JP2565240B2 - Bio element - Google Patents

Bio element

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JP2565240B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数の生体触媒の組み合わせによる一連の多
段階反応を可能とするバイオ素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a biodevice capable of performing a series of multi-step reactions by combining a plurality of biocatalysts.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明は、基体上に単分子型あるいは累積型のラング
ミュア・ブロジェット膜に生体触媒を固定化したラング
ミュア・ブロジェット膜−生体触媒複合体を複数個累積
することにより、効率の高い多段階反応を可能とするも
のである。
The present invention provides a highly efficient multi-step reaction by accumulating a plurality of Langmuir-Blodgett film-biocatalyst complexes in which a biocatalyst is immobilized on a Langmuir-Blodgett film of monomolecular type or cumulative type on a substrate. Is possible.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

生体内で起こっている化学反応の多くは多種の生体触
媒が関与する多段階反応であり、これを人工的な系によ
り模倣しようとする種々の試みがこれまでになされてい
る。
Many of the chemical reactions occurring in the living body are multi-step reactions involving various biocatalysts, and various attempts have been made to mimic this by artificial systems.

上述のような試みの一つに、固定化酵素カラムを使用
したグリセルアルデヒド−3−リン酸の連続合成がある
(「固定化生体触媒」219ページ,講談社サイエンティ
フィク刊)。上記固定化酵素カラムは、解糖系に関与し
ている酵素のうちアルドラーゼ,ホスホフルクトキナー
ゼ,グルコースリン酸イソメラーゼ,ヘキソキナーゼの
4種の酵素をそれぞれポリアクリルアミドゲルにより包
括して固定化酵素とし、垂直に立てたカラム内にこれら
各固定化酵素を水平な層状に順次詰めたものである。こ
の固定化酵素カラムにグルコース,ATP(アデノシン三リ
ン酸),およびマグネシウムイオンを含む溶液を流す
と、グルコースは各固定化酵素の層を通過するにつれて
グルコース−6−リン酸,フルクトース−6−リン酸,
フルクトース−1,6−二リン酸を経てグリセルアルデヒ
ド−3−リン酸に変換される。
One of the above-mentioned attempts is continuous synthesis of glyceraldehyde-3-phosphate using an immobilized enzyme column (“Immobilized biocatalyst”, page 219, published by Kodansha Scientific). Among the enzymes involved in the glycolysis system, the immobilized enzyme column includes four kinds of enzymes, aldolase, phosphofructokinase, glucose phosphate isomerase, and hexokinase, which are entrapped by polyacrylamide gel to form immobilized enzymes, Each of these immobilized enzymes was sequentially packed in a horizontal layer in a vertically standing column. When a solution containing glucose, ATP (adenosine triphosphate), and magnesium ion is flown through this immobilized enzyme column, glucose is passed through the layers of each immobilized enzyme, and glucose-6-phosphate and fructose-6-phosphate are added. acid,
It is converted to glyceraldehyde-3-phosphate via fructose-1,6-diphosphate.

また別の試みとして、マイクロカプセルリアクターを
使用したデンプンからのグルコノ−δ−ラクトンの製造
がある(「高分子」第36巻,9月号,672ページ)。このマ
イクロカプセルリアクターは、ポリウレア膜からなるマ
イクロカプセルの表面にグルコアミラーゼ分子が物理吸
着され、内部にグルコースオキシダーゼが封じこまれた
構成を有している。上記マイクロカプセルをデンプンを
含む水相中に分散させると、該マイクロカプセル表面に
物理的に固定されたグウコアミラーゼによりデンプンが
分解され、生成したグルコースがポリウレア膜を透過し
て該マイクロカプセル内に流入し、グルコースオキシダ
ーゼの作用によりグルコノ−δ−ラクトンに変換され
る。
Another attempt is the production of glucono-δ-lactone from starch using a microcapsule reactor ("Polymer", Vol. 36, September, p. 672). This microcapsule reactor has a structure in which glucoamylase molecules are physically adsorbed on the surface of a microcapsule made of a polyurea film and glucose oxidase is sealed inside. When the microcapsules are dispersed in an aqueous phase containing starch, the starch is decomposed by the Gucoa amylase physically fixed on the surface of the microcapsules, and the produced glucose permeates through the polyurea membrane to be contained in the microcapsules. It flows in and is converted into glucono-δ-lactone by the action of glucose oxidase.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上述の固定化酵素カラムを使用する技
術においては、i)反応系が大型化する、ii)各反応段
階における中間生成物が各層間で拡散するため次段の反
応効率が低下する、iii)反応終了時間が長くなり、た
とえばセンサーとして使用すると測定時間が著しく長時
間に及び等の問題点がある。
However, in the technique using the above-mentioned immobilized enzyme column, i) the reaction system becomes large, ii) the intermediate product in each reaction step diffuses between the layers, and the reaction efficiency of the next step is lowered, iii ) The reaction end time becomes long, and when used as a sensor, for example, there is a problem that the measurement time becomes extremely long.

