DE2629693B2

DE2629693B2 - Verfahren zum biologischen Festlegen von Enzymen oder mikrobiellen Zellen mittels durch Bestrahlung und härtbarer Polymerer sowie danach hergestellte Erzeugnisse

Info

Publication number: DE2629693B2
Application number: DE19762629693
Authority: DE
Inventors: Saburu Nagaokakyo Kyoto Fukui; Kanagawa Hiratsuka; Takamitsu Iida; Tsutomu Yamamoto
Original assignee: Kansai Paint Co Ltd
Current assignee: Kansai Paint Co Ltd
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1978-11-02
Also published as: JPS5266682A; JPS5540B2; DE2629693C3; DE2629693A1; GB1550151A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum biologischen Festlegen von Enzymen oder mikrobiellen Zellen, bei dem eine wäßrige Dispersion von Enzymen oder mikrobiellen Zellen einerseits und einem durch Bestrahlung härtbaren Polymeren andererseits hergestellt und die Mischung anschließend zum Härten bestrahlt wird, sowie danach hergestellte Erzeugnisse.

Um die Instabilität der Enzymaktivität auf ein Minimum zu bringen und kontinuierliche enzymatische Prozesse zu erleichtern, wird seit Neuerem das Verfahren der Immobilisierung und biologischen Festsetzung der Enzyme angewendet, wobei diese dann als fester Katalysator verwendet werden. Dies ist seit Kürzerem in verschiedenen Industriezweigen versucht worden.

Als Verfahren zum Herstellen der immobilisierten Enzyme sind ein Absorptionsverfahren, ein kovalentes Bindungsverfahren, ein Vernetzungsverfahren sowie ein Einschließungsverfahren bekannt. Bei dem letztgenannten Einschließungsverfahren wird das Enzym selbst nicht an eine Matrix gebunden, sondern wird im Feingitter eines Geles eingeschlossen oder in mikroskopischem Maßstab eingekapselt. Die Enzymaktivität des e>o Produktes kann auf diese Weise wirksam gehalten werden, wobei verschiedene Arten von Enzymen und mikrobiellen Zellen nach diesem Verfahren behandelt werden können. Um das Verfahren ausführen zu können, ist es jedoch erforderlich, daß ein immobilisie- b5 rendes Material zur Verfügung steht, welches Enzyme oder mikrobielle Zellen einschließt, ohne daß bereits eingeschlossene Enzyme freigelassen werden, wobei das Material weiterhin eine selektive Permeabilität für das Substrat, wenn erforderlich, aufweisen muß.

Beim herkömmlichen Einschlußverfahren wird eine wäßrige Suspension von Enzymen oder mikrobiellen Zellen mit niedermolekularen, hydrophilen Monomeren, wie beispielsweise Acrylamidhydroxyäthylmethacrylat, Hydroxyäthylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat und Hydroxypropylacrylat, gemischt. Die Mischung wird, wie sie ist, durch Polymerisation immobilisiert. Bei diesem Verfahren ist es jedoch schwierig, in zuverlässiger Weise selektive Permeabilität der erhaltenen Polymermatrix zu steuern, wie es notwendig ist, damit die eingeschlossenen Enzyme oder mikrobiellen Zeilen nicht freigegeben werden. Zusätzlich hierzu ist die Toxizität des immobilisierten Produktes zu beachten, die von Bedeutung ist, wenn das Produkt in der Nahrungsmittelindustrie und pharmazeutischen Industrie verwendet wird, da nicht umgesetzte molekulare Monomere im Reaktionsprodukt verbleiben.

