JP2012026993A - 酵素電極及び当該酵素電極を用いた酵素センサ - Google Patents
酵素電極及び当該酵素電極を用いた酵素センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012026993A JP2012026993A JP2010168920A JP2010168920A JP2012026993A JP 2012026993 A JP2012026993 A JP 2012026993A JP 2010168920 A JP2010168920 A JP 2010168920A JP 2010168920 A JP2010168920 A JP 2010168920A JP 2012026993 A JP2012026993 A JP 2012026993A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- enzyme
- electrode
- mesoporous silica
- silica layer
- pores
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title claims abstract description 226
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title claims abstract description 226
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 283
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 138
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 239000013076 target substance Substances 0.000 claims description 20
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 16
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 claims description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 206
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 47
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 24
- 239000005515 coenzyme Substances 0.000 description 19
- 108010029541 Laccase Proteins 0.000 description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- -1 kanemite Chemical compound 0.000 description 9
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 5
- RLFWWDJHLFCNIJ-UHFFFAOYSA-N 4-aminoantipyrine Chemical compound CN1C(C)=C(N)C(=O)N1C1=CC=CC=C1 RLFWWDJHLFCNIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 4
- 229940072417 peroxidase Drugs 0.000 description 4
- NGVDGCNFYWLIFO-UHFFFAOYSA-N pyridoxal 5'-phosphate Chemical compound CC1=NC=C(COP(O)(O)=O)C(C=O)=C1O NGVDGCNFYWLIFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- WJXSWCUQABXPFS-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxyanthranilic acid Chemical compound NC1=C(O)C=CC=C1C(O)=O WJXSWCUQABXPFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101710088194 Dehydrogenase Proteins 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 description 3
- BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N NAD zwitterion Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 3
- XJLXINKUBYWONI-NNYOXOHSSA-O NADP(+) Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 XJLXINKUBYWONI-NNYOXOHSSA-O 0.000 description 3
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 3
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007979 citrate buffer Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 3
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 3
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 description 3
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 229950006238 nadide Drugs 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 2
- FYGHSUNMUKGBRK-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC=CC(C)=C1C FYGHSUNMUKGBRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J ATP(4-) Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O)[C@@H](O)[C@H]1O ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N Adenosine triphosphate Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1OC(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)C(O)C1O ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 2
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 2
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 2
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 2
- 102000016901 Glutamate dehydrogenase Human genes 0.000 description 2
- 102000004157 Hydrolases Human genes 0.000 description 2
- 108090000604 Hydrolases Proteins 0.000 description 2
- 108090000769 Isomerases Proteins 0.000 description 2
- 102000004195 Isomerases Human genes 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 108010060059 Sarcosine Oxidase Proteins 0.000 description 2
- 102000008118 Sarcosine oxidase Human genes 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000004357 Transferases Human genes 0.000 description 2
- 108090000992 Transferases Proteins 0.000 description 2
