JPS5816696B2 - 酵素電極 - Google Patents
酵素電極Info
- Publication number
- JPS5816696B2 JPS5816696B2 JP53084469A JP8446978A JPS5816696B2 JP S5816696 B2 JPS5816696 B2 JP S5816696B2 JP 53084469 A JP53084469 A JP 53084469A JP 8446978 A JP8446978 A JP 8446978A JP S5816696 B2 JPS5816696 B2 JP S5816696B2
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- Japan
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- enzyme
- electrode
- graphite
- enzyme electrode
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、酵素の特異的触媒作用を受ける基質に対して
電気化学的活性を有し、基質の濃度を迅速かつ簡便に測
定することができ、しかも連続使用、繰り返し使用ので
きる酵素電極を得ることを目的とする。
電気化学的活性を有し、基質の濃度を迅速かつ簡便に測
定することができ、しかも連続使用、繰り返し使用ので
きる酵素電極を得ることを目的とする。
本発明は、また、酸素電極などと組み合わせることによ
り、基質のもつ化学エネルギーを電気エネルギーに変換
する電池に用いられる酵素電極に関する。
り、基質のもつ化学エネルギーを電気エネルギーに変換
する電池に用いられる酵素電極に関する。
近年、種々の酵素の利用技術の進歩に伴い、これら酵素
の有する特異的触媒作用を工業的に利用する試みが行な
われている。
の有する特異的触媒作用を工業的に利用する試みが行な
われている。
その一例として、酵素と特異的に反応する物質である基
質濃度を検出することが試みられている。
質濃度を検出することが試みられている。
酵素反応を電気化学反応として取り扱うには、例えば酵
素反応系にこれと共役する適当なレドックス化合物を介
在させ、とのレドックス化合物の酸化還元反応を電気化
学的に検出する方法が用いられている。
素反応系にこれと共役する適当なレドックス化合物を介
在させ、とのレドックス化合物の酸化還元反応を電気化
学的に検出する方法が用いられている。
その−汐０として、基質としてグルコース、酸化還元酵
素としてグルコースオキシダーゼ、レドックス化合物と
してベンゾキノンを用いた場合には次の（１）及び（２
）式で示される反応を、電極を挿入した混合液中で行な
わすことができる。
素としてグルコースオキシダーゼ、レドックス化合物と
してベンゾキノンを用いた場合には次の（１）及び（２
）式で示される反応を、電極を挿入した混合液中で行な
わすことができる。
ヒドロキノン−ベンゾキノン＋２Ｈ’十２ ｅ （２
）（１）式における還元生成物であるヒドロキノンを（
２）式で電気化学的にベンゾキノンは酸化し、グルコー
ス濃度をこのときの酸化電流として検出することができ
る。
）（１）式における還元生成物であるヒドロキノンを（
２）式で電気化学的にベンゾキノンは酸化し、グルコー
ス濃度をこのときの酸化電流として検出することができ
る。
しかし実用的な面からは、高価な酵素やレドックス化合
物を一体固定化することにより、繰シ返し使用可能な取
り扱いの簡便な酵素電極とすることが望ましい。
物を一体固定化することにより、繰シ返し使用可能な取
り扱いの簡便な酵素電極とすることが望ましい。
酵素、レドックス化合物を一体固定化するためには、集
電体としての適当な電子伝導性物質を必要とする。
電体としての適当な電子伝導性物質を必要とする。
中でもカーボンは、金属と異なシ陽極酸化時に溶解した
り不働態膜を生成したりすることがなく、電極材料とし
て安定な性質を有しており、好適な電子伝導性物質であ
る。
り不働態膜を生成したりすることがなく、電極材料とし
て安定な性質を有しており、好適な電子伝導性物質であ
る。
カーボンを用いた酵素電極は、その一例として、カーボ
ン粉末とレドックス化合物の混合物をプレス成型し、こ
の成型体上に酵素を固定化する方法、あるいは前記混合
物中に、予め酵素を固定化したカーボン粉末を混合して
おき、その後成型体とする方法などにより構成すること
ができる。
ン粉末とレドックス化合物の混合物をプレス成型し、こ
の成型体上に酵素を固定化する方法、あるいは前記混合
物中に、予め酵素を固定化したカーボン粉末を混合して
おき、その後成型体とする方法などにより構成すること
ができる。
このように、カーボン粉末は、成型により一体の酵素電
極を構成する際の電子伝導性物質としてばかりでなく、
酵素固定化担体として好適な材料である。
極を構成する際の電子伝導性物質としてばかりでなく、
酵素固定化担体として好適な材料である。
測定方法としては、前記電極を緩衝液中で飽和カロメル
電極に対し一定電位に保っておいて、基質濃度を変化さ
せ、このときのアノード電流の変化量を測定する。
電極に対し一定電位に保っておいて、基質濃度を変化さ
せ、このときのアノード電流の変化量を測定する。
この様な測定における課題として以下の点があげられる