Durch die GB-PS 14 07 129 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei dem eine wäßrige Lösung, die ein Enzym und wenigstens ein wasserlösliches Monomeres oder Polymeres enthält, eingefroren wird, woraufhin die eingefrorene Lösung mit ionisierender Strahlung behandelt wird, um so das Monomere oder Polymere bzw. die Monomeren oder Polymeren zu härten. Dieses bekannte Verfahren, bei dem also ionisierende Strahlung (Gamma- oder Elektronensitrahlung) eingesetzt wird, hat den Nachteil, daß während des Härtens die Aktivität der Enzyme oder der mikrobiellen Zellen beeinträchtigt werden kann, wobei das erforderliche Einfrieren der Lösung vor der Bestrahlung noch eine zusätzliche Komplikation des Verfahrens bedeutet. Durch die US-PS 38 60 490 ist das Einschließen von Mikroorganismen in hydrophilen Acrylaten oder Methacrylaten bekanntgeworden, um so ein kontrolliertes In-Kontakt-Kommen der Mikroorganismen mit der Umgebung zu gewährleisten, jedoch treten bei derartigen Verfahren, wie bereits ausgeführt wurde, Schwierigkeiten hinsichtlich der Einstellung der selektiven Permeabilität der erhaltenen Polymermatrix sowie hinsichtlich der möglichen Toxizität des immobilisierten Produktes auf. Aus der US-PS 39 68 016 ist es bekannt, daß mittels aktinischer Strahlung bestimmte Polymermischungen gehärtet werden können, jedoch findet sich hier keine Beziehung .zum gattungsgemäßen Verfahren und den dabei auftretenden Problemen. In den US-Patentschriften 37 88 950 und 38 59 169 wird die Fotopolymerisation von Monomeren, zwecks Einschlusses von Mikroorganismen, beschrieben, wobei aber die weiter oben bereits erläuterten, auf die Verwendung von Monomeren zurückzuführenden Probleme auftreten. Dasselbe trifft für die US-PS 38 44 892 zu, bei dei Enzyme durch Reaktion mit einem epoxyhaltiger Polymeren immobilisiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eir Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen welches die Nachteile der bekannten Verfahrer vermeidet und zu Produkten führt, die eine stabile Enzymaktivität aufweisen, wobei die eingeschlossener Enzyme oder mikrobiellen Zellen in der Polymermatrb bei steuerbarer Permeabilität derselben zuverlässig festgehalten werden sollen. Dabei soll weiterhin erreich werden, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellten neuartigen immobilisierten Enzyme oder mikrobiellen Zellen selbst gut verarbeitbar unc nicht toxisch sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eii

Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß als Polymeres ein fotohärtbares Harz (mittleres zahlenmäßiges Molekulargewicht 300 bis 30 000) verwendet wird, welches zwei oder mehr fotopolymerisierbare, äthylenisch ungesättigte Gruppen pro Molekül sowie ionische hydrophile Gruppen aufweist; und daß die Mischung in situ mit aktinischer Strahlung bestrahlt wird.

Im Unterschied zu dem Verfahren der gattungsgemäßen Art, bei dem wasserlösliche Monomere oder Polymere verwendet werden und die Härtung durch ionisierende Strahlung erfolgt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein hydrophiles Polymeres, welches nicht wasserlöslich ist, in Suspension verwendet, wobei lediglich iaktinische Strahlung zum Härten angewandt wird, die die Enzymaktivität nicht beeinträchtigt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dessen besonders bevorzugte Ausführungsformen sich aus den Unteransprüchen ergeben, wird also eine wäßrige Suspension von Enzymen oder mikrowellen Zellen mit einem ionischen hydrophilen Harz gut gemischt und in die gewünschte Form gebracht. Dann folgt eine Polymerisation durch Bestrahlung mit aktinischen Strahlen von 2500 bis 6000 A Wellenlänge. Das ionisohe hydrophile Harz hat ein mittleres zahlenmäßig ;s Molekulargewicht von 300 bis 30 000, vorzugsweise zwischen 500 und 20 000, und weist zwei oder mehr fotopolymerisierbare, äthylenisch ungesättigte Gruppen pro Molekül auf.

Erfindungsgemäß wird das Molekulargewicht des fotohärtbaren Harzes bzw. Kunstharzes vor der Durchführung des Verfahrens so eingestellt, daß das Harz durch Substrate hindurchgeht, jedoch eingeschlossene Enzyme oder mikrobielle Zellen nicht freiläßt Das Material wird durch fotohärtbare aktinische Strahlen in einem einzigen Schritt gehärtet, wodurch sich ein mechanisch stabiles, immobilisiertes Produkt ergibt. Das fotohärtbare Harz weist vorzugsweise hydrophile Gruppen in einem derartigen Ausmaß auf, daß das Harz sich gleichmäßig mit der wäßrigen Lösung (Pufferlösung oder dergleichen) mischt, welche die Suspension der Hydrophilen Enzyme oder mikrobiellen Zellen enthält. Die Aktivität der Enzyme oder der mikrobiellen Zellen kann auf diese Weise in einem sehr stabilen Zustand gehalten werden. Weiterhin werden die Enzyme oder mikrobiellen Zellen immobilisiert, ohne daß sie ihre Aktivität verlören. Im Unterschied von demjenigen Verfahren, bei dem Gammastrahlen oder Elektronenstrahlen verwendet werden, erfolgt während des Härtens kein Abbau der Aktivität der Enzyme oder der mikrobiellen Zellen, da erfindungsgemäß aktinische Strahlen verwendet werden.

