2003 Fiscal Year Annual Research Report

生体触媒で作動する生物燃料電池の構築と生物機能の高度利用

Research Project

Project/Area Number	02J02077
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	辻村清也京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
Keywords	バイオ電池 / ビリルビンオキシダーゼ / 生物燃料電池 / NADH / 修飾電極 / 電子伝達メディエータ / バイオセンサ / 炭素黒鉛電極
Research Abstract	本年度は、酸素還元触媒であるビリルビンオキシダーゼの触媒機能解析を重点的に進めてきた。ビリルビンオキシダーゼ(BOD)は中性条件下で酸素4電子還元の優れた触媒活性を持つ。BODはビリルビン以外も電子供与体として利用でき、電極から電子伝達メディエータを介して電子を受け取り、酸素へと渡す。電池への応用、最適化を進める上で、電位および速度のロスをできるだけ小さくしたい。そのためには酵素の反応特性を見極め、触媒電流を制御している因子をより明確にし、どういったメディエータを選択するかが非常に重要になってくる。今回、電子供与体、酵素、電子受容体のそれぞれの電位に注目し、それらが酵素反応速度にどのような影響を与えるかについて検討を行った。電子供与体にはトータルチャージが等しく、電位の異なるシアノ金属錯体を用いた。電子受容体である酸素の電位については、pHを変化させることで検討した。得られたk_<cat>、K_mの対数を酸素/水と錯体の式量電位差(ΔE^o')に対してプロットすると、中心金属やpHといった要素を個々に考えるのではなく、ΔE^o'が速度定数の支配的因子になっていることが考えられる。今回得られた知見を基に、幅広いpH領域において、電位および速度において効率よく触媒機能を引き出す指針ができ、貴金属触媒にない特徴をいかしたバイオ電池カソードへの今後の応用が広がることが期待される。また,酵素-電極間における直接電子移動について,その熱力学,平衡論,速度論に基づき,その反応を制御しているメカニズムについて解析を行った. また、燃料酸化極(電池の負極)開発においては、幅広い燃料の利用を視野に入れた研究を進めてきた。燃料酸化系は、燃料、それぞれに対応するNAD依存性デヒドロゲナーゼ、NAD、そしてジアホラーゼと電子受容体から構成される。電子受容体は、電極とジアホラーゼ間で電子のやりとりを行うメディエータとして機能するものを選択する。対極には、上記のビリルビンオキシダーゼを用い、電子を電極から酸素に渡す。この2つの電極系から構成される電池について、メタノール、グルコースなどを燃料にした場合について、それらの出力特性について研究を進めてきた。

Research Products
(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] Nakagawa, T., Tsujimura, S., Kano, K., Ikeda, T.: "Bilirubin Oxidase and [Fe(CN)_6]^<3-/4-> Modified Electrode Allowing Diffusion-controlled Reduction of O_2 to Water at pH 7.0"Chemistry Letters. 32. 54-55 (2003)
[Publications] Tsujimura, S., Kawaharada, M., Nakagawa, T., Kano, K., Ikeda, T.: "Mediated Bioelectrocatalytic O_2 Reduction to Water at Highly Positive Electrode Potentials Near Neutral pH"Electrochemistry Communication. 5. 138-141 (2003)
[Publications] Tsujimura, S., Nakagawa, T., Kano, K., Ikeda, T.: "Kinetic Study of Direct Bioelectrocatalysis of Dioxygen Reduction with Bilirubin Oxidase at Carbon Electrodes"Electrochemistry. (In press).
[Publications] Kuriyama, A., Arasaki, M., Fujieda, N., Tsujimura, S., Kano, K., Ikeda, T.: "Separator-less One-compartment Bulk Electrolysis with a Small Auxiliary Electrode and Its Application to Spectroelectrochemistry"Electrochemistry. (In press).
[Publications] 辻村清也, 加納健司, 池田篤治: "バイオ電池の実用化が開く新しい可能性"Material Stage. 3. 60-65 (2004)
[Publications] 辻村清也, 加納健司, 池田篤治: "バイオ電池しくみと応用"バイサイエンスとインダスリー. 62. 175-178 (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

生体触媒で作動する生物燃料電池の構築と生物機能の高度利用

Principal Investigator

辻村 清也 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

Research Products

[Publications] Nakagawa, T., Tsujimura, S., Kano, K., Ikeda, T.: "Bilirubin Oxidase and [Fe(CN)_6]^<3-/4-> Modified Electrode Allowing Diffusion-controlled Reduction of O_2 to Water at pH 7.0"Chemistry Letters. 32. 54-55 (2003)

[Publications] Tsujimura, S., Kawaharada, M., Nakagawa, T., Kano, K., Ikeda, T.: "Mediated Bioelectrocatalytic O_2 Reduction to Water at Highly Positive Electrode Potentials Near Neutral pH"Electrochemistry Communication. 5. 138-141 (2003)

[Publications] Tsujimura, S., Nakagawa, T., Kano, K., Ikeda, T.: "Kinetic Study of Direct Bioelectrocatalysis of Dioxygen Reduction with Bilirubin Oxidase at Carbon Electrodes"Electrochemistry. (In press).

[Publications] Kuriyama, A., Arasaki, M., Fujieda, N., Tsujimura, S., Kano, K., Ikeda, T.: "Separator-less One-compartment Bulk Electrolysis with a Small Auxiliary Electrode and Its Application to Spectroelectrochemistry"Electrochemistry. (In press).

[Publications] 辻村清也, 加納健司, 池田篤治: "バイオ電池の実用化が開く新しい可能性"Material Stage. 3. 60-65 (2004)

[Publications] 辻村清也, 加納健司, 池田篤治: "バイオ電池 しくみと応用"バイサイエンスとインダスリー. 62. 175-178 (2004)

辻村清也京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

[Publications] 辻村清也, 加納健司, 池田篤治: "バイオ電池しくみと応用"バイサイエンスとインダスリー. 62. 175-178 (2004)