一方、マイクロカプセルリアクターを使用する技術に
おいては、i)たとえば上述の系では2段階反応しか行
うことができず、3段階以上の多段階反応を行わせるた
めにはマイクロカプセルの多重化等、反応系を構築する
上での困難を伴う、ii)各反応段階における酵素活性の
制御が困難である、iii)マイクロカプセルの外部で生
産された中間生成物の該マイクロカプセル内部への移行
に時間がかかる等の問題点がある。
On the other hand, in the technique using a microcapsule reactor, i) For example, in the above system, only a two-step reaction can be carried out, and in order to carry out a multi-step reaction of three or more steps, a reaction such as multiplexing of microcapsules is required. It is difficult to construct the system, ii) it is difficult to control the enzyme activity in each reaction step, and iii) it takes time to transfer the intermediate product produced outside the microcapsule into the microcapsule. There are problems such as this.

そこで本発明は、上述の問題点を解決し、小型で効率
の良い多段階反応を可能とするバイオ素子の提供を目的
とする。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a biodevice that is small in size and enables efficient multistage reaction.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者らは、上述の問題点を解決するためには多段
階反応に関与する各生体触媒を極めて薄い構造を介して
精密に配列する必要があるが、これら生体触媒の変性を
防止する必要から配列過程において高いエネルギーを印
加することができないという条件を踏まえて種々の検討
を重ねた結果、ラングミュア・ブロジェット膜の使用が
有効であることを見出し、本発明に至ったものである。
すなわち本発明にかかるバイオ素子は、基体上に形成さ
れた単分子型あるいは累積型のラングミュア・ブロジェ
ット膜の間に生体触媒を固定化したラングミュア・ブロ
ジェット膜−生体触媒複合体が複数累積されてなるもの
である。
In order to solve the above problems, the present inventors need to precisely arrange each biocatalyst involved in a multi-step reaction through an extremely thin structure, but it is necessary to prevent denaturation of these biocatalysts. As a result of various investigations based on the condition that high energy cannot be applied in the arraying process, the present invention was found to be effective in using a Langmuir-Blodgett film, and the present invention was achieved.
That is, in the biodevice according to the present invention, a plurality of Langmuir-Blodgett membrane-biocatalyst composites in which a biocatalyst is immobilized between monomolecular or cumulative Langmuir-Blodgett membranes formed on a substrate are accumulated. It will be.

ここで、上記ラングミュア・ブロジェット膜(以下LB
膜と称する。)は単分子型でも累積型でも良い。LB膜は
典型的には水槽(トラフ)を使用して作成され、まず気
水界面に展開した単分子膜にバリアによって一定の表面
圧をかけ、次に該気水界面を横切るように適当な固体基
板を上下させて上記単分子膜を該固定基板上に移し取
る。この方法はいわゆる垂直浸漬法と呼ばれる方法の一
種である。最も安定なLB膜は2分子層をひとつの単位お
するいわゆるY型と呼ばれるものであるが、固体基板の
浸漬時にのみ単分子膜が移行するX型、あるいは固体基
板の引き上げ時にのみ単分子膜が移行するZ型であって
も良い。
Here, the above Langmuir-Blodgett film (hereinafter LB
It is called a membrane. ) May be a single molecule type or a cumulative type. The LB film is typically prepared using a water tank (trough), and a monolayer film developed at the air-water interface is first subjected to a constant surface pressure by a barrier, and then a suitable film is crossed across the air-water interface. The solid substrate is moved up and down, and the monomolecular film is transferred onto the fixed substrate. This method is one of the so-called vertical dipping methods. The most stable LB film is of the so-called Y type, which has two molecular layers as one unit, but the X type moves the monolayer only when the solid substrate is immersed, or the monolayer only when the solid substrate is pulled up. It may be a Z-type that shifts.