Um die Enzyme oder mikrobiellen Zellen zu immobilisieren, sind zwei oder mehr fotopolymerisierbare, äthylenisch ungesättigte Gruppen für jedes Molekül des fotohärtbaren Harzes erforderlich. Wenn das zahlenmäßige mittlere Molekulargewicht des fotohärtbaren Harzes unter 300 liegt, ist zu besorgen, daß das gehärtete Produkt fpröde wird, und zwar deshalb, weil die Linearität der Vernetzung oder Verzweigung niedrig ist. Wenn andererseits das mittlere zahlenmäßige Molekulargewicht des fotohärtbaren Harzes höher als 30 000 ist, so wird die Viskosität der Mischung aus Harzmaterial und der Enzym- oder mikrobiellen Zellsuspension hoch, wodurch die Verarbeitbarkeit des Harzes beeinträchtigt wird. Aus diesem Grunde sollte das mittlere zahlenmäßige Molekulargewicht des fotohärtbaren Harzes innerhalb des Bereiches von 300 bis 30 000, vorzugsweise zwischen 500 und 20 000, liegen. Weiterhin enthält das fotohärtbare Harz nach der Erfindung ionische hydrophile Gruppen, wie beispielsweise Karbon-, Sulfon-, Phosphat- und Amino-

gruppen. Die selektive Wirkung der ionischen Substanzen findet also gleichzeitig mit der Enzymwirkung statt. Es hat sich gezeigt, daß die nachfolgenden Vorteile iin Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erzielt werden können, wenn Enzyme oder mikrobielle Zellen nach

ίο dem erfindungsgemäßen Verfahren immobilisiert werden: Das fotohärtbare Harz, welches ionische hydrophile Gruppen aufweist, wird von Monomeren mit niedrigen Molekulargewichten erzeugt. Im nächsten Schritt wird die Mischung aus dem fotohärtbaren Harz und der wäßrigen Dispersion aus Enzymen oder mikrobiellen Zellen (nachfolgend als »Enzym-Harz-Zusammensetzung« bezeichnet) durch Bestrahlung mit aktinischen Strahlen gehärtet. Die Dimensionen der freien Räume im so erzeugten Polymergitter können also frei gesteuert werden. Das Freisetzen oder Abgeben von Enzymen oder mikrobiellen Zellen kann verhindert werden, wodurch sich wirtschaftliche Vorteile ergeben. Wenn das fotohärtbare Harz durch Gammastrahlen oder Elektronenstrahlen gehärtet würde, so würde die Aktivität des Enzyms, welches in der Harzzusammensetzung enthalten ist, reduziert, weil die Energie von Gammastrahlen oder Elektronenstrahlen sehr groß ist. B«;im erfindungsgemäßen Verfahren tritt ein derartiger Nachteil jedoch nicht auf, weil hier ultraviolette Strahlen oder sichtbare Lichtstrahlen verwendet werden, um die Enzymharzzusammensetzung zu härten. Infolgedessen kann die Enzymaktivität gut aufrechterhalten werden. Weiterhin hat die Tatsache, daß das Harzgerüst vorher gebildet wird und die Enzymharzzusammensetzung durch Kurzzeitbestrahlung mit aktinischen Strahlen gehärtet wird, zur Folge, daß eine Verringerung der Aktivität des Enzyms oder der mikrobiellen Zellen nicht auftritt. Dies stellt einen Vorteil dar, der nicht erhalten werden könnte, wenn die Fotohärtung unmittelbar erfolgte, um Polymere direkt aus niedermolekularen Monomeren zu erzeugen.