- HSCJRCZFDFQWRP-JZMIEXBBSA-N UDP-alpha-D-glucose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1OP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](N2C(NC(=O)C=C2)=O)O1 HSCJRCZFDFQWRP-JZMIEXBBSA-N 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N flavin mononucleotide Chemical compound OP(=O)(O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 2
- 229940013640 flavin mononucleotide Drugs 0.000 description 2
- FVTCRASFADXXNN-UHFFFAOYSA-N flavin mononucleotide Natural products OP(=O)(O)OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011768 flavin mononucleotide Substances 0.000 description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N formaldehyde Natural products O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 235000007682 pyridoxal 5'-phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011589 pyridoxal 5'-phosphate Substances 0.000 description 2
- 229960001327 pyridoxal phosphate Drugs 0.000 description 2
- 235000019231 riboflavin-5'-phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 2
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 229960002363 thiamine pyrophosphate Drugs 0.000 description 2
- 235000008170 thiamine pyrophosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011678 thiamine pyrophosphate Substances 0.000 description 2
- YXVCLPJQTZXJLH-UHFFFAOYSA-N thiamine(1+) diphosphate chloride Chemical compound [Cl-].CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N YXVCLPJQTZXJLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAJLVMGLJZXSGX-SLAFOUTOSA-L (2s,3s,4r,5r)-2-(6-aminopurin-9-yl)-5-methanidyloxolane-3,4-diol;cobalt(3+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2r)-1-[3-[(1r,2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7 Chemical compound [Co+3].O[C@H]1[C@@H](O)[C@@H]([CH2-])O[C@@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1.[N-]([C@@H]1[C@H](CC(N)=O)[C@@]2(C)CCC(=O)NC[C@@H](C)OP([O-])(=O)O[C@H]3[C@H]([C@H](O[C@@H]3CO)N3C4=CC(C)=C(C)C=C4N=C3)O)\C2=C(C)/C([C@H](C\2(C)C)CCC(N)=O)=N/C/2=C\C([C@H]([C@@]/2(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C(C)/C2=N[C@]1(C)[C@@](C)(CC(N)=O)[C@@H]2CCC(N)=O OAJLVMGLJZXSGX-SLAFOUTOSA-L 0.000 description 1
- YPUDISCJWPUYAX-VRPWFDPXSA-N (3S,4S,5R)-2-amino-2,5-bis(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound OCC1(N)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O YPUDISCJWPUYAX-VRPWFDPXSA-N 0.000 description 1
- MSTNYGQPCMXVAQ-RYUDHWBXSA-N (6S)-5,6,7,8-tetrahydrofolic acid Chemical compound C([C@H]1CNC=2N=C(NC(=O)C=2N1)N)NC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 MSTNYGQPCMXVAQ-RYUDHWBXSA-N 0.000 description 1
- KKIGDGWHHNXWNM-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-tripropylbenzene Chemical compound CCCC1=CC=CC(CCC)=C1CCC KKIGDGWHHNXWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LJCNDNBULVLKSG-UHFFFAOYSA-N 2-aminoacetic acid;butane Chemical compound CCCC.CCCC.NCC(O)=O LJCNDNBULVLKSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YEDUAINPPJYDJZ-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxybenzothiazole Chemical compound C1=CC=C2SC(O)=NC2=C1 YEDUAINPPJYDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZTQGWROHRVYSPW-UHFFFAOYSA-N 3-(n-ethyl-3-methylanilino)-2-hydroxypropane-1-sulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CC(O)CN(CC)C1=CC=CC(C)=C1 ZTQGWROHRVYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108090000124 3-hydroxybutyrate dehydrogenases Proteins 0.000 description 1
- 102000034279 3-hydroxybutyrate dehydrogenases Human genes 0.000 description 1
- HRRVLSKRYVIEPR-UHFFFAOYSA-N 6-hydroxy-5-nitroso-1H-pyrimidine-2,4-dione Chemical compound OC1=NC(O)=C(N=O)C(O)=N1 HRRVLSKRYVIEPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100033639 Acetylcholinesterase Human genes 0.000 description 1
- 108010022752 Acetylcholinesterase Proteins 0.000 description 1
- 102000057234 Acyl transferases Human genes 0.000 description 1
- 108700016155 Acyl transferases Proteins 0.000 description 1
- 229930024421 Adenine Natural products 0.000 description 1
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N Adenine Chemical compound NC1=NC=NC2=C1N=CN2 GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010021809 Alcohol dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 102000007698 Alcohol dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 102100039702 Alcohol dehydrogenase class-3 Human genes 0.000 description 1