LB膜の作成に関しては、上述の方法の他にも種々の改
良法が提案されているので、目的に応じて適宜選択すれ
ば良い。
With respect to the formation of the LB film, various improved methods have been proposed in addition to the above-mentioned method, and thus it may be appropriately selected according to the purpose.

上記LB膜に固定化される生体触媒としては、まず天然
に存在する酵素,補酵素,補助因子等が挙げられる。こ
の他、たとえば表面付近のアミノ酵残基を修飾して表面
電荷あるいは吸着性を変化させた酵素、基質特異性を変
化させた酵素、タンパク質工学を利用して耐熱性や耐圧
性を付与した酵素等も使用することができる。
Examples of the biocatalyst immobilized on the LB membrane include naturally occurring enzymes, coenzymes, cofactors, and the like. In addition to this, for example, an enzyme whose surface charge or adsorptivity is modified by modifying an amino acid residue near the surface, an enzyme whose substrate specificity is changed, an enzyme which is given heat resistance and pressure resistance by using protein engineering Etc. can also be used.

さらに、生体触媒は単離精製されたものでなくても良
く、たとえば特定の機能を有する微生物や細胞等をその
ままLB膜に固定化したもので代用させても良い。
Furthermore, the biocatalyst does not have to be isolated and purified, and for example, a microorganism or cell having a specific function immobilized on the LB membrane as it is may be used instead.

本発明にかかるバイオ素子は、多段階反応系に関与す
る生体触媒をLB膜を介して順次累積することにより、あ
らゆる反応系を構築できる可能性を有している。以下に
このような反応系の例をいくつか挙げる。
The biodevice according to the present invention has a possibility of constructing any reaction system by sequentially accumulating biocatalysts involved in the multi-step reaction system through the LB film. The following are some examples of such reaction systems.

NAD(ニコチンアミド−アデニンジヌクレオチド)
の合成 上記反応系では、生成したピロリン酸を開裂させてオ
ルトリン酸に変化させ平衡を移動させることにより、第
1段階の反応を促進する。
NAD (nicotinamide-adenine dinucleotide)
Synthesis of In the above reaction system, the pyrophosphate produced is cleaved to be converted to orthophosphoric acid to shift the equilibrium, thereby promoting the first step reaction.

L−リジンの合成 上記反応系では、第2段階の反応により原料となるラ
セミ化合物を再生している。
Synthesis of L-lysine In the above reaction system, the racemic compound which is the raw material is regenerated by the second stage reaction.

解糖系の一部 NADPH(還元型ニコチンアミドジヌクレオチドリン
酸)の再生 尿素サイクルの一部 クエン酸サイクルの一部 乳糖の分解 ATP(アデノシン三リン酸)の再生 グルタチオンの合成 L−ロイシンの合成 プレドニソロンの合成 ここで、上記11−デオキシコルチゾンからコルチゾー
ルへの酸化は、地衣類の一種であるクルブラリア・ルナ
ータ(Curvularia lunata)を添加することにより行っ
ている。
Part of glycolysis Regeneration of NADPH (reduced nicotinamide dinucleotide phosphate) Part of the urea cycle Part of the citric acid cycle Lactose decomposition Regeneration of ATP (adenosine triphosphate) Glutathione synthesis Synthesis of L-leucine Synthesis of prednisolone Here, the oxidation of 11-deoxycortisone to cortisol is carried out by adding Curvularia lunata, which is a kind of lichen.

以上〜は各種の物質の多段階的な合成あるいは分
解反応の例であり、各反応に必要な酵素あるいは微生物
等をLB膜の間に順次累積すれば、いわゆるバイオリアク
ターを構成することができる。
The above is an example of multi-step synthesis or decomposition reaction of various substances, and so-called bioreactor can be constructed by sequentially accumulating enzymes or microorganisms necessary for each reaction between LB membranes.

