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【特集】酵素バイオ発電・酵素バイオセンサ

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特集にあたって
Introduction

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酵素機能電極反応の速度論的解析法
Kinetic Analysis of Redox Enzyme-Functional Electrode Reaction

　酸化還元酵素と電極反応の共役系を酵素機能電極反応と呼ぶ。この共役系の概念を,酵素の基質特異性や電荷移動形態を基礎に概説する。その上で,メディエータ型と直接電子移動型の定常触媒電流に焦点をあて,その解析法について説明する。論文に多く見られる間違いについても指摘する。

【目次】
1　酸化還元酵素と酵素機能電極
2　MET型酵素機能電極反応におけるメディエータの選択
3　多孔質電極でのMET型酵素機能電極反応の定常触媒電流
4　均一配向におけるDET型酵素機能電極反応　
5　ランダム配向におけるDET型酵素機能電極反応　

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固定化酵素における電極界面電場の影響
Effect of Electric Field on the Adsorbed Enzymes at the Electrode Surface

　酸化還元酵素反応と電極反応の共役系である直接電子移動(DET)型の酵素電極反応は電極表面に吸着した酵素の状態を敏感に反映するため,それを解析することで電極表面における酵素の吸着量や配向が議論可能である。電極表面に局在する極めて強い電場である電気二重層が電極表面に吸着した酵素に与える影響についてDET 型の酵素電極反応に基づき検討した結果を紹介する。
　
【目次】
1　電解質溶液中での静電相互作用
2　電極の形状と電気二重層
3　固定化酵素の活性と電場
4　固定化酵素の配向と電場
5　おわりに

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人工酵素多段階酸化代謝経路を介した好熱性酵素バイオ燃料電池用アノードの開発
Development of a Bioanode for Thermophilic Enzyme Biofuel Cell Through an ArtificialEnzyme Cascade Pathway

　バイオ燃料電池研究において電池の耐久化,高出力化が近年の課題となっている。本稿では,筆者が進めている耐久性電極用酵素素子である好熱菌由来酵素を複数組み合わせて電極上に多段階酸化代謝経路を構築することにより高出力で長期連続稼働を可能にするバイオ燃料電池の開発について紹介する。

【目次】
1　はじめに
2　バイオ燃料電池を長期間連続稼働可能にする耐久性電極用素子の開発
3　人工多段階酵素反応を利用したバイオ燃料電池用電極の開発
4　おわりに

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改変酵素による高性能バイオカソードの構築
Construction of High-performance Biocathode by Modifying Enzyme
　
　近年,ウェアラブルデバイスや体内埋め込み型デバイス用電源としてのバイオ電池の研究が活発になっている。本稿では,筆者の所属する研究グループにおいて進めてきた酵素固定化のための酵素改変および優れた電極触媒を取得するための酵素改変について,カソード側に焦点を当てて解説する。

【目次】
1　はじめに
2　マルチ銅オキシダーゼ
3　電極に固定化されたMcoPの配向制御によるバイオカソードの電気化学特性の向上
3.1　McoP C及びMcoP N発現用プラスミドの構築および発現・精製
3.2　MWCNT-McoP複合体の作製及び電気化学的評価
4　McoPの酸化還元電位改変によるバイオ電池の電池電圧向上
4.1　470番目のメチオニン(野生型McoP)をロイシン(McoP M470L)もしくはフェニルアラニン(McoP M470F)へ置換したMcoP発現用プラスミドの構築
4.2　各McoPの酵素化学的性質
4.3　各McoPの熱,pH及び長期安定性
4.4　各変異体McoPの酸素の還元に対する電気化学的評価
5　まとめ

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尿中がんマーカーを検出するためのアンペロメトリック酵素センサ
An Amperometric Enzyme Sensor for Detecting a Cancer Marker in Urine

