| 研究課題/領域番号 |
26790011
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小森 喜久夫 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (60431813)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ナノ炭素材料 / カーボンナノチューブ / グラフェン / ハイブリッドフィルム / バイオセンシング / 酵素電極 / 直接電子移動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、グラフェン表面からカーボンナノチューブ（CNTs）を成長させた一体型3次元ハイブリッド膜を合成し、基板表面での単位面積当たりの酵素固定化量を増大させることにより、高感度かつ広いダイナミックレンジを持つ電気化学酵素センサの開発を目指す。初年度ではまず、熱化学気相成長法で合成した3次元ハイブリッド膜の基礎的な特性を評価した。3次元ハイブリッド膜を走査型電子顕微鏡で観察したところ、グラフェンからCNTsが成長していることを確認でき、また、CNTsは適度に隙間のある網目構造を形成していた。次に、通常の酵素では困難とされる活性中心と電極との間で直接電子移動が可能な酵素ペルオキシダーゼモデルのヘムペプチド（HP）を3次元ハイブリッド膜表面に化学的に単層で固定化し、基質である過酸化水素（H2O2）に対する電流応答を調べた。2次元のグラフェン膜と比べて、3次元ハイブリッド膜ではHPの固定化量を約10倍増大させることが可能であり、その結果、H2O2に対する電流応答も約10倍向上させることに成功した。また、HPの固定化量を同じにした3次元ハイブリッド膜と2次元グラフェン膜を用いて、H2O2に対する電流応答を調べた。HPの固定化量が同じなので、H2O2の応答はほぼ同程度になると予想していた。しかしながら、3次元ハイブリッド膜での応答が2次元グラフェンのものよりも約7倍大きくなった。これは、HPが密に固定化されている2次元グラフェン膜と比べて、3次元ハイブリッド膜では、CNTsが網目構造を形成していることにより隙間が存在するため、H2O2の拡散が改善されたからである。以上より、3次元ハイブリッド膜を用いた高感度電気化学バイオセンシングへの応用可能性が明らかになった。
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| 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
初年度の目標としていた、合成したカーボンナノチューブ/グラフェン3次元ハイブリッド膜の基礎的な特性評価および酵素モデルのヘムペプチドとの電子移動の解明を終了することができ、論文にまとめることができたからである。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度は電極と直接電子移動が可能な酵素ペルオキシダーゼモデルであるヘムペプチドを用いて検討してきた。2年目では、電極と直接電子移動が困難な酵素ペルオキシダーゼを用いて、3次元ハイブリッド膜の高感度電気化学バイオセンシングへの利用可能性を明確にする。
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