一方、本発明にかかるバイオ素子にはバイオセンサー
としての利用法も考えられる。すなわち、特定の物質の
反応過程において生じた生成物によって起こる反応系内
の電流変化等を検出し、その物質の濃度等を測定した
り、反応の進行状況をモニターするものである。このよ
うな反応系としては、以下のものが例示される。
On the other hand, the biodevice according to the present invention may be used as a biosensor. That is, a change in current in the reaction system caused by a product generated in the reaction process of a specific substance is detected, the concentration of the substance is measured, and the progress of the reaction is monitored. Examples of such a reaction system include the following.

マルトテトラオースの測定 ショ糖の測定 デンプンの測定 アンモニアの測定 i)NH3+3/2O2→NO2 -+H2O+H+ ii)NO2 -+1/2O2→NO3 - ここで、上記アンモニアの酸化はニトロソモナス(Ni
trosomonas)、亜硫酸イオンの酸化は硝化細菌(Nitrob
acter)により行われる。
Measurement of maltotetraose Measurement of sucrose Starch measurement Measurement of ammonia i) NH 3 + 3 / 2O 2 → NO 2 - + H 2 O + H + ii) NO 2 - + 1 / 2O 2 → NO 3 - Here, the oxidation of the ammonia Nitrosomonas (Ni
trosomonas), oxidation of sulfite ion is due to nitrifying bacteria (Nitrob
acter).

イノシン−5−モノホスフェートの測定 以上〜の例においては、分解反応により生成する
過酸化水素,硫酸イオン等が起こす反応系内の電流変化
を検出して、それぞれ出発物質の濃度を測定したり、反
応の進行状況をモニターすることができる。
Measurement of inosine-5-monophosphate In the above examples, the changes in the current in the reaction system caused by hydrogen peroxide, sulfate ions, etc. generated by the decomposition reaction should be detected to measure the concentrations of the starting materials and monitor the progress of the reaction. You can

このように、本発明にかかるバイオ素子ではLB膜を介
してあらゆる生体触媒を何層にも順次配列することがで
きるが、これらの生体触媒は各層ごとに異なっている必
要はない。たとえば、同じ生体触媒を含む量を幾つか連
続して配置することにより触媒活性を制御することが可
能であり、これは一層当たりの活性量を制御するよりも
容易に実施できる。
As described above, in the biodevice according to the present invention, all biocatalysts can be sequentially arranged in multiple layers via the LB film, but these biocatalysts need not be different for each layer. For example, it is possible to control the catalytic activity by arranging several consecutive amounts containing the same biocatalyst, which is easier to carry out than controlling the amount of activity per layer.

〔作用〕[Action]

本発明にかかるバイオ素子においては、各生体触媒が
LB膜を介して何層にも配列されるため、個々の層の安定
性が確保されれば理論的には何段階の反応系でも構築す
ることができ、しかも素子全体を極めて小型化すること
ができる。また、個々の生体触媒を含む層は非常に薄い
ので、中間生成物が拡散する以前に次の段階の反応に移
行することができ、反応効率が向上すると共に、全反応
終了時間が短縮される。さらに生体触媒の種類によって
は、LB膜に吸着された状態は実際生体内において生体膜
に固定化されている状態に類似しているものと考えらる
ので、本バイオ素子は生体触媒の保護・安定化の観点か
らも有効である。
In the biodevice according to the present invention, each biocatalyst is
Since it is arranged in multiple layers via the LB film, if the stability of each layer is ensured, theoretically, it is possible to construct a reaction system of any number of stages, and furthermore, the entire device can be made extremely small. You can In addition, since the layer containing individual biocatalysts is very thin, it is possible to move to the next step reaction before the diffusion of the intermediate product, which improves the reaction efficiency and shortens the total reaction completion time. . Furthermore, depending on the type of biocatalyst, it is considered that the state of being adsorbed on the LB membrane is similar to the state of being actually immobilized on the biomembrane in the living body. It is also effective from the viewpoint of stabilization.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しな
がら説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例は、LB膜としてトリメチルステアリルアンモ
ニウムクロリド(以下、TSAと称する。)とアラキン酸
メチル(以下、MAと称する。)の混合膜(以下、TSA−M
A膜と称する。)およびアラキン酸膜(以下、AA膜と称
する。)を、また生体触媒としてグルコアミラーゼ(以
下、GAと称する。)およびグルコースオキシダーゼ(以
下、GODと称する。)を使用し、デンプンの加水分解に
よるグルコースの生成、および生成したグルコースの酸
化によるグルコノ−δ−ラクトンの生成を連続的に行わ
せる例である。
In this example, a mixed film (hereinafter, TSA-M) of trimethylstearyl ammonium chloride (hereinafter, referred to as TSA) and methyl arachiate (hereinafter, referred to as MA) was used as the LB film.
It is called A membrane. ) And arachidic acid membrane (hereinafter referred to as AA membrane), and glucoamylase (hereinafter referred to as GA) and glucose oxidase (hereinafter referred to as GOD) as biocatalysts by hydrolysis of starch. This is an example of continuously producing glucose and glucono-δ-lactone by oxidizing the produced glucose.

