バイオ燃料電池の高性能化へ向けた酵素電極の新規ナノ構造制御

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23760726
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 反応工学・プロセスシステム
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 田巻 孝敬 東京工業大学, 資源化学研究所, 助教 (80567438)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 材料合成プロセス / バイオ燃料電池 / 材料システム設計 / 酵素 / レドックスポリ マー / グラフト重合 / プロトン伝導 / 失活抑制

研究概要

本研究では、グルコースなど生体に安全・安心な燃料が利用できる酵素を触媒に用いたバイオ燃料電池の高性能化へ向けた検討を行った。従来の課題である低電流密度を解消するために、酵素の失活要因である電極表面への物理吸着を抑制する親水化と電極内のプロトン伝導性の付与を同時に実現し得るメチルスルホン酸基をカーボン微粒子表面へ導入したうえで、酵素から電極への電子伝導を担うレドックスポリマーを固定化する二段階修飾を行い、バイオ燃料電池の高電流密度化へ向けた基盤を構築した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of length of molecular recognition moiety on enzymatic activity switching (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Oshiba,T.Tamaki,H.Ohashi,H.Hirakawa,S.Yamaguchi,T.Nagamune,T.Yamaguchi
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng 巻: (in press)
  • DOI: DOI:10.1016/j.jbiosc.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of the poly(N- isopropylacrylamide) phase transition via a single strand-double strand transformation of conjugated DNA (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Sugawara,T.Tamaki,H.Ohashi,T.Yamaguchi
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 9(12) ページ: 3331-3340
  • DOI: DOI:10.1039/c3sm27230c
  • 査読あり
• [雑誌論文] A molecular recognition moiety and its target biomolecule interact in switching enzyme activity (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Oshiba,T.Tamaki,H.Ohashi,H.Hirakawa,S.Yamaguchi,T.Nagamune,T.Yamaguchi
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng 巻: 115(6) ページ: 639-6449
  • DOI: DOI:10.1016/j.jbiosc
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzymatic Biofuel Cells Based on Three-Dimensional Conducting Electrode Matrices (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Tamaki
  • 雑誌名: Topics Catal 巻: 55(16-18) ページ: 1162-1180
  • DOI: DOI:10.1007/100806040200未修飾カーボンブラック二段階修飾 カーボンブラック100806040200s11244-012- 9895-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of a molecular signal into a visual color based on the permeation of nanoparticles through a biomolecule-recognition gating membrane (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Sugawara,Hidenori Kuroki,Takanori Tamaki,Hidenori Ohashi,Taichi Ito,Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Anal.Methods 巻: 4(9) ページ: 2635-2637
  • DOI: DOI:10.1039/c2ay25265a
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酵素型バイオ燃料電池の高出力密度化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田巻孝敬,山口猛央
  • 雑誌名: 化学工学会バイオ部会ニュースレター 巻: 30 ページ: 9-12
• [雑誌論文] グルコースを用いた酵素型バイオ燃料電池 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田巻孝敬,山口猛央
  • 雑誌名: 水素エネルギーシステム 巻: 36 ページ: 32-36
• [学会発表] 位置選択的コンジュゲートによる遺伝子組み換え酵素の活性・構造評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大柴雄平、田巻孝敬、大橋秀伯、平川秀彦、山口哲志、長棟輝行、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20130317-19
• [学会発表] DNA固定化分子認識ゲート膜の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菅原勇貴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20130317-19
• [学会発表] Surface Modification of Carbon Black toward Retention of Enzyme Activity in High-Surface-Area Enzymatic Biofuel Cell Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki,Haruki Fujimoto,Hidenori Ohashi,Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science
  • 発表場所: Hawaii,USA
  • 年月日: 20121107-12
• [学会発表] High-Surface-Area Three- Dimensional Enzymatic Biofuel Cell Electrode Made of Redox-Polymer Grafted Carbon Black (2012)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki,Hidenori Ohashi,Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: IUMRS-ICEM2012
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] シグナル応答型人工酵素の活性調節 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大柴雄平、田巻孝敬、大橋秀伯、平川秀彦、山口哲志、長棟輝行、山口猛央
  • 学会等名: 第61回高分子討論会
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] DNAアプタマー修飾相転移ポリマーを用いた新規分子認識材料 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅原勇貴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会関東支部横浜大会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 20120830-31
• [学会発表] Control of P450cam Activity with the Avidin Recognition (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuhei Oshiba,Takanori Tamaki,Hidenori Ohashi,Taichi Ito, Hidehiko Hirakawa,Satoshi Yamaguchi,Teruyuki Nagamune,Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: The 11th International Symposium on Cytochrome P450 Biodiversity and Biotechnology
  • 発表場所: Turin,Italy
  • 年月日: 20120622-26
