JP2009222459A - 酸化還元蛋白質を固定化した配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体とその用途 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数本の単層カーボンナノチューブが導体基板上に配置され、かつ、導体基板面に対して所定方向に配向した配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体であって、当該バルク構造体の内部空間に、ヒドロゲナーゼ等の酸化還元蛋白質が固定化されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
であることを特徴とする上記第1から第3のいずれかの配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体。
範囲内で分布を有していてもよく、中心サイズは、たとえば1〜4 nmである。
3.8 mg/mlのH2aseを含む50 mMリン酸緩衝液(pH 6.8) 100μlを、5 mm×5 mm×300μmの配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体(導体基板:シリコン基板、単層カーボンナノチューブの嵩密度 0.03 g/cm3、平均配置間隔 16 nm)に滴下し、4 ℃で24時間放置した。
<実施例2>電極の作製
実施例1で得られた、H2aseを固定化した配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体をグラッシー炭素電極に固定化した。炭素電極への固定化は、図2に示す2種類の方法で行った。
<実施例3>電気化学的水素発生
図3に示す構成の水素発生デバイスを作製した。この水素発生デバイスは、50 mMリン酸緩衝液(pH 6.8)を収容したチャンバーを備えており、チャンバーには、実施例2で作製した、H2aseを固定化した配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体(以下、SWNT-F:Single Wall Carbon Nano Tube-Forestとも標記する。)を炭素電極に固定化したH2ase固定化SWNT-F-炭素電極(作用極)、水素濃度測定用の水素電極、Ag/AgCl参照極、およびPt線(対極)の4電極が配置されている。なお、H2ase固定化SWNT-F-炭素電極には、H2ase固定化SWNT-Fをニトロセルロース膜によって炭素電極上に保持したものを用いた。
<実施例4>
H2ase固定化SWNT-F-炭素電極として、カーボンテープを用いてH2ase固定化SWNT-Fを炭素電極上に保持したものを用いた以外は、実施例3と同様にして電気化学的水素発生を試みた。水素発生速度は3.32 nmol/min/mg H2aseであった。
<実施例5>
H2ase固定化SWNT-F-炭素電極として、シルバーテープを用いてH2ase固定化SWNT-Fを炭素電極上に保持したものを用いた以外は、実施例3と同様にして電気化学的水素発生を試みた。水素発生速度は3.68 nmol/min/mg H2aseであった。
<実施例6>
H2ase固定化SWNT-F-炭素電極として、導電性樹脂材料を用いてH2ase固定化SWNT-Fを炭素電極上に保持したものを用いた以外は、実施例3と同様にして電気化学的水素発生を試みた。水素発生速度は6.10 nmol /min/mg H2aseであった。
<比較例1〜3>
H2ase固定化SWNT-F-炭素電極に代えて、溶液中にH2aseを添加したもの(比較例1)、H2aseを粉末状のSWNTと混合し、電極上にキャストしたもの(比較例2)、H2aseを固定化しないSWNT-Fを用いたもの(比較例3)を使用した以外は、実施例3と同様にして電気化学的水素発生を試みた。その結果を図4に示す。
<実施例7>
高い電位印可により水の電解が起こり、水素濃度は上昇する。電解を避けて、適正な水素発生を評価するための印可電圧を検討した結果が図5,図6である。図5はH2ase固定化SWNT-F電極を用いた場合、図6はH2aseの固定化されていないSWNT-F電極を用いた場合の結果を示している。
<実施例8> 配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体への蛋白質固定化の解析
配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体への蛋白質の固定化について調査した。H2aseは量が限られるため、酸化還元蛋白質としてチトクロムc(cytc)を用いた。図7は、配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体に対して各濃度のcytc溶液を接触させた時の蛋白質吸着量を示すグラフである。
<実施例9>
H2ase固定化SWNT-F-炭素電極は定電位電解式水素センサとしての応用が可能である。実施例6で作製された電極を作用極、Ag/AgCl電極を参照極として用い、電解質液として20 mM KClを含む50 mM リン酸緩衝液を使用した。98 mVの定電位を印可し、水素ガスを液中に注入することによって、電流値の変化を測定した。その結果、0.945 % 水素ガスで20.5 nA、99.99 % 水素ガスで63.8 nAの電流増加が観察された(図9)。
Claims (7)
- 複数本の単層カーボンナノチューブが導体基板上に配置され、かつ、導体基板面に対して所定方向に配向した配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体であって、当該バルク構造体の内部空間に、酸化還元蛋白質が固定化されていることを特徴とする配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体。
- 酸化還元蛋白質がヒドロゲナーゼであることを特徴とする請求項1に記載の配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体。
- 単層カーボンナノチューブは導体基板上に所定間隔で配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体。
- 導体基板上に配置された単層カーボンナノチューブの嵩密度が0.02〜0.2 g/cm3である
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体。 - 請求項1から4のいずれかに記載の配向単層カーボンナノチューブ・バルク構造体からなることを特徴とする電極材料。
- 請求項5に記載の電極材料を用いて形成された電極を備えることを特徴とする水素発生デバイス。
- 請求項5に記載の電極材料を用いて形成された電極を備えることを特徴とする定電位電解式水素センサ。
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