上記反応は、次式により表される。 The above reaction is represented by the following equation.

上述のような反応を可能とするバイオ素子の構成を模
式的に示すと第1図のようになる。このバイオ素子は、
親水基側にGA(2)を吸着したTSA−MA膜(1)の単分
子膜2層が相対向した第1の反応層(3)、親水基側に
GOD(5)を吸着したAA膜(4)の単分子層2層が相対
向した第の反応層(6)、該第2の反応層(6)のアラ
キン酸の疏水基に接し、上記反応系内の電流変化を検出
するための金電極(7)を被着した石英ガス基板(8)
から構成されている。ここで、i)の反応は上記第1の
反応層(3)内で進行し、ii)の反応は上記第2の反応
層(6)内で進行する。第2の反応層(6)内では反応
の進行に伴ってH2O2が生成するが、これはただちに反応
系内の電流変化として金電極(7)により検出される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a biodevice that enables the above-described reaction. This bio device is
The first reaction layer (3), in which two monolayers of the TSA-MA membrane (1) adsorbing GA (2) on the hydrophilic group side face each other, on the hydrophilic group side
The above reaction is carried out by contacting the first reaction layer (6) with two monolayers of the AA film (4) adsorbing GOD (5) facing each other and the hydrophobic group of arachidic acid in the second reaction layer (6). Quartz gas substrate (8) coated with gold electrode (7) for detecting current change in system
It consists of Here, the reaction i) proceeds in the first reaction layer (3), and the reaction ii) proceeds in the second reaction layer (6). In the second reaction layer (6), H 2 O 2 is produced as the reaction progresses, and this is immediately detected by the gold electrode (7) as a change in current in the reaction system.

上述のようなバイオ素子は、ガラス基板(8)上にま
ず第2の反応層(6)を、続いて第1の反応層(3)を
累積することにより作成することができる。以下に、い
わゆる単分子掃引法によるバイオ素子の作成法を述べ
る。
The biodevice as described above can be prepared by first depositing the second reaction layer (6) and then the first reaction layer (3) on the glass substrate (8). The method for producing a biodevice by the so-called single molecule sweep method will be described below.

まず、3個の水槽が仕切りを介して一列に並べられた
3槽式フロムヘルツ型トラフの各水槽に純水を満たし、
左端お水槽にはクロロホルムに溶解したアラキン酸(A
A)を滴下し、右端の水槽にはGODを50mg/dlの濃度とな
るように溶解する。AAを滴下した左端の水槽ではAAが純
水の表面に気体膜となって広がっているので、バリヤを
移動させることによりこの気体膜に30mN・m-1の表面圧
を加えて固体膜とし、AAの単分子膜(AA膜)を形成す
る。
First, fill each water tank of the three-tank From Hertz trough in which three water tanks are arranged in a line through a partition with pure water,
Arachinic acid dissolved in chloroform (A
A) is dropped and GOD is dissolved in the water tank at the right end so that the concentration becomes 50 mg / dl. In the water tank at the left end where AA was dropped, AA spreads as a gas film on the surface of pure water, so by moving the barrier, a surface pressure of 30 mN ・ m -1 was applied to this gas film to form a solid film, A monomolecular film (AA film) of AA is formed.

