PBFC2009)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2009-08-04
• [学会発表] Electron transfer reactions of wild-type and mutant forms of amicyanin immobilized on an electrode via an arginine residue (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, A. Kaneko, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Evidence for two electron entrances in bilirubin oxidase (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Murata, K. Kajiya, N. Nakamura, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Biocatalytic oxidation of cellobiose in hydrated ionic liquid (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita, N. Nakamura, K. Igarashi, M. Samejima, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Redox responses of D-fructose dehydrogenase on nanoparticles modified electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Suzuki, K. Murata, K. Kajiya, N. Nakamura, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Construction of a biocathode based on direct electron transfer of multicopper oxidases (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kajiya, K. Murata, N. Nakamura, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] pH dependence of structure and enzymatic activity of thermophilic cytochrome (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Hayakawa, K. Matsuda, H. Matsumura, N. Nakamura, M. Yohda, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Effect of mutation around the substrate channel of thermophilic cytochrome P450 on the direct electron donating system with NADH(P520) (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda, H. Matsumura, N. Nakamura, M. Yohda, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Dependence of metal ions on enzymatic activity of alcohol dehydrogenase from hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii OT3 (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Mishiba, H. Matsumura, N. Nakamura, M. Yohda, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] An enzymatic biofuel cell using cellulosic biomass as an energy resource (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, K. Igarashi, N. Nakamura, H. Ohno, M. Samejima
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] The electrocatalytic oxidation of ethanol using the electrode which has sol-gel-encapsulated alcohol dehydrogenase (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Masuda, N. Nakamura, H. Ohno
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Electron tunneling through mutant azurins on mixed-SAM gold electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Yokoyama, K. M. Lancaster, Y. Sheng, N. Nakamura, H. Ohno, B. S. Leigh, K. Niki, J. R. Winkler, J. H. Richards, and H. B. Gray
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC 14)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Bioelectrocatalysis in Hydrated Ionic Liquid (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, K. Fujita, K. Murata, H. Ohno
  • 学会等名: 3rd Congress on Ionic Liquids(COIL3)
  • 発表場所: Cairns Australia
  • 年月日: 2009-06-02
• [学会発表] Real-time monitorring of celluase activity with the biosensor based on cellobiose dehydrogenase (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, K. Igarashi, N. Nakamura, H. Ohno, M. Samejima
  • 学会等名: 215th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2009-05-27
• [学会発表] Effect of Ethanol on Oxidative Activity of Bilirubin Oxidase (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Murata, K. Kajiya, N. Nakamura, and H. Ohno
  • 学会等名: 215th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2009-05-26
• [図書] 金ナノ粒子電極 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村暢文
  • 総ページ数: 25-30
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 「化学修飾による酵素の改変」、「非水系バイオ燃料電池を目指して-水和イオン液体中での酵素反応-」 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村暢文
  • 総ページ数: 178-186
  • 出版者: シーエムシー出版