- 108010025188 Alcohol oxidase Proteins 0.000 description 1
- 239000004382 Amylase Substances 0.000 description 1
- 102000013142 Amylases Human genes 0.000 description 1
- 108010065511 Amylases Proteins 0.000 description 1
- 101000950981 Bacillus subtilis (strain 168) Catabolic NAD-specific glutamate dehydrogenase RocG Proteins 0.000 description 1
- 102100026189 Beta-galactosidase Human genes 0.000 description 1
- 102100035687 Bile salt-activated lipase Human genes 0.000 description 1
- 108010029692 Bisphosphoglycerate mutase Proteins 0.000 description 1
- 108010053652 Butyrylcholinesterase Proteins 0.000 description 1
- 102100035882 Catalase Human genes 0.000 description 1
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 description 1
- 108010089254 Cholesterol oxidase Proteins 0.000 description 1
- 108010000659 Choline oxidase Proteins 0.000 description 1
- 102100032404 Cholinesterase Human genes 0.000 description 1
- RGJOEKWQDUBAIZ-IBOSZNHHSA-N CoASH Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCS)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 RGJOEKWQDUBAIZ-IBOSZNHHSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010077078 Creatinase Proteins 0.000 description 1
- 108010066906 Creatininase Proteins 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000016928 DNA-directed DNA polymerase Human genes 0.000 description 1
- 108010014303 DNA-directed DNA polymerase Proteins 0.000 description 1
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 108090000371 Esterases Proteins 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 101000892220 Geobacillus thermodenitrificans (strain NG80-2) Long-chain-alcohol dehydrogenase 1 Proteins 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N Gluconic acid Natural products OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 description 1
- 102000005731 Glucose-6-phosphate isomerase Human genes 0.000 description 1
- 108010070600 Glucose-6-phosphate isomerase Proteins 0.000 description 1
- 108700023156 Glutamate dehydrogenases Proteins 0.000 description 1
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010009384 L-Iditol 2-Dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 102000003855 L-lactate dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 108700023483 L-lactate dehydrogenases Proteins 0.000 description 1
- 108010073450 Lactate 2-monooxygenase Proteins 0.000 description 1
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 description 1
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 description 1
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 description 1
- 108010026217 Malate Dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 102000013460 Malate Dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 108010014251 Muramidase Proteins 0.000 description 1
- 102000016943 Muramidase Human genes 0.000 description 1
- 108010062010 N-Acetylmuramoyl-L-alanine Amidase Proteins 0.000 description 1
- BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-O NAD(+) Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-O 0.000 description 1
- 101710163270 Nuclease Proteins 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 102000011025 Phosphoglycerate Mutase Human genes 0.000 description 1
- 108090000608 Phosphoric Monoester Hydrolases Proteins 0.000 description 1
- 102000004160 Phosphoric Monoester Hydrolases Human genes 0.000 description 1
- 108091000080 Phosphotransferase Proteins 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M Pyruvate Chemical compound CC(=O)C([O-])=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 108010042687 Pyruvate Oxidase Proteins 0.000 description 1
- 102000004879 Racemases and epimerases Human genes 0.000 description 1
- 108090001066 Racemases and epimerases Proteins 0.000 description 1
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 1
- MEFKEPWMEQBLKI-AIRLBKTGSA-N S-adenosyl-L-methioninate Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](C[S+](CC[C@H](N)C([O-])=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 MEFKEPWMEQBLKI-AIRLBKTGSA-N 0.000 description 1
