JP2003210168A - 酵素固定化法および固定化酵素膜 - Google Patents

酵素固定化法および固定化酵素膜

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JP2003210168A
JP2003210168A JP2002013278A JP2002013278A JP2003210168A JP 2003210168 A JP2003210168 A JP 2003210168A JP 2002013278 A JP2002013278 A JP 2002013278A JP 2002013278 A JP2002013278 A JP 2002013278A JP 2003210168 A JP2003210168 A JP 2003210168A
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enzyme
membrane
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immobilized enzyme
coupling agent
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JP2002013278A
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English (en)
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Hidetoki Akiyama
英時 秋山
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Jokoh Co Ltd
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Jokoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来型の固定化酵素膜は、目的酵素の固定化
および、通常三相となる膜の一枚化が煩雑かつ困難であ
り、技術的に難易度が高かった。 【解決手段】 試料側の相である高分子化合物膜にシラ
ンカップリング剤を導入し、その官能基に二価性試薬な
どを介して目的酵素を結合させるという酵素固定化法、
およびその酵素固定化相側に、溶剤に溶解させた別種ま
たは同種の高分子化合物の混合液を撒くことにより薄膜
を形成させ、かつ一枚化した固定化酵素膜を作製するこ
とにより、上記課題が解決された。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、臨床、食品、生化
学的研究分野などにおいて広範囲に利用できる酵素固定
化法および固定化酵素膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の固定化酵素膜は、以下の3種の相
を重ね合わせて構成されていた。
【0003】(a)試料側相 孔径0.05〜5μm程
度の孔の空いたポリカーボネート膜相。この孔径は、目
的分子を通過させ、それ以上の分子量を持つ化合物類を
通過させないための大きさである。たとえば血液・血清
試料では、その成分であるタンパク質などを通過さな
い。
【0004】(b)酵素固定化相 目的分子と酵素反応
させる酵素を固定化した相。通常は、ある種の高分子化
合物に官能基を結合させ、その官能基に二価性試薬など
を用いて目的酵素を結合させて作製する。
【0005】(c)プローブ(酸素電極、過酸化水素電
極、アンモニア電極など)側相 孔径0.5nm程度の
孔の空いた薄膜相。この孔径は、酵素反応後の分子、た
とえば酸素、過酸化水素、アンモニアなどを通過させ、
酵素反応前の分子を通過さないための大きさである。
【0006】上記3相において、特に(b)酵素固定化
相 の作製は煩雑かつ困難であり、さらに上記3相(3
枚の膜)を貼り合わせて一枚化することも、技術的に難
易度が高かった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来型
の固定化酵素膜は、目的酵素の固定化および膜の一枚化
が煩雑かつ困難であり、技術的に難易度が高かった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような事情
に鑑みなされたものであり、酵素の固定化および各相の
一枚化の調製が容易であるにもかかわらず、直線性、選
択性、かつ機械的強度に優れた固定化酵素膜、およびそ
れを作製するための酵素固定化法を提供することを目的
とする。
【0009】
【発明の構成】このような本発明の目的は、試料側の相
である高分子化合物膜にシランカップリング剤を導入
し、導入したシランカップリング剤の官能基に、二価性
試薬などを介して酵素を結合させるという酵素固定化
法、およびその酵素固定化相側に、溶剤に溶解させた別
種または同種の高分子化合物を撒くことにより薄膜を形
成させ、かつ一枚化した固定化酵素膜によって達成され
た。
【0010】註 試料側の高分子化合物がポリカーボネ
ートである場合
【0011】通常、ポリカーボネートにアミノ基を含ん
だ化合物を導入するとエポキシ化合物類似の硬化反応が
生じ、当該化合物はその結果生じるアミノ基を介した架
橋のためにボロボロに崩れてしまう。しかし本発明で
は、当該膜の表面相にアミノ基を導入するため、そのよ
うな機械的劣化は生じない。またアミノ化シラン以外の
シランカップリン剤、たとえばチオール化シランを用い
た場合は、当然そのような反応は生じない。
【0012】すなわち本発明は、酵素固定化相と試料側
の相が調製の初期段階で一体化しているため、その先の
処理が容易であり、また酵素反応前の目的分子およびプ
ローブに影響を与える分子類(たとえば過酸化水素な
ど)がプローブ上に到達しえないように行うプローブ側
薄膜処理も、溶剤に溶解させた高分子化合物を用いるこ
とにより容易に実行できる。またそれぞれの段階の処理
自体が簡便であるため、特別な機材を有しない一般者で
も、材料さえ揃えば、作業の翌日には安定した固定化酵
素膜を得ることができる。加えて、使用する材料も一般
入手可能なものであるため、汎用性かつ応用性が非常に
