研究紹介

生物の電子移動化学 ~光と電気のバイオテクノロジー~

・光と電気と生物

生物と電気(電子の流れ)にはどんな関係があるのか?私たちの体の中では、たくさんの電気が流れています。私たちのからだのエネルギーは、細胞内での燃料電池によって作られています。食べたグルコース(糖)が二酸化炭素になる反応と呼吸で得た酸素が水になる反応を組み合わせた約1Vの電池です。

生物においての光化学反応の代表は光合成です。「糖と酸素の燃料電池」の逆向きの反応を光のエネルギーを使って進行させています。ここでは、太陽光のエネルギーを電気に変換し、さらには、物質に変換する反応が進行しています。

・光と電気とバイオの融合を融合した物質生産デバイス

生物のエネルギー生産の仕組みを利用し、光を使って物質を作る反応を研究しています。「光 → 電子 → 物質」の変換において、タンパク質を利用すると電気の流れに有利になり、また、物質変換に酵素を利用すると、反応が速いので、光のエネルギーを有効に利用できます。これらを使って、光と電気とバイオを融合させた光駆動型反応デバイスの開発をしています。

水から水素を生産する酵素を利用して、光水素発生の反応系をガラスの表面構築したデバイスを作っています。光を吸収する分子、電気を流す分子、酵素を規則正しくガラス表面に並べることによって、電気がスムーズに流れて効率の良い水素発生反応が進行します。

また、タンパク質内部の電気の流れを調べる新しい方法を開発しています。タンパク質に電気が流れる時の電流の向きや電気抵抗、電気容量を知ることによって、今後、戦略的に光駆動型反応デバイスを開発することができると考えています。


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