- 102000007562 Serum Albumin Human genes 0.000 description 1
- 108010071390 Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- 102100026974 Sorbitol dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 108010055297 Sterol Esterase Proteins 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 102000003929 Transaminases Human genes 0.000 description 1
- 108090000340 Transaminases Proteins 0.000 description 1
- 108010092464 Urate Oxidase Proteins 0.000 description 1
- 108010046334 Urease Proteins 0.000 description 1
- 229940022698 acetylcholinesterase Drugs 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 108700014220 acyltransferase activity proteins Proteins 0.000 description 1
- 229960001570 ademetionine Drugs 0.000 description 1
- 229960000643 adenine Drugs 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 108010028144 alpha-Glucosidases Proteins 0.000 description 1
- 102000016679 alpha-Glucosidases Human genes 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical group 0.000 description 1
- 235000019418 amylase Nutrition 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 description 1
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 1
- OHDRQQURAXLVGJ-HLVWOLMTSA-N azane;(2e)-3-ethyl-2-[(e)-(3-ethyl-6-sulfo-1,3-benzothiazol-2-ylidene)hydrazinylidene]-1,3-benzothiazole-6-sulfonic acid Chemical compound [NH4+].[NH4+].S/1C2=CC(S([O-])(=O)=O)=CC=C2N(CC)C\1=N/N=C1/SC2=CC(S([O-])(=O)=O)=CC=C2N1CC OHDRQQURAXLVGJ-HLVWOLMTSA-N 0.000 description 1
- 108010051210 beta-Fructofuranosidase Proteins 0.000 description 1
- 108010005774 beta-Galactosidase Proteins 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 1
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 229940075397 calomel Drugs 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 108010023417 cholesterol dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 238000000970 chrono-amperometry Methods 0.000 description 1
- FDJOLVPMNUYSCM-WZHZPDAFSA-L cobalt(3+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2r)-1-[3-[(1r,2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7,12,17-tris(3-amino-3-oxopropyl)-3,5,8,8,13,15,18,19-octamethyl-2 Chemical compound [Co+3].N#[C-].N([C@@H]([C@]1(C)[N-]\C([C@H]([C@@]1(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=C(\C)/C1=N/C([C@H]([C@@]1(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=C\C1=N\C([C@H](C1(C)C)CCC(N)=O)=C/1C)[C@@H]2CC(N)=O)=C\1[C@]2(C)CCC(=O)NC[C@@H](C)OP([O-])(=O)O[C@H]1[C@@H](O)[C@@H](N2C3=CC(C)=C(C)C=C3N=C2)O[C@@H]1CO FDJOLVPMNUYSCM-WZHZPDAFSA-L 0.000 description 1
- RGJOEKWQDUBAIZ-UHFFFAOYSA-N coenzime A Natural products OC1C(OP(O)(O)=O)C(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)C(O)C(=O)NCCC(=O)NCCS)OC1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 RGJOEKWQDUBAIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005516 coenzyme A Substances 0.000 description 1
- ACTIUHUUMQJHFO-UPTCCGCDSA-N coenzyme Q10 Chemical compound COC1=C(OC)C(=O)C(C\C=C(/C)CC\C=C(/C)CC\C=C(/C)CC\C=C(/C)CC\C=C(/C)CC\C=C(/C)CC\C=C(/C)CC\C=C(/C)CC\C=C(/C)CCC=C(C)C)=C(C)C1=O ACTIUHUUMQJHFO-UPTCCGCDSA-N 0.000 description 1
- 235000017471 coenzyme Q10 Nutrition 0.000 description 1
- 229940093530 coenzyme a Drugs 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003869 coulometry Methods 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- KDTSHFARGAKYJN-UHFFFAOYSA-N dephosphocoenzyme A Natural products OC1C(O)C(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)C(O)C(=O)NCCC(=O)NCCS)OC1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 KDTSHFARGAKYJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical compound Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001652 electrophoretic deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 description 1
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 description 1
- 108010046301 glucose peroxidase Proteins 0.000 description 1
- 108010051015 glutathione-independent formaldehyde dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000001573 invertase Substances 0.000 description 1
- 235000011073 invertase Nutrition 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 description 1
- AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-M lipoate Chemical compound [O-]C(=O)CCCCC1CCSS1 AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000019136 lipoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004325 lysozyme Substances 0.000 description 1
- 229960000274 lysozyme Drugs 0.000 description 1
- 235000010335 lysozyme Nutrition 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 150000002907 osmium Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 102000020233 phosphotransferase Human genes 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 235000019419 proteases Nutrition 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 150000004059 quinone derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 125000005372 silanol group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 108010038899 sorbitol oxidase Proteins 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 108010085346 steroid delta-isomerase Proteins 0.000 description 1
- 239000005460 tetrahydrofolate Substances 0.000 description 1
- 229960002663 thioctic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
【解決手段】酵素電極10は、電極(作用電極11)と、電極(作用電極11)上に形成されたメソ多孔性シリカ層12と、メソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に固定された酵素13と、を備え、メソ多孔性シリカ層12は、粉末状のメソ多孔性シリカを電極(作用電極11)に電着することによって形成されている。
【選択図】図1
Description
さらに、シリカ系メソ多孔体は多孔質であり比表面積が非常に大きく、また、細孔のサイズが酵素のサイズの0.5〜2.0倍に設定されているため、より大きな吸着量でより高濃度に酵素を固定できるとともに、酵素が凝集を起こして失活してしまうこと等を抑制できる。そのため、優れた感度を有する。
しかし、粉末状のメソ多孔性シリカは、電極上に取り付け難い。電極が微小である場合は特に取り付け難く、信頼性のある取り付けが難しいため、粉末状のメソ多孔性シリカを用いた酵素電極は小型化及び低コスト化が困難である。
電極と、
前記電極上に形成されたメソ多孔性シリカ層と、
前記メソ多孔性シリカ層の細孔の内部に固定された酵素と、を備え、
前記メソ多孔性シリカ層は、粉末状のメソ多孔性シリカを前記電極に電着することによって形成されていることを特徴とする。
前記メソ多孔性シリカ層は、細孔の内部に前記酵素が固定されていない粉末状のメソ多孔性シリカを前記電極に電着することによって形成され、
前記酵素は、真空吸引することによって、前記電着することにより形成されたメソ多孔性シリカ層の細孔の内部に導入されて固定されていることを特徴とする。
前記酵素は、真空吸引することによって、粉末状のメソ多孔性シリカの細孔の内部に導入されて固定され、
前記メソ多孔性シリカ層は、前記真空吸引することにより固定された酵素を細孔の内部に有する粉末状のメソ多孔性シリカを前記電極に電着することによって形成されていることを特徴とする。
前記メソ多孔性シリカ層の細孔の内部に導入され、前記酵素と前記電極との間の電子移動を媒介する媒介物質を備えることを特徴とする。
請求項1〜4の何れか一項に記載の酵素電極を用いて電気化学的計測法により所定の検出対象物質を検出することを特徴とする。
また、メソ多孔性シリカ層12の細孔の内部には、酵素13の他に、電子伝達物質や補酵素などの、酵素13と作用電極11との間の電子移動を媒介する媒介物質が導入されている。
酵素センサ100は、例えば、図1に示すように、検出対象物質を検出する検出部1と、検出部1が備える電極(酵素電極10(作用電極11)、対照電極20及び参照電極30)において発生した電流値を測定するためのポテンショスタット2と、などを備えて構成される。
ポテンショスタット2は、例えば、定電圧計2aと、電流計測器2bと、などを有しており、検出部1が備える各電極(酵素電極10(作用電極11)、対照電極20及び参照電極30)にリード線を介して接続されている。
図2には、検出対象物質が、フェノール系物質であり、酵素が、フェノール系物質に選択的に作用するラッカーゼである場合の原理が例示されている。
メソ多孔性シリカ層12は、電着装置300を用いて、粉末状のメソ多孔性シリカを作用電極11に電着することによって形成される。
具体的には、電着装置300は、例えば、図3に示すように、電着槽301と、電極板302と、直流電源303と、を備えて構成される。
なお、メソ多孔性シリカ分散液には、粉末状のメソ多孔性シリカの他に、バインダー等が含有されていても良い。
例えば、ケイ酸により構成されるメソ多孔性シリカの作製においては、例えば、カネマイトのような層状シリケート、アルコキシシラン、シリカゲル、水ガラス、ケイ酸ソーダ等を好ましく用いることができる。
具体的には、メソ多孔性シリカは、例えば、無機材料を界面活性剤と混合反応させて、界面活性剤のミセルの周りに無機の骨格が形成された界面活性剤/無機複合体を形成させた後、例えば、400℃〜600℃で焼成したり有機溶剤で抽出したりする等して界面活性剤を除去することにより作製される。これにより、メソ多孔性シリカは、無機骨格中に、界面活性剤のミセルと同じ形状のメソポア細孔を有するものとなる。
また、メソ多孔性シリカの作製において、水ガラス等のケイ素含有物質を出発材料とする場合には、例えば、ミセルの周囲にシリケート分子を集合させて重合させることによりシリカを形成し、その後、ミセルを除去することによって細孔を形成することができる。この場合、通常、ミセルの形状は柱状となり、その結果、メソ多孔性シリカに、柱状の細孔が形成されることになる。
メソ多孔性シリカは、作製段階で、界面活性剤のアルキル鎖の長さを変えてミセルの径を変化させることによって、細孔の内径を制御することができる。また、界面活性剤と併せて、トリメチルベンゼン、トリプロピルベンゼン等の比較的疎水性の分子を添加することによって、ミセルを膨潤させ、さらに大きな内径の細孔を形成することもできる。
メソ多孔性シリカの種類としては、細孔のサイズが均一であり、且つ、大きな空隙率を持つという特徴を有する、例えば、KSW、FSM、SBA、MCM、HOM等の公知の種類を採用することができる。
具体的には、メソ多孔性シリカ層12の細孔のサイズ(すなわち、メソ多孔性シリカ層12を形成する粉末状のメソ多孔性シリカの細孔のサイズ)は、酵素13(酵素分子又は活性部位を含む酵素の断片)のサイズの0.5〜2.0倍程度であることが好ましく、酵素13のサイズの0.7〜1.4倍程度であることがより好ましく、酵素13のサイズとほぼ同等であることが最も好ましい。すなわち、メソ多孔性シリカ層12の細孔の直径(中心細孔直径)は、酵素13の直径の0.5〜2.0倍程度であることが好ましく、酵素13の直径の0.7〜1.4倍程度であることがより好ましく、酵素13の直径とほぼ同等であることが最も好ましい。なお、具体的な中心細孔直径の値は、酵素13の直径との関係で決定されるので一律には規定できないが、例えば、1〜50nm程度とすることができる。
メソ多孔性シリカの細孔の深さは、2nm以上である。具体的には、好ましい深さの範囲は20〜1000nmであり、より好ましい深さの範囲は50〜500nmであり、最も好ましい深さの範囲は50〜150nmである。
メソ多孔性シリカの細孔のピッチは、細孔のピッチを細孔の中心間の距離と定義すると、好ましいピッチは2〜500nmであり、より好ましいピッチは2〜100nmであり、最も好ましいピッチは2〜50nmである。
酵素13は、作用電極11上に形成されたメソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に固定されている。
