東北大学など、貼ったり巻いたりして使える柔軟な酵素電極シールを開発

貼ればバイオ電池
酵素を内部に閉じ込めた柔らかい電極シールを開発


　東北大学大学院工学研究科の西澤松彦　教授は，独立行政法人産業技術総合研究所（産総研）ナノチューブ応用研究センターの畠賢治　上席研究員と共同で，酵素とカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が均一に複合化したフィルムを開発しました。これは，「貼ったり」「巻いたり」して使える柔軟な酵素電極シールで，触媒活性も従来の数倍以上です。果糖を分解する酵素と，酸素を分解する酵素を含むシール２枚で作ったバイオ電池は，果糖水溶液から過去最高の出力密度で発電しました。本研究はＪＳＴ　戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）の一環であり，成果の一部が２０１１年３月１０日に米国化学会誌「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ」にオンライン掲載されました。

　バイオ電池やバイオセンサに必要な酵素電極（酵素を固定化した電極）の作製は，先ず炭素のナノ粒子やナノチューブを固めて電極を作り，そこへ“後から”酵素溶液を塗布する２段階の方法で行われてきました。
　電極を作る時の加熱などに酵素が耐えないためです。しかし，この２段階法では，電極内部の微細構造への十分な酵素導入が困難でした。今回の共同研究では，“酵素のサイズに合わせて電極が収縮する”という１段階のプロセスを実現して，この問題を解決しました。産総研のスーパーグロース法によるＣＮＴフィルムは，１６ｎｍ（ｎｍはｍｍの１００万分の１）の均一なＣＮＴ間隔を有し，酵素（７ｎｍ程度）の溶液が十分に浸透できます。さらに，乾燥によってＣＮＴの間隔が“酵素のサイズまで縮む”という性質を見出しました。酵素がフィルム全体に高密度で閉じ込められるため，果糖水溶液からの発電で世界最高の出力密度を記録しました。閉じ込める酵素の種類を変えれば，ブドウ糖水溶液（ジュースや体液）の電池やセンサなども作製可能だと考えられます。
　バイオ電池やバイオセンサの応用は医療・食品・環境分野にわたり広大です。酵素電極は一般に，酵素の寿命のため１週間程度しか使い続けられませんが，「貼っても」「巻いても」活性が低下しない酵素電極シールであれば容易に交換できるメリットもあります。本共同研究グループはこの技術を特許出願しており，実用化に向けた研究開発に御協力頂けるパートナー企業を募集中です。

　※参考画像は添付の関連資料を参照

　本成果は以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。
　科学技術振興機構（ＪＳＴ）戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）
　　研究領域：プロセスインテグレーションによる機能発現ナノシステムの創製
　　（研究総括：曽根純一（独）物質・材料研究機構　理事）
　　研究代表者：西澤松彦（東北大学大学院工学研究科　教授）
　　　　　　　　　　畠　賢治（（独）産業技術総合研究所ナノチューブ応用研究センター　上席研究員）
　　研究期間：平成２０年１０月〜平成２６年３月


　※詳細説明は添付の関連資料を参照