。
。
すなわち、電極を一定電位に設定してから測定可能な状
態となるまでに要する時間、および被検溶液中に対象基
質が含まれないときに流れる残余電流の大きさである。
態となるまでに要する時間、および被検溶液中に対象基
質が含まれないときに流れる残余電流の大きさである。
これらはいずれも酵素電極を使用する上で、簡便性、迅
速性、あるいは検出感度、Ｓ／Ｎ比を決定づける重要な
ポイントである。
速性、あるいは検出感度、Ｓ／Ｎ比を決定づける重要な
ポイントである。
酵素電極の構成材料である電子伝導物質としてのカーボ
ン粉末には、アセチレンブラック、黒鉛粉末などが用い
られる。
ン粉末には、アセチレンブラック、黒鉛粉末などが用い
られる。
しかしながら、これらカーボン中には、重金属をはじめ
とする多くの不純物が含まれており、特にアセチレンブ
ラックなどは、表面積も大きく、表面に活性な官能基を
有している。
とする多くの不純物が含まれており、特にアセチレンブ
ラックなどは、表面積も大きく、表面に活性な官能基を
有している。
電子伝導性物質としてこれらのカーボンを用いた場合に
は、カーボン中に含有される不純物および表面の活性な
官能基などの酸化還元に基づく電流が流れるため、測定
上の大きな支障となる。
は、カーボン中に含有される不純物および表面の活性な
官能基などの酸化還元に基づく電流が流れるため、測定
上の大きな支障となる。
さらには、重金属イオンは多くの酵素反応に対し、阻害
物質として作用するため、カーボン中に、不純物として
重金属が含まれることは望ましくない。
物質として作用するため、カーボン中に、不純物として
重金属が含まれることは望ましくない。
本発明は、電子伝導性の酵素固定化担体として、黒鉛を
用いることにより、酵素電極の性能を向上するものであ
る。
用いることにより、酵素電極の性能を向上するものであ
る。
特に、固定炭素９９．５重量％以上で灰分０．００５重
量％以下の高純度黒鉛を使用することによシ、残余電流
を大幅に低減することができるなど、その性能を飛躍的
に高めることができる。
量％以下の高純度黒鉛を使用することによシ、残余電流
を大幅に低減することができるなど、その性能を飛躍的
に高めることができる。
以下本発明をその実施例により説明する。
酵素電極は次に述べる方法により作製した。
カーボン粉末と不溶性レドックス化合物としてクロルア
ニルを重量比で４：１の割合で十分混合し、プレス成型
する。
ニルを重量比で４：１の割合で十分混合し、プレス成型
する。
得られたプレス成型体上に酵素としてグルコースオキシ
ダーゼをグルタルアルデヒドで固定する。
ダーゼをグルタルアルデヒドで固定する。
こうして得られた酵素電極を電極支持体に装着し、第１
図に示す測定系で測定に供した。
図に示す測定系で測定に供した。
図中１は記録計、２はポテンショスタット、３は参照極
、４は塩橋、５１ｆｉ対極、６は酵素電極７を装着した
電極支持体、８／Ｉ′ｉ基質であるグルコースを含むＰ
Ｈ５，６のリン酸緩衝液である。
、４は塩橋、５１ｆｉ対極、６は酵素電極７を装着した
電極支持体、８／Ｉ′ｉ基質であるグルコースを含むＰ
Ｈ５，６のリン酸緩衝液である。
第２図に電子伝導性物質として各種のカーボン粉末を用
いた場合のそれぞれの酵素電極の基質を含まない液中に
おいて＋〇、４０Ｖに電位を設定した後の残余電流と時
間の関係を示す。
いた場合のそれぞれの酵素電極の基質を含まない液中に
おいて＋〇、４０Ｖに電位を設定した後の残余電流と時
間の関係を示す。
図中Ａはアセチレンブラック、Ｂは固定炭素９９．０重
要％以上で灰分０．２重量％以下の人造黒鉛、Ｃは固定
炭素９９．５重量％以上で灰分０．００５重量％以下の
高純度黒鉛、Ｄは固定炭素９９．５重量％以上で灰分０
．００１重量％以下の高純度黒鉛をそれぞれ電子伝導性
物質として用いた場合である。
要％以上で灰分０．２重量％以下の人造黒鉛、Ｃは固定
炭素９９．５重量％以上で灰分０．００５重量％以下の
高純度黒鉛、Ｄは固定炭素９９．５重量％以上で灰分０
．００１重量％以下の高純度黒鉛をそれぞれ電子伝導性
物質として用いた場合である。
図からも明らかなどと＜、Ａにおいては残余電流が減少
して定常値に達するまでに長時間を要するが、黒鉛を用
いたＢ、Ｃ，Ｄでは電位設定後、５〜８分でほぼ定常値
に達しており、まだその残余電流もＡに比較して十分に
小さい値となっている。
して定常値に達するまでに長時間を要するが、黒鉛を用
いたＢ、Ｃ，Ｄでは電位設定後、５〜８分でほぼ定常値
に達しており、まだその残余電流もＡに比較して十分に
小さい値となっている。
そして、これらの傾向は高純度の黒鉛を用いたＣ、Ｄに
おいて特に顕著である。
おいて特に顕著である。
第３図は前記Ａ−Ｄの酵素電極について、電位設定３０
分後の残余電流が定常値となった時点でグルコースを添
加し、その濃度を２ Ｘ １０−４モル／ｌとしたとき
の応答特性を示す。
分後の残余電流が定常値となった時点でグルコースを添
加し、その濃度を２ Ｘ １０−４モル／ｌとしたとき
の応答特性を示す。
酵素が存在しないときには、図に示す様な電流増加は認
められない。
められない。
図から明らかなごと＜’、Ａ−Ｄいずれの電極において
も電流増加にほとんど差はないが、応答電流（電流増加
）と残余電流の大きさを比較すると、ＡとＢ、Ｃ，Ｄと
の差は明らかである。
も電流増加にほとんど差はないが、応答電流（電流増加