酵素13をメソ多孔性シリカ層12に固定する方法としては、例えば、メソ多孔性シリカ層12に酵素13を含む溶液(酵素溶液)を滴下するディップ法、酵素溶液にメソ多孔性シリカ層12を浸漬する浸漬法などが挙げられるが、特に限定されるものではない。これにより、高次構造と活性を保持したまま、酵素13をメソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に導入して固定することができる。なお、高速かつ確実に酵素13をメソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に導入して固定するには、ディップ法や浸漬法などによりメソ多孔性シリカ層12に酵素溶液を付着させ、その状態のまま真空デシケータ等の中で真空吸引することが好ましい。
さらに、必要に応じて、公知の酵素固定化法(例えば、導電性高分子、グルタルアルデヒド、光架橋性樹脂等を用いる固定化法等)と併用することもできる。
具体的には、酵素13は、例えば、酸化還元酵素、加水分解酵素、転移酵素、異性化酵素などの酵素(酵素タンパク質)である。
また、酵素13は、例えば、生来の酵素分子であっても、活性部位を含む酵素の断片であっても良い。当該酵素分子又は当該活性部位を含む酵素の断片は、例えば、動植物や微生物から抽出したものであっても良いし、所望によりそれを切断したものであっても良いし、遺伝子工学的に又は化学的に合成したものであっても良い。
具体的には、メソ多孔性シリカ層12に固定する酵素13は、例えば、1種類の酵素であっても、分子量及び/又はサイズ(径)が略同一の2種類以上の酵素であっても、分子量及び/又はサイズが異なる2種類以上の酵素であっても良い。また、メソ多孔性シリカ層12に固定する酵素13が2種類以上である場合、酵素13は、例えば、同種の検出対象物質(基質)に作用する2種類以上の酵素であっても、異種の検出対象物質に作用する2種類以上の酵素であっても、同種及び/又は異種の検出対象物質に作用する2種類以上の酵素であっても良い。
ここで、特に、メソ多孔性シリカ層12に固定する酵素13が2種類以上であって、その2種類以上の酵素が異種の検出対象物質に作用する場合、酵素センサ100は、その異種の検出対象物質(2種類以上の検出対象物質)を同時に検出することができる。
電子伝達物質は、酵素13と作用電極11との間の電子の受け渡しを促進するためのものであり、酵素13と作用電極11との間の電子移動を媒介する媒介物質として機能する。
なお、本実施形態では、電子伝達物質を、メソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に導入した状態で、電解液40中に含有させることとするが、これに限ることはなく、電子伝達物質は、電解液40中に含有されていれば任意であり、例えば、反応器40aに導入された電解液40に溶解した状態で電解液40中に含有されていても良いし、メソ多孔性シリカ層12以外の担体に担持された状態で電解液40中に含有されていても良いし、例えば、酵素電極10(作用電極11)等の電極に直接固定された状態で電解液40中に含有されていても良い。また、検出対象物質がフェノール系物質である場合、当該フェノール系物質自体が電子伝達物質の役割を兼ねるが、この場合、その他の電子伝達物質を別途、電解液40中に含有させることとしても良い。
具体的には、電子伝達物質としては、例えば、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、HBT、ABTS、ビオルリン酸(violuric acid、Vio)、NNS、3−ヒドロキシアントラニル酸(3−HAA)、4−アミノアンチピリン等を用いることができる。
また、作用電極11として酸素電極、過酸化水素電極等を利用した場合、反応が溶存酸素濃度に律速されて低濃度の試料しか測定できない、アスコルビン酸等の酸化物質の影響を受けやすく選択性が悪い等の問題が生じる。この場合にも、検出範囲の拡大、選択性の向上を目的として酵素13とともに電子伝達物質を使用することが効果的である。
補酵素は、酵素13の活性の発現を触媒するためのものであり、酵素13と作用電極11との間の電子移動を媒介する媒介物質として機能する。
なお、本実施形態では、補酵素を、メソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に導入した状態で、電解液40中に含有させることとするが、これに限ることはなく、補酵素は、電解液40中に含有されていれば任意であり、例えば、反応器40aに導入された電解液40に溶解した状態で電解液40に含有されていても良いし、メソ多孔性シリカ層12以外の担体に担持された状態で電解液40中に含有されていても良いし、例えば、酵素電極10(作用電極11)等の電極に直接固定された状態で電解液40中に含有されていても良い。
また、補酵素は、例えば、補因子としての各種金属原子や金属イオン、金属錯体、各種色素など(例えば、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Co3+等)とともに電解液40中に含有されていても良い。
そこで、電解液40中に、補酵素を使用した際に生じる酵素13の活性の低下を抑制するための補酵素用活性低下抑制物質を添加するのが好ましい。
補酵素用活性低下抑制物質としては、例えば、生体高分子や、合成高分子、電解質などが挙げられる。
なお、補酵素用活性低下抑制物質は、電解液40中に含有されていれば任意であり、例えば、反応器40aに導入された電解液40に溶解した状態で電解液40に含有されていても良いし、例えば、メソ多孔性シリカ層12やその他の担体に担持された状態で電解液40に含有されていても良い。
また、電解液40に添加される分子量1000以上の生体高分子の種類は、1種類であっても複数種類であっても良い。電解液40に添加される分子量1000以上の合成高分子の種類は、1種類であっても複数種類であっても良い。電解液40に添加される電解質の種類は、1種類であっても複数種類であっても良い。
酵素センサ100の電極方式として、図1では、酵素電極10(作用電極11)と対照電極20と参照電極30との三極方式を示しているが、これに限ることはなく、作用電極と対照電極との二極方式、作用電極と対照電極と参照電極との三極方式の何れを採用しても良い。
作用電極11としては、例えば、金、白金、銅、アルミニウム等の貴金属や、SnO2、In2O3、WO3、TiO2、グラファイト、グラフェン、グラッシカーボンなどを用いることができる。
対照電極20としては、例えば、二極方式の場合は銀、三極方式の場合は銀やその他の金属を用いることができる。
参照電極30としては、例えば、カロメル電極、銀/塩化銀等を用いることができる。
具体的には、例えば、これらの電極は、市販の電解セル、測定セル等で使用する大きな電極であっても良いし、ディスク電極、回転リングディスク電極、ファイバー電極等であっても良いし、例えば、フォトリソグラフィー等の公知の微細加工技術により作製した微小電極(円盤電極、円筒電極、帯状電極、配列帯状電極、配列円盤電極、リング電極、球状電極、櫛型電極、ペア電極等)であっても良い。
具体的には、絶縁性基板上に、各電極を、公知の方法、例えば、スクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法等によって形成することができる。なお、各電極は、全て同一基板上に形成して一体型の酵素センサ100として作製しても良いし、複数の基板上に形成して酵素センサ100を構成しても良いし、別々の電極として作製して酵素センサ100を構成しても良い。
絶縁性基板としては、例えば、シリコン、セラミックス、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料(例えば、微生物生産ポリエステル等)等を用いることができる。
酵素センサ100によるセンシング方法としては、例えば、電気化学的計測法を用いることができる。すなわち、酸化電流又は還元電流を測定するクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法、サイクリックボルタンメトリー法等の公知の計測法を適用することが可能である。測定方式としては、デスポーザブル方式、バッチ方式、フローインジェクション方式等、何れであっても良い。
具体的には、例えば、グルコースセンサでは、グルコースオキシダーゼとペルオキシダーゼの2種類の酵素を固定して、酵素反応(“グルコース+O2 ―(グルコースオキシダーゼ)→ グルコン酸+H2O2”、“H2O2+色源体 ―(ペルオキシダーゼ)→
赤紫色素”)により生成又は消費される過酸化水素と色源体(例えば、4−アミノアンチピリンとN−エチル−N(2−ヒドロキシ−3−スルフォプロピル)−m−トルイジンとの混合物)がペルオキシダーゼを触媒として赤紫色になる色変化を検出することによって、グルコース濃度を測定することができる。
本実施例では、検出対象物質としてフェノール系物質であるカテコールを採用し、メソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に酵素13としてラッカーゼが固定された酵素電極10を備える酵素センサ100を作成して、カテコールを検出した。
まず、作用電極11上にメソ多孔性シリカ層12を形成した。
具体的には、まず、サイズ(径)が7nmよりも若干小さいラッカーゼを固定するので、細孔径が7nmである粉末状のメソ多孔性シリカを準備した。
次いで、準備した粉末状のメソ多孔性シリカ50mgをアセトン水溶液10mlに添加し、5分間超音波にかけて、粉末状のメソ多孔性シリカが十分に分散されたメソ多孔性シリカ分散液を作成した。