次に、上記AA膜をGODを溶解した右端の水槽へ掃引
し、1時間保持してGODを吸着させる。
Next, the AA film is swept into the water tank at the right end in which GOD is dissolved and kept for 1 hour to adsorb GOD.

次に、上記GODを吸着したAA膜を再び左端の水槽まで
掃引する。このとき、純水のみを満たした真中の水槽を
通過することにより余分のGODを除去している。左端の
水槽ではバリヤを移動させて35mN・m-1の表面圧を加え
る。この表面圧を一定に保ったまま、この層に対して予
め2個の金電極を被着形成しかつ表面を疏水化した石英
ガラス基板を垂直に横切るように上下させる。すると、
まず該石英ガラス基板の下降に伴ってAA膜がその疏水基
を石英ガラス基板の方へ向けるようにした配向する。こ
の段階で、石英ガラス基板の表面にはAA膜の親水基を介
して親水性のGODが吸着された状態となっている。次に
この石英ガラス基板を引き上げると、今度はAA膜の親水
基がその親水基を該石英ガラス基板の方へ向けるように
して配向する。このようにして、GODが2層のAA膜でサ
ンドイッチされた状態の第2反応層が石英ガラス基板上
に形成される。
Next, the AA film adsorbing the GOD is swept again to the water tank at the left end. At this time, excess GOD is removed by passing through a water tank in the middle filled with pure water only. In the water tank at the left end, the barrier is moved and a surface pressure of 35 mN ・ m -1 is applied. With this surface pressure kept constant, two gold electrodes are previously formed on this layer and the quartz glass substrate whose surface has been hydrophobized is vertically moved so as to cross it. Then
First, as the quartz glass substrate descends, the AA film is oriented such that its hydrophobic substrate is directed toward the quartz glass substrate. At this stage, hydrophilic GOD is adsorbed on the surface of the quartz glass substrate through the hydrophilic group of the AA film. Next, when the quartz glass substrate is pulled up, the hydrophilic groups of the AA film are oriented so that the hydrophilic groups are directed toward the quartz glass substrate. In this way, the second reaction layer in which the GOD is sandwiched by the two AA films is formed on the quartz glass substrate.

次に、同じく3槽式フロムヘルツ型トラフの各水槽に
純水を満たし、左端の水槽にはトリメチルステアリルア
ンモニウムクロリド(TSA)とアラキン酸メチルエステ
ル(MA)の1:4混合物をクロロホルム溶液としたものを
滴下し、右端の水槽にはGAを50mg/dlの濃度となるよう
に溶解する。TSAとMAを滴下した左端の水槽ではこの両
者が純水の表面に気体膜となって広がっているので、バ
リヤを移動させることによりこの気体膜に30mN・m-1
表面圧を加えて固体膜とし、TSAとMAの混合単分子膜(T
SA−MA捲)を形成する。
Next, pure water was filled in each water tank of the 3 tank type From Hertz type trough, and a 1: 4 mixture of trimethylstearyl ammonium chloride (TSA) and arachidic acid methyl ester (MA) was used as a chloroform solution in the water tank at the left end. Then, drop GA and dissolve GA in the water tank at the right end to a concentration of 50 mg / dl. In the water tank at the left end where TSA and MA were dropped, both of them spread as a gas film on the surface of the pure water, so moving the barrier applied a surface pressure of 30 mN ・ m -1 to this gas film to solidify. As a film, a mixed monolayer of TSA and MA (T
SA-MA roll) is formed.

次に、上記TSA−MA膜をGAを溶解した右端の水槽へ掃
引し、1時間保持してGAを吸着させる。
Next, the TSA-MA film is swept into the water tank at the right end in which GA is dissolved, and is held for 1 hour to adsorb GA.