Weiterhin sind die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei also die Suspension des Enzyms oder der mikrobiellen Zellen und das fotohärtbare Kunstharz gemischt und anschließend die Mischung mit aktinischen Strahlen behandelt werden, sehr einfach. Zusätzlich hierzu werden keine niedermolekularen Monomeren, die allgemein toxisch sind, verarbeitet. Die Arbeitsumgebung, in welcher der Härtungsschritt erfolgt, kann auf diese Weise stark verbessert werden. Wenn Enzyme oder mikrobielle Zellen dadurch immobilisiert werden, daß niedermolekulare Monomere Anwendung finden, wie es bei den herkömmlichen Verfahren der Fall ist, so koexistieren die Enzyme oder mikrobiellen Zellen mit den restlichen Monomeren, so daß die Monomeren durch starkes Erhitzen, durch Säure- oder Alkalibehandlung oder auch durch Behandlung mit organischen Lösungsmitteln entfernt werden müssen. Auf diese Weise wird die Aktivität der Enzyme oder mikrobiellen Zellen in nachteiliger Weise herabgesetzt. Beim Verfahren nach der Erfindung hingegen kann das Restmonomere leicht in dem Schritt, in dem das fotohärtbare Harz erzeugt wird, entfernt werden, d.h. ehe die Enzyme oder mikrobiellen Zellen eingeschlossen werden. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Produkt kann also in der Nahrungsmittelindustrie sowie in der pharmazeutischen

Industrie sicher gebraucht werden, bei denen ansonsten die Toxidität des verbleibenden Monomeres ein Problem darstellen würde. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Formgebung oder der Gießvorgang ohne Schwierigkeiten stattfinden können, weil sich das Härten mittels Bestrahlung in kurzer Zeit erfolgt und das fotohärtbare Harz in gewissem Ausmaß viskos ist. Wenn die Enzyme oder mikrowellen Zellen in eine Membran oder einen Film eingebracht werden, können andere Harze in das fotohärtbare Harz eingemischt werden, um die mechanische Festigkeit des so erzeugten Film- oder Folienproduktes zu verbessern. Auch können vorab starke Bindungen in die Moleküle des fotohärtbaren Harzes eingeführt werden. Die mechanische Festigkeit der immobilisierten Enzyme oder mikrobiellen Zellen kann also frei kontrolliert werden. Je nach Bedarf kann eine fotohärtbare Harzlösung, welche Enzyme oder mikrobielle Zellen enthält, imprägnierungsartig in ein anderes synthetisches oder natürliches Material eingebracht oder auf dieses aufgebracht werden, beispielsweise in bzw. auf Substrate, woraufhin dann die Härtung mittels Bestrafung mit aktinischen Strahlen erfolgt.

Wie oben beschrieben wurde, weist das Harz, welches die Enzyme oder mikrobiellen Zellen einschließt, ionische hydrophile Gruppen auf, so daß also, wenn das immobilisierte Produkt für die kontinuierliche enzymatische Reaktion eines Substrats verwendet wird, welches Fremdsubstanzen enthält, wie beispielsweise ionische Pigmente, eine Ionenaustauschreaktion gleichzeitig mit der enzymatischen Reaktion stattfinden. Der Schritt zum Eliminieren der Pigmente kann also ausgelassen werden, und der Reaktionsprozeß kann verbessert werden. Zusätzlich zu der oben beschriebenen Ionenaustauschreaktion läßt sich gleichzeitig der Effekt eines Molekularsiebes erreichen, indem die Vernetzungsdichte des Harzes gesteuert wird. Auf diese Weise läßt sich das immobilisierte Produkt nach der Erfindung in weitem Umfang verwenden. Weiterhin wird das Produkt durch Verwendung aktinischer Strahlen gehärtet, so daß es mit geringen Kosten, verglichen mit den herkömmlichen Verfahren hergestellt werden kann.

Jedwedes der oben definierten fotohärtbaren Harze kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, wobei nachfolgend einige als Beispiele aufgeführt sind.