次いで、図3に示すような電着装置300に備えられている電着槽301に、作成したメソ多孔性シリカ分散液を収容し、作用電極11(カーボン電極)を、電着槽301に収容されたメソ多孔性シリカ分散液に浸して、電着槽301の下部に配置された対電極となる電極板302(ステンレス板)に対向するように配置した。その状態で、作用電極11を正にして、作用電極11と電極板302との間に直流電源303により+30Vの電圧を1分間印加することにより、作用電極11上にメソ多孔性シリカを電着した。そして、これを、150℃で72時間焼成することによって、メソ多孔性シリカ層12を形成した。なお、当該形成されたメソ多孔性シリカ層12は、80μgであった。
次に、作用電極11上に形成されたメソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に酵素13(ラッカーゼ)を固定して、酵素電極10を作成した。
具体的には、まず、ラッカーゼ10mgをクエン酸バッファ(pH4.0)1mlに溶解させて、酵素溶液を作成した。
次いで、作成した酵素溶液10μlを作用電極11上に形成されたメソ多孔性シリカ層12上に滴下し、これを真空デシケータ内に配置して、2時間真空吸引することにより乾燥させた。
次いで、乾燥させた作用電極11を真空デシケータから取り出して、クエン酸バッファ(pH4.0)を用いて十分に洗浄し、メソ多孔性シリカ層12の細孔の内部以外に固定(吸着)されたラッカーゼを除去することによって、酵素電極10を作成した。
次に、作成した酵素電極10を用いて酵素センサ100を作成した。
具体的には、反応器40aに電解液40としてクエン酸バッファ(pH4.0)を収容して、当該電解液40内に酵素電極10(作用電極11)と対照電極20と参照電極30とを配置し、酵素センサ100として、図1に示すような三極方式の酵素センサを作成した。
次に、作成した酵素センサ100を用いて検出対象物質(カテコール)を検出し、応答電流値の検出対象物質(カテコール)濃度依存性を評価した。
具体的には、カテコールを添加していない電解液40に、電極(酵素電極10(作用電極11)、対照電極20、参照電極30)を用いて電圧を印加し、出力電流値の取得を開始した。次いで、出力電流値の取得中に、電解液40におけるカテコールの濃度が所定の濃度となるように電解液40にカテコールを添加し、当該添加から所定時間経過後に、出力電流値の取得を終了した。そして、電解液40に添加するカテコールの量を調整することにより電解液40におけるカテコールの濃度を変化させて、この一連の操作を繰り返し行った。その結果を図4に示す。
また、比較のために、ラッカーゼが電解液に溶解された遊離酵素の状態で電解液に含有されている酵素センサについても同様にして、応答電流値のカテコール濃度依存性を評価した。その結果も図5に示す。
また、作成した酵素センサ100を用いた場合(実施例)は、電解液40におけるカテコールの濃度が2μmol/l未満だと、カテコールを検出できないことが分かった。そして、図5に示す結果から、カテコールの濃度が2〜100μmol/lの範囲で線形応答を示すことが分かった。
また、酵素センサ100を5つ作成して、各々を用いてカテコールを検出したところ、応答電流値のばらつきが10%以下であることが分かった。
以上の結果から、作成した酵素センサ100は、カテコールを検出するための酵素センサとして、十分に実用的であることが分かった。
すなわち、真空吸引することによって、酵素13をメソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に導入して固定しているので、高速かつ確実に酵素13をメソ多孔性シリカ層12の細孔の内部に導入して固定することができる。
11 作用電極(電極)
12 メソ多孔性シリカ層
13 酵素
100 酵素センサ
Claims (5)
- 電極と、
前記電極上に形成されたメソ多孔性シリカ層と、
前記メソ多孔性シリカ層の細孔の内部に固定された酵素と、を備え、
前記メソ多孔性シリカ層は、粉末状のメソ多孔性シリカを前記電極に電着することによって形成されていることを特徴とする酵素電極。 - 前記メソ多孔性シリカ層は、細孔の内部に前記酵素が固定されていない粉末状のメソ多孔性シリカを前記電極に電着することによって形成され、
前記酵素は、真空吸引することによって、前記電着することにより形成されたメソ多孔性シリカ層の細孔の内部に導入されて固定されていることを特徴とする請求項1に記載の酵素電極。 - 前記酵素は、真空吸引することによって、粉末状のメソ多孔性シリカの細孔の内部に導入されて固定され、
前記メソ多孔性シリカ層は、前記真空吸引することにより固定された酵素を細孔の内部に有する粉末状のメソ多孔性シリカを前記電極に電着することによって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の酵素電極。 - 前記メソ多孔性シリカ層の細孔の内部に導入され、前記酵素と前記電極との間の電子移動を媒介する媒介物質を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の酵素電極。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載の酵素電極を用いて電気化学的計測法により所定の検出対象物質を検出することを特徴とする酵素センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010168920A JP5696283B2 (ja) | 2010-07-28 | 2010-07-28 | 酵素電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010168920A JP5696283B2 (ja) | 2010-07-28 | 2010-07-28 | 酵素電極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012026993A true JP2012026993A (ja) | 2012-02-09 |
JP5696283B2 JP5696283B2 (ja) | 2015-04-08 |
Family
ID=45780063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010168920A Expired - Fee Related JP5696283B2 (ja) | 2010-07-28 | 2010-07-28 | 酵素電極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5696283B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013238398A (ja) * | 2012-05-11 | 2013-11-28 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 酵素センサ及び当該酵素センサの製造方法 |
KR20200066772A (ko) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | 전자부품연구원 | 전기화학식 바이오 센서의 측정방법 |
CN114839247A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-08-02 | 阳江海关综合技术服务中心 | 一种检测虾干中生物胺含量的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6190050A (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バイオセンサ用チツプの製造法 |
WO2006112505A1 (ja) * | 2005-04-20 | 2006-10-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | メソポーラスシリカ厚膜及びその製造方法、吸着装置並びに吸着用膜 |
JP2009020087A (ja) * | 2007-06-15 | 2009-01-29 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 酵素電極及び酵素センサ |
JP2009107899A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | メソポーラスシリカ厚膜の製造方法 |
-
2010
- 2010-07-28 JP JP2010168920A patent/JP5696283B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6190050A (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バイオセンサ用チツプの製造法 |
WO2006112505A1 (ja) * | 2005-04-20 | 2006-10-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | メソポーラスシリカ厚膜及びその製造方法、吸着装置並びに吸着用膜 |
JP2009020087A (ja) * | 2007-06-15 | 2009-01-29 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 酵素電極及び酵素センサ |