• [学会発表] Laccaseとグラフトレドックスポリマーを用いたバイオカソードの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉山朋晴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 電気化学会第79回大会
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 20120329-31
• [学会発表] High-surface-area enzymatic biofuel cell electrodes made of redox-polymer-grafted carbon black (2012)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki,Tomoharu Sugiyama,Haruki Fujimoto,Hidenori Ohashi,Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: 243rd American Chemical Society National Meeting & Exposition
  • 発表場所: San Diego,California,USA
  • 年月日: 20120325-29
• [学会発表] バイオ燃料電池の高電流密度化へ向けたカーボンブラックの新規表面修飾法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤本治貴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第77年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20120315-17
• [学会発表] Laccaseとグラフトレドックスポリマーを用いたバイオカソードの酸素還元特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉山朋晴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第77年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20120315-17
• [学会発表] DNAアプタマー修飾感温性ポリマーに関する相転移挙動の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅原勇貴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第77年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20120315-17
• [学会発表] Toward the Retention of Enzyme Activity in High-Surface-Area Electrode Made of Redox Polymer Grafted Carbon Black (2011)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki,Tomoharu Sugiyama,Haruki Fujimoto,Hidenori Ohashi,Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: 2011 AIChE Annual Meeting
  • 発表場所: Minneapolis,Minnesota,USA
  • 年月日: 20111016-21
• [学会発表] Development of Biocathode Using Laccase and Redox-Polymer-Grafted Carbon (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Sugiyama,Takanori Tamaki,Hidenori Ohashi and Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: 2011AIChE Annual Meeting
  • 発表場所: Minneapolis,Minnesota,USA
  • 年月日: 20111016-21
• [学会発表] Control of Enzyme Activity by Introduction of Molecular Recognition Moiety (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuhei Oshiba,Takanori Tamaki,Hidenori Ohashi,Taichi Ito,Hidehiko Hirakawa,Satoshi Yamaguchi,Teruyuki Nagamune and Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: 2011AIChE Annual Meeting
  • 発表場所: Minneapolis,Minnesota,USA
  • 年月日: 20111016-21
• [学会発表] バイオ燃料電池の高電流密度化へ向けたカーボンブラックの化学修飾 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤本治貴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] グラフトレドックスポリマーとLaccaseを用いたバイオカソードの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 杉山朋晴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] 分子認識による活性制御型人工酵素の構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大柴雄平、田巻孝敬、大橋秀伯、平川秀彦、山口哲志、長棟輝行、山口猛央
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] Toward the Retention of Enzyme Activity in High-surface-area Electrode Made of Redox Polymer Grafted Carbon Black for Biofuel Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki,Tomoharu Sugiyama,Haruki Fujimoto,Hidenori Ohashi,Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: The 62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: Niigata,Japan
  • 年月日: 20110911-16
• [学会発表] Biomolecular recognition polymer using aptamer and dissociation of dsDNA forgating membrane (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Sugawara,Takanori Tamaki,Hidenori Ohashi,Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: International Congress on Membranes and Membrane Prosesses 2011
  • 発表場所: Amsterdam,The Netherlands
  • 年月日: 20110723-29
• [学会発表] DNAアプタマーと感温性ポリマーを用いた分子認識ポリマーの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原勇貴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 高分子学会第60回年次大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20110525-27
• [学会発表] 超耐熱性Laccaseを用いたバイオ燃料電池用酵素還元電極の開発」酵素工学研究会 (2011)
  • 著者名/発表者名: 杉山朋晴、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
  • 学会等名: 第66回講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] アビジンシグナルによる酵素の活性調節 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大柴雄平、田巻孝敬、大橋秀伯、平川秀彦、山口哲志、長棟輝行、山口猛央
  • 学会等名: 酵素工学研究会第66回講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] カーボン微粒子へのグラフト重合によるバイオ燃料電池の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田巻孝敬
  • 学会等名: 2011年度粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-08-04
• [図書] シーエムシー出版 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田巻孝敬
  • 総ページ数: 90-94
  • 出版者: バイオ電池の最新動向(執筆分担-第3章6酵素固定多孔質電極)
• [図書] シーエムシー出版 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田巻孝敬,山口猛央
  • 総ページ数: 123-129
  • 出版者: バイオ電池の最新動向(執筆分担-第4章4PEFC型バイオ電池)