広い。
【0013】
【発明の構成の詳細な説明】試料側膜に用いる高分子化
合物には、ポリカーボネートなどの機械的強度の高い膜
を用いる。なおポリカーボネートを用いる場合、当該化
合物を自製してもよいが、孔径0.05〜5.0μmの
市販品を用いるのが最も簡便である。
【0014】固定化に必要なシランカップリング剤に
は、アミノ化シランまたはチオール化シランなど、二価
性試薬類と結合可能なものを用いる。
【0015】二価性試薬には、その用途に合わせて、グ
ルタルアルデヒド(アミノ基対象)やN’−[2−(N
−マレイミド)エチル]−N−ピペラジルD−ビオチナ
ミド塩酸塩(チオール基対象)などを用いる。
【0016】固定化する酵素には、その目的に合った酵
素を用いる。たとえばグルコース応答膜を作製したい場
合はグルコースオキシダーゼを、複数の反応の後生じる
基質を測定したい場合は、その系に見合った複数の酵素
類を用いる。
【0017】
【発明の実施の形態】
【0018】
【実施例1】おけるはじめに使用した原料および器材を
記す(代表例)。
【0019】ポリカーボネート膜 ミリポア製 0.2
0μmフィルター 型番GTTP04700
【0020】シランカップリング剤 信越シリコーン製
N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジ
メトキシシラン 型番KBM−602
【0021】グルコースオキシダーゼ 東洋紡製 型番
GLO−201
【0022】グルタルアルデヒド 和光純薬工業製 2
5%グルタルアルデヒド溶液 型番079−00533
【0023】L−(+)−リシン 東京化成工業製 型
番L019
【0024】アセチルセルロース コダック製 モノア
セチルセルロース 型番117−3251
【0025】ポリ酢酸ビニル 和光純薬工業製 ポリ酢
酸ビニル(メタノール溶液) 型番222‐00465
【0026】モレキュラシーブス 和光純薬工業製 モ
レキュラシーブス3A 1/16 型番134−060
95
【0027】その他の試薬 エチルアルコール、酢酸メ
チル、テトラヒドロフラン(THF)は特級品を用い
た。水は、ミリポア社製超純水装置から供給される超純
水を用いた。
【0028】その他に器材として、ガラス板、弗素樹脂
シール、平型ピンセット、ビーカー、シャーレ、可変ピ
ペット、ハトメ抜き(9mm)などを、装置として真空
乾燥器などを用いた。
【0029】作製法
【0030】1.ポリ酢酸ビニルのアルコール溶液約5
gをシャーレに取り、真空乾燥器を用いて、約100℃
で6時間乾燥させ、アルコールを除いた。
【0031】2.乾燥させたポリ酢酸ビニル200mg
を、まず20mLのTHFに溶解し、ついで攪拌しなが
ら酢酸メチル60mLを加え、その後、モレキュラシー
ブスを加えて水分を除いた。
【0032】3.モノアセチルセルロース1200mg
を80mLの酢酸メチルに溶解し、ついで2.4mLの
エチルアルコールを加えてよく攪拌した後、モレキュラ
シーブスを加えて水分を除いた。
【0033】4.シランカップリング剤1.6mLを8
0mLのエチルアルコールに溶解し、モレキュラシーブ
スを加えて水分を除いた。
【0034】5. ガラス板に弗素樹脂シールを貼り、そ
の上にシランのエタノール溶液100μLを滴下し、ポ
リカーボネート膜の光沢のない面を下にして溶液の上に
ゆっくりとのせ、下面一面に溶液を延ばした。
【0035】註 その際、溶液が表面側(上面)にまわ
り込まないように注意する。
【0036】6.数分後、溶液が乾いたのを確認し、同
様操作をもう一度繰り返す。
【0037】7.膜の端を平型ピンセットでつまみ、予
め用意しておいたビーカー内の純水で、斑模様が見えな
くなるまで数回洗った。
【0038】8.溶液にさらした面を上にして、シャー
レ内に膜をおいた。
【0039】9.グルコースオキシダーゼ25mgを5
mLの純水に溶解し、溶解後、25%グルタルアルデヒ
ド溶液250μLを加えた。
【0040】10.上記で調製したグルコースオキシダ
ーゼ溶液を、ポリカーボネート膜を入れたシャーレに注
ぎ、室温で一晩(12時間)放置した。
【0041】11.放置後、膜を水洗し、別のシャーレ
に入れた。
【0042】12.L−(+)−リシン50mgを5m
Lの純水に溶解し、上記シャーレに注ぎ入れた。
【0043】13.1時間後、膜を水洗し、純水を満た
した別のシャーレに入れ、2時間放置した。
【0044】14.放置後、膜を室温乾燥した。
【0045】15.先ほど用意した酢酸ビニル溶液とモ
ノアセチルセルロース溶液を1:2の割合で混合した。
【0046】16.乾燥した酵素膜を、酵素固定化面
(光沢のない面)を上にして弗素樹脂シールを貼ったガ
ラス板の上にのせ、まず300〜400μLの酢酸メチ
ルを膜の中央から滴下して膜を延ばした。
【0047】17.ついでその液が乾かないうちに、1
200μLの酢酸ビニル−モノアセチルセルロース混合
溶液を、2回に分けて膜に滴下し、室温で自然乾燥させ
た。
【0048】18.乾燥後、9mmのハトメ抜きで固定
化酵素膜をくり貫いた。
【0049】註 9mmのハトメ抜きは、この先の実験
に用いる過酸化水素電極プローブに合わせたもの。使用
する機材によって、くり貫く大きさを替える必要があ
る。
【0050】
【実施例2】
【0051】1.実施例1で使用したポリカーボネート
膜を0.05μmフィルター(ミリポア製、型番VMT
P04700)に、モノアセチルセルロール溶液の濃度
を400mg/80mL(エチルアルコール 0.8m
L)に替え、後は同様手順で作製した。
【実施例3】
【0052】1.実施例1で使用したポリカーボネート
膜を0.10μmフィルター(ミリポア製、型番VCT
P04700)に、モノアセチルセルロール溶液の濃度
を800mg/80mL(エチルアルコール 1.6m
L)に替え、後は同様手順で作製した。
【0053】
【実験例】図1に示した構成の測定装置に実施例の固定
化酵素膜を装着し、直線性、選択性の実験を行った。
【0054】使用試薬
【0055】測定用緩衝液(リン酸緩衝液) EDTA
−2K 0.60g、安息香酸ナトリウム 1.00g、
塩化ナトリウム 3.00g、リン酸水素二ナトリウム
一水和物 7.49g、リン酸二水素ナトリウム 1.