　L-フコースは,悪性腫瘍患者の血清中および尿中で濃度上昇することが報告されているマーカーであり,現在では特に肝・胆・膵の腫瘍マーカーとしての有用性が示唆されている。本稿では,このL-フコースを基質とする酵素の電極との直接電子移動反応に関する研究とその酵素固定化電極を用いたL- フコースの電気化学的な定量法の開発について述べる。

【目次】
1　序論
2　CcPDHの直接電子移動反応
2.1　全長CcPDHの直接電子移動反応
2.2　PQQドメインの直接電子移動反応
3　妨害物質の影響を受けないセンサ
4　まとめ

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酵素修飾繊維を用いた医療用計測レンズの開発
Wearable Smart Contact Lens With Enzymatic Biosensing Fibers

　近年,視力を補強するウェアラブルな高度医療機器“コンタクトレンズ”に電子素子を搭載させることで,新奇機能を実現可能なスマートコンタクトレンズの開発が盛んである。特に,①視覚拡張機器,②疾病治療機器,③生体情報計測機器といった新市場に向けた材料・デバイス・システム開発が目立つ。本稿では,これら次世代デバイスの開発動向とその将来性を述べると共に,筆者らが取り組む医療用計測レンズについて解説する。

【目次】
1　はじめに
2　酵素修飾繊維
3　無線給電素子
4　無線給電式バイオセンシングレンズ
5　おわりに

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バイポーラ電極を用いるバイオセンサの開発
Development of Biosensors Using Bipolar Electrode

　バイポーラ電極とは,電解質溶液中に外部電源とつながらない状態で置かれたワイヤレスな電極であり,一対の駆動電極間に電位を印加するだけで,多数の電極を同時に動作させることができる。バイポーラ電極のバイオセンサ利用に向けた興味深い報告が数多くなされているので,その代表的なものを整理し,筆者らの研究とともに紹介する。

【目次】
1　はじめに
2　バイポーラ電気化学とセンサへの応用
3　バイポーラ電極を用いるバイオセンサ
4　バイオイメージングデバイスへの展開
5　おわりに

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BIO R&D

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ヤムイモから発見された植物生育促進・窒素固定細菌の特性解明と農業革新
Characteristic Elucidation on Plant Growth Promoting and Nitrogen Fixing Bacteria from Yams for Agricultural Innovation
　
本研究はヤムイモ(Dioscorea spp.)から発見された植物生育促進・窒素固定細菌の能力や特性を明らかにして,作物生産における窒素固定細菌の利用を確立するとともに,農業生産への利用による窒素化学肥料に依存しない持続的な食糧生産技術の開発を目指したものである。

【目次】
1　はじめに
2　ヤムイモから分離された窒素固定細菌
3　窒素固定細菌の多様性
4　植物生育促進細菌の発見
5　メタ16S解析法による細菌叢の特定
6　バイオ資材として実用化に向けた研究

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BIO BUSINESS

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健康食品・機能性食品工業

　2019 年の特定保健用食品(トクホ)市場規模は6,493 億円(前年比101.0%)と推定され,ほぼ横ばいに推移した。トクホ茶をはじめとする中性脂肪・体脂肪関連商品が市場をけん引した。乳酸菌ブームに一服感がみられたが,新型コロナウイルスへの警戒感から2020 年2 月以降,再び需要が伸び始めている。一方,機能性表示食品の市場規模は2,557 億円(前年度比128.3%)と推定され,市場は大きく拡大した。全体的な届出件数の増加に加え,茶系飲料の大型商品が新規投入され市場をけん引した。届出手続の簡素化・迅速化が図られ,また新規関与成分による届出が続々と認められており,トクホに代わり機能性表示食品を活用する動きがさらに加速している。

【目次】
1　健康食品と機能性食品
2　トクホ市場動向
3　機能性表示食品市場動向
4　健康食品の機能別市場動向　

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《BIO PRODUCTS》

イソマルトオリゴ糖(Isomaltooligosaccharide)