Salze ungesättigter Polyester hoher Säurezahl

Salze ungesättigter Polyester, welche Säurezahlen von 40 bis 200 aufweisen und durch Veresterung mehrwertige Alkohole mit Polykarbonsäurekomponenten gewonnen werden, die aus wenigstens einer ungesättigten Polykarbonsäure, beispielsweise Maleinanhydrid, Maleinsäure, Fumarsäure, Itakonsäure und Itakonanhydrid und wenigstens einer gesättigten Polykarbonsäure, wie Trimellitsäure, Trimellitanhydrid, Pyromellitsäure und Pyromellitanhydrid bestehen; und ungesättigte Polyester mit Säurewert von 40 bis 200, die dadurch gewonnen werden, daß man Säureanhydrid den Hydroxylgruppen von Veresterungsprodukten reagieren läßt, die aus wenigstens einer ungesättigten Polykarbonsäure, wie beispielsweise Maleinanhydrid, Maleinsäure, Fumarsäure, Itakonsäure und Intakonanhydrid sowie mehrwertigem Alkohol, der mehr als 5 Gew.-°/o 3- oder höherwertiger Alkohol enthält, reagieren läßt.

Ungesättigte Epoxide mit hohen Säurezahlen

Ungesättigte Epoxide mit Säurezahlen von 40 bis 200, die dadurch hergestellt werden, daß man Säureanhydrid

zu den restlichen Hydroxylgruppen von Additionsprodukten hinzugibt, die aus n-Molen der Glycidylgruppe in Polyglycidylverbindungen hergestellt sind, wie Epikote 828,1001 und 1004 (Warenzeichen: hergestellt durch die Firma Shell Chemical Co., Ltd.). Diese Polyglycidylverbindungen enthalten Glycidylgruppen. Weiterhin verwendet man π-2-Mole an !Carboxylgruppen in Dikarbonsäuren, wie Maleinsäure und Adipinsäure, sowie 2 Mole ungesättigter Karbonsäuren, wie Acrylsäure und Methacrylsäure; und ungesättigte Epoxide mit Säurezahlen von 40 bis 200, die durch die Reaktion zwischen ungesättigten Glycidylverbindungen, wie Glycidylacrylat und Glycidylmethacrylat, und der Verbindung erhalten werden, die durch Hinzugeben von Säureanhydrid zu den verbleibenden Hydroxygruppen des Additionsproduktes gewonnen werden, welches aus /7-Molen an Glycidylgruppen in Polyglycidylverbindungen und π + 2-Molen an Karboxylgruppen in Dikarbonsäure erhalten werden.

Anionische ungesättigte Acrylharze

Die anionischen ungesättigten Acrylharze, auf die

oben Bezug genommen wurde, sind Copolymere von Acryl- oder Methacrylsäure und Acryl- oder Methacryle;tern, welche der nachfolgenden Gleichung (1) und

3C anderen Bedingungen genügen:

C + 5P + 1OS = A. (1)

Dabei bedeutet C die Konzentration (Mol/kg) an Karboxylgruppen im Harz, P die Konzentration (Mol/kg) von Phosphatgruppen im Harz und S Sulfongruppen (Mol/kg) im Harz. A bedeutet in der Gleichung (1) 0,8 bis 5 (Mol/kg), während die Konzentration der fotopolymerisierbaren, äthylenisch ungesättigten Gruppen im Harz 0,1 bis 5 (Mol/kg) beträgt. Die Herstellung des Copolymeren aus Acryl- oder Methacrylsäure und Acryl- oder Methacrylestern erfolgt nach herkömmlichen Verfahren. Um Karboxylgruppen in das Harz einzuführen, werden ungesättigte Karboxylverbindungen, wie Acryl- oder Methacrylsäure als Copolymerkomponenten verwendet. Die Phosphatgruppen werden dadurch eingeführt, das ungesättigte Phosphatester verwendet werden, wie Phosmer M und Phosmer Cl (Warenzeichen, hergestellt durch die Firma Yushi Seihin Co., Ltd., Japan) und Sulfongruppen,

so ungesättigte Sulfonatester, wie 2-Sulfoäthylacrylat oder -methacrylat, und 3-Sulfopropylacrylat oder -methacrylat. Um fotopolymerisierbare, äthylenisch ungesättigte Gruppen in das Harz einzuführen, läßt man eine ungesättigte Glycidylverbindung, wie Glycidylacrylat oder -methacrylat, mit Karboxylgruppen, Phosphatgruppen oder Sulfongruppen reagieren, die in dem Harz enthalten sind.