）と残余電流の大きさを比較すると、ＡとＢ、Ｃ，Ｄと
の差は明らかである。
Ｃ１Ｄにおいては、残余電流が特に小さいため、さらに
低濃度の基質をも感度よく検出することができる。
低濃度の基質をも感度よく検出することができる。
以上のごとく、電子伝導性物質として用いるカーボンに
より、酵素電極の性能が左右されるが、黒鉛の使用によ
り電極性能を大幅に向上することができ、中でも固定炭
素９９．５重量％以上、灰分０．００５重量％以下の高
純度黒鉛を用いた場合の効果が犬である。
より、酵素電極の性能が左右されるが、黒鉛の使用によ
り電極性能を大幅に向上することができ、中でも固定炭
素９９．５重量％以上、灰分０．００５重量％以下の高
純度黒鉛を用いた場合の効果が犬である。
本発明は、実施例で説明したグルコースオキシダーゼに
ついて限定されることはなく、酸化還元酵素とレドツク
化合物を共役させ、その酸化還元電流を検出するいかな
る酵素電極系においても適用することができる。
ついて限定されることはなく、酸化還元酵素とレドツク
化合物を共役させ、その酸化還元電流を検出するいかな
る酵素電極系においても適用することができる。
また、アルコール脱水素酵素などのように補酵素を必要
とする酵素系の場合には、ニコチンアミドアデニンジヌ
クレオチド（ＮＡＤ）などの酵素に対応する補酵素をさ
らに加えて固定化すればよい。
とする酵素系の場合には、ニコチンアミドアデニンジヌ
クレオチド（ＮＡＤ）などの酵素に対応する補酵素をさ
らに加えて固定化すればよい。
レドックス化合物としてはクロルアニルの他ブロムアニ
ル、あるいは各種レドックスポリマーなどの不溶性レド
ックス化合物を用いることにより、繰り返し使用の可能
な、酵素電極とすることができる。
ル、あるいは各種レドックスポリマーなどの不溶性レド
ックス化合物を用いることにより、繰り返し使用の可能
な、酵素電極とすることができる。
第１図は基質濃度の測定系の構成を示す図、第２図は各
種酵素電極について電位設定後の残余電流の変化を比較
した図、第３図は酵素電極のグルコースに対する応答特
性を比較した図である。
種酵素電極について電位設定後の残余電流の変化を比較
した図、第３図は酵素電極のグルコースに対する応答特
性を比較した図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 不溶性レドックス化合物および電子伝導性の酵素固
定化担体粉末を含む成型体からなシ、前記担体上に固定
化された酸化還元酵素を有し、前記レドックス化合物が
前記酸化還元酵素と共役するものであり、前記担体が黒
鉛であることを特徴とする酵素電極。 ２ 黒鉛が、固定炭素９９．５重量％以上で灰分が０．
００５重量％以下の高純度黒鉛である特許請求の範囲第
１項記載の酵素電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53084469A JPS5816696B2 (ja) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | 酵素電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53084469A JPS5816696B2 (ja) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | 酵素電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5510581A JPS5510581A (en) | 1980-01-25 |
| JPS5816696B2 true JPS5816696B2 (ja) | 1983-04-01 |
Family
ID=13831486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53084469A Expired JPS5816696B2 (ja) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | 酵素電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5816696B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3278334D1 (en) * | 1981-10-23 | 1988-05-19 | Genetics Int Inc | Sensor for components of a liquid mixture |
| CA1219040A (en) * | 1983-05-05 | 1987-03-10 | Elliot V. Plotkin | Measurement of enzyme-catalysed reactions |
| US5708247A (en) * | 1996-02-14 | 1998-01-13 | Selfcare, Inc. | Disposable glucose test strips, and methods and compositions for making same |
| US8688188B2 (en) | 1998-04-30 | 2014-04-01 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