91gを、純水1Lに溶解した。pH7.3。
【0056】測定用校正液(グルコース濃度180mg
/dL) α−d−グルコース 1.80g、安息香酸
ナトリウム 2.00g、EDTA−2K 1.00g
を、純水1Lに溶解した。
【0057】試料用緩衝液(リン酸緩衝液) A液
(0.2Mリン酸水素ナトリウム360mL、0.2M
リン酸二水素ナトリウム140mLを混和したもの)、
B液(3.0M塩化ナトリウム)のそれぞれ50mL、
およびアジ化ナトリウム10gを加え、純水で1Lに希
釈した。
【0058】実験法
【0059】直線性
【0060】実施例の固定化酵素膜を用い、前記試料用
緩衝液でα―d−グルコース濃度が0、50、100、
200、300、400、500、700mMになるよ
うに調製した試料を測定用緩衝液で24倍希釈し、その
電流値を測定した(n=2)。
【0061】選択性
【0062】試料用緩衝液に、L−アスコルビン酸を濃
度が10mM(176.13mg/dL)、100mM
(1761.3mg/dL)になるように溶解し、その
2溶液を測定用緩衝液で24倍希釈し、試料として測定
した。
【0063】結果
【0064】直線性および選択性実験の結果を、表1、
表2に示した。
【0065】
【表1】
【0066】
【表2】
【0067】
【発明の効果】以上のように本発明は、試料側の相であ
る高分子膜にシランカップリング剤を導入し、その官能
基に二価性試薬などを介して酵素を結合させるという酵
素固定化法、およびその酵素固定化相側に、溶剤に溶解
させた別種または同種の高分子化合物を撒くことにより
薄膜を形成させ、かつ一枚化した固定化酵素膜を採用す
ることにより、酵素の固定化および各相の一枚化の調製
が容易であるにもかかわらず、直線性、選択性、かつ機
械的強度に優れた固定化酵素膜を、臨床、食品、生化学
など、各研究分野に提供することができる。またそれぞ
れの段階の処理自体が簡便であるため、特別な機材を有
しない一般者でも、材料さえ揃えば、作業の翌日には安
定した固定化酵素膜を得ることができる。加えて、使用
する材料も一般入手可能なものであるため、汎用性かつ
応用性が非常に広い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の酵素固定化法を用いた固定化酵素膜
を使用する際に用いた測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1・・・固定化酵素膜 2・・・プローブ(過酸化水素電極など) 3・・・測定セル 4・・・緩衝液、または試料溶液 5・・・外部電源 6・・・電流計または抵抗 7・・・記録計

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子化合物よりなる膜にシランカップ
    リング剤を導入し、そのシランカップリング剤の官能基
    に目的酵素を結合させたことを特徴とする酵素固定化法
    および固定化酵素膜
  2. 【請求項2】 前記高分子化合物がポリカーボネートで
    あることを特徴とする酵素固定化法および固定化酵素膜
  3. 【請求項3】 前記シランカップリング剤がアミノ化シ
    ランであることを特長とする請求項1、2記載の酵素固
    定化法および固定化酵素膜
  4. 【請求項4】 前記高分子化合物膜の酵素固定化相側
    に、溶剤に溶解した高分子化合物を撒いて薄膜を形成さ
    せ、かつ一体化させたことを特長とする請求項1、2、
    3記載の酵素固定化法および固定化酵素膜
  5. 【請求項5】 前記薄膜の少なくともひとつがアセチル
    セルロースであることを特徴とする請求項1、2、3、
    4記載の固定化酵素膜
  6. 【請求項6】 前記薄膜の少なくともひとつがポリ酢酸
    ビニルであることを特徴とする請求項1、2、3、4記
    載の固定化酵素膜
  7. 【請求項7】 前記薄膜にアセチルセルロースおよびポ
    リ酢酸ビニルが同時に含まれることを特徴とする請求項
    1、2、3、4、5、6記載の固定化酵素膜
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