Kationisch ungesättigte Acrylharze

Ungesättigte Acrylharze, die durch die Reaktion zwischen einer ungesättigten Glycidylverbindung, wie Glycidylacrylat oder -methacrylat, und den Copolymere aus Methacrylestern erhalten werden, welche mehr als 5 Gew.-°/o ungesättigter Aminoverbindungen enthalten, wie beispielsweise 2-Diäthylaminoäthylacrylat oder -methacrylat, Tert-butylaminoäthylacrylat oder -methacrylat und Vinylpyridin; ein ungesättigtes Acrylharz, welches durch Chlormethvlierune von Polvstvrol und

Quaternisierung des Produktes mit einer ungesättigten Aminoverbindung erhalten wird; und das Adduct, welches aus Polyäthylenimin und einer ungesättigten Glycidylverbindung hergestellt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich bei verschiedenen Arten von Enzymen und mikrobiellen Zellen anwenden. Die Aktivität derselben wird in einem hohen Verhältnis erhalten, nachdem sie immobilisiert worden sind. Im folgenden sind verschiedene Enzyme und mikrobielle Zellen als Beispiele aufgeführt, jedochsind diese Beispiele nicht begrenzt hinsichtlich der Erfindung.

Enzyme:

Urease, Glukoseoxidase, Katalase, Glukoamylase, Glukoseisomerase, Invertase, Glukoseoxidase-Katalase, Lactase, D-Aminosäureoxidase, a-Galaktosidase, Aminoacrylase, Aspartase und Penizillinamidase.

Mikrobielle Zellen:

Zellen von Lactobacillus bulgaricus, Aerobacter aerogenes, Bacillus subtilis, Azotobacter vinelandii und Proteus vulgaris.

Um die Fotopolymerisation bei erfindungsgemäßen Verfahren zu beschleunigen, können bekannte Fotosensibilisatoren der Enzymharzzusammensetzung zugesetzt werden.

Beispiele derartiger Fotosensibilisatoren sind a-Karbonylalkohole, wie Benzoin und Acetoin; Acyloinäther wie Benzoinmethyläther, Benzoinäther, Benzoinisopropyläther, Anisoinäthyläther und Pivaloinäthyläther; α-substituierte Acryloine, wie a-Methylbenzoin und a-Methaoxybenzoin; Polycyclische aromatische Verbindungen, wie Naphthol und Hydroxyanthracen; Azoamide wie beispielsweise 2-Cyano-2-Butylazoformamid; und Metallsalze, wie Uranylnitrat und Eisenchlorid. Weiterhin können auch Merkaptane, Disuflide, Halogenide und Farbstoffe verwendet werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Enzymharzzusammensetzung zunächst in die gewünschte Form gebracht, woraufhin dann die Zusammensetzung mit aktinibcher Strahlung behandelt wird. Solange die aktinischen Strahlen auf die zu härtende Zusammensetzung auftreffen, kann die Zusammensetzung in jedwede gewünschte Form und Dicke gebracht werden, und zwar mit oder ohne Behälter oder Umhüllung. Beispielsweise kann die Zusammensetzung auf die Oberfläche eines Artikels aufgebracht werden. Auch kann die Zusammensetzung auf ein anderes Material auflaminiert werden, auch in einen transparenten Behälter eingebracht werden. Schließlich ist ein Einimprägnieren in ein poröses Material möglich. Fernerhin kann die Zusammensetzung auch unter Bestrahlung frei strömen. Die Artikel, die mit der Zusammensetzung versehen werden wollen, können beliebiger natürlicher und synthetischer Art sein, einschließlich gestrickter oder gewebter Bekleidungsstücke oder Textilien. Metallerzeugnissen oder dergleichen.

Als Lichtquelle für die aktinische Strahlung ist jedwedes Gerät geeignet, welches Lichtstrahlen im Bereich von 2500 bis 6000 Ä Wellenlänge abgibt. Als Beispiele für derartige Lichtquellen sind Hochdruckquecksilberlampen, Niederdruckquecksilberlampen, Fluorescenzlampen, Xenonlampen, Kohlelichtbögcn sowie Sonnebestrahlung zu nennen. Die Bestrahlungszeit liegt allgemein zwischen I Minute und zehn Minuten. Fs ist vorteilhaft, Lichtstrahlen in einer Atmosphäre aus einem Inertgas einwirken zu lassen, um die Bestrahlungszeit herabzusetzen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. In den Ausführungsbeispielen, wenn nicht anders angegeben, Teile und Prozente immer bezogen auf das Gewicht angegeben.