| US8974386B2 (en) | 1998-04-30 | 2015-03-10 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
| US8480580B2 (en) | 1998-04-30 | 2013-07-09 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
| US6591125B1 (en) | 2000-06-27 | 2003-07-08 | Therasense, Inc. | Small volume in vitro analyte sensor with diffusible or non-leachable redox mediator |
| US6338790B1 (en) | 1998-10-08 | 2002-01-15 | Therasense, Inc. | Small volume in vitro analyte sensor with diffusible or non-leachable redox mediator |
| US6560471B1 (en) | 2001-01-02 | 2003-05-06 | Therasense, Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
| US7381184B2 (en) | 2002-11-05 | 2008-06-03 | Abbott Diabetes Care Inc. | Sensor inserter assembly |
| US8771183B2 (en) | 2004-02-17 | 2014-07-08 | Abbott Diabetes Care Inc. | Method and system for providing data communication in continuous glucose monitoring and management system |
| US7811231B2 (en) | 2002-12-31 | 2010-10-12 | Abbott Diabetes Care Inc. | Continuous glucose monitoring system and methods of use |
| USD914881S1 (en) | 2003-11-05 | 2021-03-30 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte sensor electronic mount |
| US8226891B2 (en) | 2006-03-31 | 2012-07-24 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring devices and methods therefor |
| US7620438B2 (en) | 2006-03-31 | 2009-11-17 | Abbott Diabetes Care Inc. | Method and system for powering an electronic device |
| US8123686B2 (en) | 2007-03-01 | 2012-02-28 | Abbott Diabetes Care Inc. | Method and apparatus for providing rolling data in communication systems |
| US20100213057A1 (en) | 2009-02-26 | 2010-08-26 | Benjamin Feldman | Self-Powered Analyte Sensor |
| EP2473098A4 (en) | 2009-08-31 | 2014-04-09 | Abbott Diabetes Care Inc | ANALYTICAL SIGNAL PROCESSING APPARATUS AND METHOD |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4837187A (ja) * | 1971-09-09 | 1973-06-01 | Hoffmann La Roche | |
| JPS5046190A (ja) * | 1973-08-06 | 1975-04-24 |
-
1978
- 1978-07-10 JP JP53084469A patent/JPS5816696B2/ja not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4837187A (ja) * | 1971-09-09 | 1973-06-01 | Hoffmann La Roche | |
| JPS5046190A (ja) * | 1973-08-06 | 1975-04-24 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5510581A (en) | 1980-01-25 |
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