次に、上記GAを吸着したTSA−MA膜を再び左端の水槽
まで掃引し、バリヤを移動させて35mN・m-1の表面圧を
加える。ここへ、先に第2の反応層を表面に形成した上
記石英ガラス基板を垂直に横切るように上下させる。す
ると、同様にしてGAがTSA−MA膜でサンドイッチされた
状態の第1の反応層が形成される。このようにして、第
1の反応層と第2の反応層が累積されたバイオ素子が作
成される。
Next, the TSA-MA film adsorbing the GA is swept again to the water tank at the left end, the barrier is moved, and a surface pressure of 35 mN · m −1 is applied. Here, the quartz glass substrate having the second reaction layer previously formed on the surface thereof is vertically moved so as to cross it vertically. Then, similarly, the first reaction layer in which GA is sandwiched by the TSA-MA film is formed. In this way, a biodevice in which the first reaction layer and the second reaction layer are accumulated is created.

このようにして作成されたバイオ素子を使用して、実
際に上記反応による電流変化を測定した。まず、通常の
吸光分析用の1cm×1cmのガラスセルに0.05M酢酸緩衝液
(pH5.0,20℃)を満たし、上記バイオ素子をセットし、
ポテンショスタットと結線した。上記ポテンショスタッ
トから0.8Vの電圧を印加し、定電圧となったところで初
濃度が500mg/dlとなるように可溶性デンプンを上記酢酸
緩衝液に添加した。
Using the biodevice thus prepared, the current change due to the above reaction was actually measured. First, a 1 cm × 1 cm glass cell for ordinary absorption analysis is filled with 0.05 M acetate buffer (pH 5.0, 20 ° C.), and the above biodevice is set,
Connected to potentiostat. A voltage of 0.8 V was applied from the potentiostat, and soluble starch was added to the acetate buffer so that the initial concentration became 500 mg / dl when the voltage became constant.

ここで、反応の進行に伴う電流変化の様子を第2図に
示す。この図において、縦軸は電流(nA)、横軸は可溶
性デンプンを添加した時点からの経過時間(分)をそれ
ぞれ表す。電流の変化が可溶性デンプンの添加後ただち
に現れていることから、本バイオ素子において極めて迅
速にグルコノ−δ−ラクトンが生産され、これに伴って
副生するH2O2が鋭敏に検出されていることがわかる。
Here, FIG. 2 shows how the current changes with the progress of the reaction. In this figure, the vertical axis represents current (nA), and the horizontal axis represents elapsed time (minutes) from the time when soluble starch was added. Since the change in electric current appears immediately after the addition of soluble starch, glucono-δ-lactone is produced very rapidly in this biodevice, and H 2 O 2 produced as a by-product thereof is sensitively detected. I understand.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明からも明らかなように、本発明にかかるバ
イオ素子においてはLB膜が使用されているために、多段
階反応系を容易に構築することができ、しかも個々の段
階の反応に関与する生体触媒を極めて狭い間隔で安定に
配列することができる。したがって、本バイオ素子をバ
イオリアクターとして使用する場合には高速で効率の良
い反応が気体でき、またバイオセンサーとして使用する
場合には極めて鋭敏な検出能力が気体できる。
As is clear from the above description, since the LB film is used in the biodevice according to the present invention, a multi-step reaction system can be easily constructed and is involved in the reaction of each step. The biocatalyst can be stably arranged at extremely narrow intervals. Therefore, when the present biodevice is used as a bioreactor, a fast and efficient reaction can be gasified, and when it is used as a biosensor, an extremely sensitive detection capability can be gasized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明にかかるバイオ素子の構成の一例を示す
模式図である。第2図は上記バイオ素子をデンプンの分
解反応系に適用した場合の電流変化を示す特性図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a biodevice according to the present invention. FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in electric current when the above biodevice is applied to a starch decomposition reaction system.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基体上に形成された単分子型あるいは累積
型のラングミュア・ブロジェット膜の間に生体触媒を固
定化したラングミュア・ブロジェット膜−生体触媒複合
体が複数累積されてなるバイオ素子。
1. A biodevice comprising a plurality of Langmuir-Blodgett membrane-biocatalyst composites in which biocatalysts are immobilized between Langmuir-Blodgett membranes of monomolecular type or cumulative type formed on a substrate. .
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