Beispiel 1

ίο Zwei Mole von Epikote-lOOl-Harze (Warenzeichen, hergestellt durch die Firma Shell Chemical Co.) ließ man mit einem Mol Adipinsäure reagieren. Das Reaktionsprodukt wurde mit 4,5 Molen Sukzinsäureanhydrid umgesetzt. Dann wurde das Reaktionsprodukt mit 2,75 Molen Glycidylmethacrylat umgesetzt, woraus sich ein fotohärtbares Harz mit einer Säurezahl von 75 und einem mittleren zahlenmäßigen Molekulargewicht von 4100 ergab. Eine einheitliche Mischung wurde aus 85 Teilen des beschriebenen fotohärtbaren Harzes, 5 Teilen O,2°/oiger NaOH-Lösung, 1 Teil Benzoinäthyläther und 10 Teile von O,5°/oiger Glukoseoxidase (mit Katalasegehalt) hergestellt. Die Glukoseoxidase wird dabei in Form einer wäßrigen Lösung verwendet, die durch Auflösen in einer 0,1 molaren Phosphatpufferlösung mit einem pH-Wert von 5,6 hergestellt wurde. Diese Mischung wurde auf eine Platinelektrode aufgebracht, indem die Elektrode in die Mischung eingetaucht wurde. Die mit der Mischung beschichtete Plattenelektrode wurde dann bestrahlt, indem eine Niederdruckquecksilberlampe bei einer Temperatur von unterhalb 25° C für fünf Minuten einwirkte. Hierdurch ergab sich eine Elektrode, die mit immobilisiertem Enzym beschichtet war. Die auf diese Weise erhaltene Enzym-Elektrode und eine andere Bleielektrode als Gegenelektrode wurden in eine O,l°/oige Glukoselösung eingetaucht. Es wurden e ektrische Messungen ausgeführt, als deren Resultat dl·; Ansprache der Elektroden auf die Glukose beobachtet wurden. Ein fotohärtbares Harz mit einem zahlenmäßigen Molekulargewicht von etwa 20 000 wurde aus 300 Teilen Äthylacrylat, 100 Teilen Methacrylsäure, 80 Teilen Styrol, 20 Teilen Phosmer M (Warenzeichen für Phosphormonoester von Methacrylat, hergestellt durch Yushi Seihin Co., Ltd.) und 50 Teilen Glacidylmethacrylat hergestellt. Dann wurden 90 Teile dieses fotohärtbaren Harzes, 5 Teile einer O,2°/oigen wäßrigen Lösung von Ätznatron, 10 Teile einer 0,l%igen Urease-Pufferlösung und 1 Teil Benzoinäthyläther gleichmäßig vermischt. Eine Glasplatte von 3 mm Dicke wurde horizontal angeordnet und dann wurde auf der Glasplatte ein quadratischer Rahmen (5 cm χ 5 cm als Innenabmessung) mittels Abstandshaltern von 1 mm Dicke gebildet. Die Mischung wurde in den Innenrahmen der Glasplatte eingegossen. Ein Polyesterfilm von

^r)5 0,3 mm wurde dicht über der Mischung angeordnet. Dann erfolgte die Bestrahlung bei einer Temperatur von weniger als 35⁰C für zwei Minuten unter Verwendung einer 2-kW-Hochdruckquecksilberlampe, die 5 cm oberhalb angebracht war. Auf diese Weise wurde ein

M) transparenter, verfestigter Film erhalten. Dieser Film wurde mit 200 ml destillierten Wasser abgespült und in eine O.OImolare Harnstofflösung von 100ml eingetaucht, die dadurch hergestellt worden war, daß Harnstoff in 0,01-M-Phosphatpufferlösung aufgelöst

h^r> wurde. Dann ließ man die Reaktionspartner 30 Minuten lang bei 30°C umsetzen. Nach der Reaktion wurden 5 ml der Reaktionslösung herausgenommen. Nach dem Zusatz von 5 ml 0,1-N-HCI-Lösung erfolgte eine

Rücktitrierung mit 0,05-N-NaOH-Lösung. Als Ergebnis ergab sich, daß das Verhältnis der Aktivität zu demjenigen von nativer Urease 75% betrug.

Beispiel 3

Ein fotohärtbares Harz wurde hergestellt, indem man 100 Teile Polyäthylenimin (Molekulargewicht 1000) mit 15 Teilen Glycidylmethacrylat in 100 Teilen Dimethylformamid umsetzte. 85 Teile dieses fotohärtbaren Harzes, 5 Teile 0,2%iger NaOH-Lösung, 10 Teile der durch Auflösen von 0,1% Invertase und 0,5% Glukoseoxidase in Phosphatpufferlösung bei einem pH-Wert von 6,0 erhaltenen zusammengesetzten Enzymlösung und drei Teile Benzophenon wurden innig miteinander vermischt. Faserförmige Diäthylaminoäthylcellulose wurde lfach hingelegt und mit der oben angegebenen Mischung imprägniert, wodurch sie eine 1 mm dicke Schicht der Mischung ergab. Eine Polyesterfolie mit einer Dicke von 0,3 mm wurde hier übergelegt. Die Bestrahlung erfolgte bei einer Temperatur von weniger als 35°C drei Minuten lang unter Verwendung einer Niederdruckquecksilberlampe aus der Richtung oberhalb des Polyesterfilms, wodurch sich ein immobilisierter Enzymfilm, welcher das Trägermaterial enthielt, ergab. Dieser wurde in quadratische Stücke mit einer Kantenlänge von 1 cm zerschnitten. Dann erfolgte ein sechsmaliges Waschen mit zwei Litern destillierten Wassers. Die quadratischen Stücke des Enzymfilmes wurden in 100 ml einer 2%igen Sukroselösung eines Substrates eingebaut und so bei 40⁰C 60 Minuten lang gehalten. Als Resultat ergab sich, daß der pH-Wert der Lösung um 1,2 erniedrigt wurde.

Beispiel 4

Zwei Mole von Epikote-1001 (Warenzeichen, Shell Chemical Co.,) ließ man mit 1 Mol Adipinsäure reagieren. Das Reaktionsprodukt wurde dann mit 4,5

ίο Molen Sukzinsäureanhydrid verestert. Weiterhin ließ man das Produkt mit 2,75 Molen Glycidylmethacrylat reagieren, wodurch man ein fotohärtbares Harz erhielt, welches eine Säurezahl von 75 und ein zahlenmäßiges mittleres Molekulargewicht von 4100 hat. Weiterhin

is wurden 85 Teile des vorstehend definierten fotohärtbaren Harzes 5 Teile 0,2%iger NaOH-Lösung, 10 Teile proteus vulgaris (mikrobielle Zellen), suspendiert in 0,1-M-Phosphatpufferlösung mit einem pH-Wert von 7,0, und 1 Teil Benzoinmethyläther einheitlich miteinander vermischt. Die so erhaltenen Mischung wurde in den Innenrahmen, der auch in Beispiel 2 verwendet wurde, eingegossen. Dann wurde eine 0,2 mm dicke Polyesterfolie dicht über der Mischung angeordnet. Die Mischung wurde durch Bestrahlung mit Lichtstrahlen bei einer Temperatur unterhalb 35°C für eine Minute gehärtet, indem eine Niederdruckquecksilberlampe von oberhalb des Filmes eingesetzt wurde. Hierdurch ergab sich ein Film aus immobilisierten mikrobiellen Zellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum biologischen Festlegen von Enzymen oder mikrobiel'sn Zellen, bei dem eine wäßrige Dispersion von Enzymen oder mikrobiellen Zellen einerseits und einem durch Bestrahlung härtbaren Polymeren andererseits hergestellt und die Mischung anschließend zum Härten bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymeres ein fotohärtbares Harz (mittleres zahlenmäßiges Molekulargewicht von 300 bis 30 000) verwendet wird, welches zwei oder mehr fotopolymerisierbare, äthylenisch ungesättigte Gruppen pro Molekül sowie ionische hydrophile Gruppen aufweist; und daß die Mischung in situ mit aktinischer Strahlung bestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere zahlenmäßige Molekulargewicht des fotohärtbaren Harzes zwischen 500 und 20 000 liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der aktinischen Strahlung im Bereich von 2500 bis 6000 Ä liegt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung des fotohärtbaren Harzes ein Reaktionszusatz aus einem Polymerisationsinitiator und/oder einem Fotosensibilisator zugesetzt wird.

5. Biologisch immobilisierte Enzyme oder mikrobielle Zellen, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.