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細胞膜片を備えた発電素子および発電デバイス NEW

国内特許コード P190016244
整理番号 08139
掲載日 2019年8月19日
出願番号 特願2013-074561
公開番号 特開2014-200142
登録番号 特許第6066312号
出願日 平成25年3月29日(2013.3.29)
公開日 平成26年10月23日(2014.10.23)
登録日 平成29年1月6日(2017.1.6)
発明者
  • 田中 陽
  • 西中 正弘
  • 北森 武彦
出願人
  • 国立研究開発法人理化学研究所
発明の名称 細胞膜片を備えた発電素子および発電デバイス NEW
発明の概要 【課題】クリーンかつ安全で、人為的に発電を制御し得る発電素子および発電デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明に係る発電素子は、凍結乾燥された、生物由来のシナプス後細胞の細胞膜片を備える。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要 火力および原子力などの既存の発電方法は、環境面および安全面で問題がある。これらに代わる、クリーンで安全な発電方法として、水力、風力、地熱、および太陽光などの自然依存型発電があるが、地形または自然状況に左右され、安定供給が難しいという問題がある。そのため、やはりこれらとは別に、常時供給可能な発電システムが求められている。

そこで、近年、クリーンかつ安全な電力供給手段として、生物の機能を利用する発電方法が注目を集めている。その代表例として、微生物が有する酸化還元酵素を電極に組み込み、グルコースから直接電子を取り出して発電するバイオ燃料電池(非特許文献1)、および、微生物から直接電気を取り出す微生物燃料電池(非特許文献2)などがある。燃料が安価で大量生産可能なため、大規模な発電システムとしても期待されているが、最適化には時間を要するため、出力性能は現状必ずしも十分ではなく、最高でも10mW/cm2程度にとどまっている。

一方、生物の発電機能の利用という観点で歴史的にみれば、紀元前5世紀の古代ギリシャ時代には既にシビレエイが痛風および頭痛の鎮痛用に使用されていたという記録がある。しかし、この発電機能を人為的に制御することは現在に至るまで困難であった。最近では、同じく強電気魚の一種であるデンキウナギを用いた電飾が行われているが、むろん展示としての利用のみで、産業応用には至っていない。発電細胞の機能を制御するには、細胞膜を極めて高い時間・空間分解能で化学刺激する必要があるからである。
産業上の利用分野 本発明は、細胞膜片を備えた発電素子、および当該発電素子を備えた発電デバイスに関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】
凍結乾燥された、生物由来のシナプス後細胞の細胞膜片を備える発電素子。

【請求項2】
孔または不連続部分を有する第一の絶縁性支持体を備え、
上記シナプス後細胞の細胞膜片が、上記孔または不連続部分を跨ぐように上記第一の絶縁性支持体に固定されている、請求項1に記載の発電素子。

【請求項3】
孔または不連続部分を有し、上記第一の絶縁性支持体と共に上記細胞膜片を挟持する、第二の絶縁性支持体をさらに備える、請求項2に記載の発電素子。

【請求項4】
上記絶縁性支持体は、疎水修飾されている、請求項2または3に記載の発電素子。

【請求項5】
第二の細胞膜片を備え、
上記シナプス後細胞の細胞膜片と上記第二の細胞膜片とが、内側面同士が対向するように所定の間隔をおいて配置されてなる、請求項1~4の何れか一項に記載の発電素子。

【請求項6】
上記シナプス後細胞の細胞膜片の外側面に対して神経伝達物質を含む液体を供給する流路と、
上記シナプス後細胞の細胞膜片の内側面に対してATPを含む液体を供給する流路とを
備える、請求項1~5の何れか一項に記載の発電素子。

【請求項7】
上記シナプス後細胞の細胞膜片は、発電生物の発電細胞における神経支配側の細胞膜片である、請求項1~6の何れか一項に記載の発電素子。

【請求項8】
上記発電生物は、シビレエイ、デンキウナギ、またはデンキナマズである、請求項7に記載の発電素子。

【請求項9】
請求項1~8の何れか一項に記載の発電素子を備える発電デバイス。

【請求項10】
シナプス後細胞の上記細胞膜片の内側面に対してATPを含む液体を供給する第一の供給手段と、
シナプス後細胞の上記細胞膜片の外側面に対して神経伝達物質を含む液体を供給する第二の供給手段とを備える、請求項9に記載の発電デバイス。
国際特許分類(IPC)
出願権利状態 登録
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