JP2009107899A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | メソポーラスシリカ厚膜の製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013238398A (ja) * | 2012-05-11 | 2013-11-28 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 酵素センサ及び当該酵素センサの製造方法 |
KR20200066772A (ko) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | 전자부품연구원 | 전기화학식 바이오 센서의 측정방법 |
KR102178379B1 (ko) | 2018-12-03 | 2020-11-13 | 한국전자기술연구원 | 전기화학식 바이오 센서의 측정방법 |
CN114839247A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-08-02 | 阳江海关综合技术服务中心 | 一种检测虾干中生物胺含量的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5696283B2 (ja) | 2015-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5026873B2 (ja) | 酵素電極、酵素電極の製造方法及び酵素センサ | |
JP5219022B2 (ja) | 酵素電極及び酵素センサ | |
Dzyadevych et al. | Amperometric enzyme biosensors: Past, present and future | |
Yon Hin et al. | Catalytic oxidation of reduced nicotinamide adenine dinucleotide at hexacyanoferrate-modified nickel electrodes | |
Li et al. | Direct electrochemistry of glucose oxidase entrapped in nano gold particles-ionic liquid-N, N-dimethylformamide composite film on glassy carbon electrode and glucose sensing | |
Canbay et al. | Design of a multiwalled carbon nanotube–Nafion–cysteamine modified tyrosinase biosensor and its adaptation of dopamine determination | |
Chen et al. | Biofunctionalized nanoporous gold for electrochemical biosensors | |
Wang et al. | Durable cofactor immobilization in sol–gel bio-composite thin films for reagentless biosensors and bioreactors using dehydrogenases | |
Saleh et al. | Development of a dehydrogenase-based glucose anode using a molecular assembly composed of nile blue and functionalized SWCNTs and its applications to a glucose sensor and glucose/O2 biofuel cell | |
Tkáč et al. | Fructose biosensor based on D-fructose dehydrogenase immobilised on a ferrocene-embedded cellulose acetate membrane | |
Baş et al. | Amperometric biosensors based on deposition of gold and platinum nanoparticles on polyvinylferrocene modified electrode for xanthine detection | |
Çolak et al. | Glucose biosensor based on the immobilization of glucose oxidase on electrochemically synthesized polypyrrole-poly (vinyl sulphonate) composite film by cross-linking with glutaraldehyde | |
Baş et al. | Amperometric xanthine biosensors based on electrodeposition of platinum on polyvinylferrocenium coated Pt electrode | |
Saleh et al. | A promising dehydrogenase-based bioanode for a glucose biosensor and glucose/O 2 biofuel cell | |
Dai et al. | Detection of Trace Phenol Based on Mesoporous Silica Derived Tyrosinase‐Peroxidase Biosensor | |
CN101802597B (zh) | 酶电极 | |
JP5696283B2 (ja) | 酵素電極の製造方法 | |
Jiang et al. | Amperometric ethanol biosensor based on integration of alcohol dehydrogenase with Meldola's blue/ordered mesoporous carbon electrode | |
JP2013238398A (ja) | 酵素センサ及び当該酵素センサの製造方法 | |
Kulys et al. | Amperometric dertermination of phosphate ions by biosensor | |
Gu et al. | Direct electrochemistry of glucose oxidase and biosensing for glucose based on DNA/chitosan film | |
Ikeda et al. | Enzyme-catalysed electrochemical oxidation of D-gluconate at electrodes coated with D-gluconate dehydrogenase, a membrane-bound flavohemoprotein | |
Suye et al. | Assembly of alternating polymerized mediator, polymerized coenzyme, and enzyme modified electrode by layer-by-layer adsorption technique | |
Sahin et al. | Development of voltammetric glucose-6-phosphate biosensors based on the immobilization of glucose-6-phosphate dehydrogenase on polypyrrole-and chitosan-coated Fe 3 O 4 nanoparticles/polypyrrole nanocomposite films | |
JP5252695B2 (ja) | 酵素センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130703 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130703 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140121 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140916 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141117 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20141216 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141217 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141219 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5696283 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |