JP2648361B2 - Permselective membrane and electrode using the same - Google Patents

Permselective membrane and electrode using the same

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JP2648361B2
JP2648361B2 JP1057588A JP5758889A JP2648361B2 JP 2648361 B2 JP2648361 B2 JP 2648361B2 JP 1057588 A JP1057588 A JP 1057588A JP 5758889 A JP5758889 A JP 5758889A JP 2648361 B2 JP2648361 B2 JP 2648361B2
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば電気化学的に検出可能な物質の生
成、または消費を検出する方式の固定化生体触媒電極な
どに好適に用いられる選択透過膜およびそれを用いる電
極に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a permselective membrane suitably used for an immobilized biocatalyst electrode or the like for detecting the production or consumption of an electrochemically detectable substance, and the like. It relates to an electrode using the same.

従来の技術 近年、生化学などの研究の発達によつて従来未解明で
あつた生体反応が解明されて化学工業の各分野に応用さ
れるようになつてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, biological reactions that have not been elucidated conventionally have been elucidated due to the development of researches such as biochemistry, and have been applied to various fields of the chemical industry.

細胞、酵素などが触媒する生化学反応の応用範囲は広
いが、特に生化学反応を物質の検出手段に応用するいわ
ゆるバイオセンシングは注目を集めている。このバイオ
センシングによつて、従来の技術では測定不可能であつ
た物質あるいは測定に多大の時間と労力を費やした物質
を簡便に測定することができ、環境計測、食品製造、食
品分析、医療分析などの各分野において実用化が進んで
いる。
Although the application range of biochemical reactions catalyzed by cells, enzymes, and the like is wide, so-called biosensing, which applies biochemical reactions to means for detecting substances, has attracted attention. With this biosensing, it is possible to easily measure substances that could not be measured with conventional technologies or substances that have spent a great deal of time and effort in measurement, and have been able to measure environmentally, food-manufacturing, food analysis, and medical analysis. Practical application is progressing in various fields such as.

一般に、酵素などの生体触媒には、 反応の特異性が高い。 Generally, biocatalysts such as enzymes have a high reaction specificity.

温和な条件下での測定が可能である。Measurement under mild conditions is possible.

高感度で微量成分の測定が可能である。It is possible to measure trace components with high sensitivity.

などの利点があるが、触媒として生体由来の物質を用い
ている故に、 酵素などの生体触媒が高価である。
However, biocatalysts such as enzymes are expensive because biological materials are used as catalysts.

温度、pHなどの反応条件に制限がある。There are restrictions on reaction conditions such as temperature and pH.

様々な要因によつて酵素などの生体触媒の触媒能が失
われる、いわゆる失活が生じる。
Various factors cause loss of catalytic activity of a biocatalyst such as an enzyme, so-called inactivation.

という欠点を併せ持つている。It also has the drawback.

このような問題点を解決するために、生体触媒を固定
化して用いることが考え出されており、多くの方法が提
案されている。そのうちで共有結合性の架橋剤を用いて
生体触媒を架橋反応によつて固定化する方法は、その結
合が吸着やイオン結合などに比較して強固であるため
に、実用化に適している。
In order to solve such problems, it has been devised to use a biocatalyst immobilized, and many methods have been proposed. Among them, the method of immobilizing a biocatalyst by a cross-linking reaction using a covalent cross-linking agent is suitable for practical use because the bond is stronger than adsorption or ionic bond.

このような固定化生体触媒を被検出物質の測定に応用
する場合には、生体触媒とその生化学反応によつて増減
する物質を検出できる検出機構とを組合わせて使用す
る。このとき検出機構としては、電気化学検出器、蛍光
検出器、熱検出器などが応用されている。特に、固定化
酵素による生化学反応における酸素の消費または過酸化
水素の生成を酸素電極または過酸化水素電極などを用い
て電気化学的に検出する方法は、装置構成の簡単さ、検
出感度の高さ、応答速度の速さなどの利点を有してお
り、最もよく用いられている。
When such an immobilized biocatalyst is applied to the measurement of a substance to be detected, a combination of the biocatalyst and a detection mechanism capable of detecting a substance that increases or decreases due to the biochemical reaction is used. At this time, as a detection mechanism, an electrochemical detector, a fluorescence detector, a heat detector, and the like are applied. In particular, the method of electrochemically detecting the consumption of oxygen or the generation of hydrogen peroxide in a biochemical reaction by an immobilized enzyme using an oxygen electrode or a hydrogen peroxide electrode has a simple device configuration and high detection sensitivity. It has advantages such as high response speed and is most often used.

しかしながら、たとえば過酸化水素電極を用いた場合
には、生化学反応によつて生成された過酸化水素だけで
なく、測定試料に含まれるアスコルビン酸などの妨害物
質をも検出してしまい、測定の信頼性が低下してしまう
ことが知られている。そこで固定化酵素膜と、酵素電極
または過酸化水素電極との間に選択透過膜を介在させる
方法が実用化されている。すなわち、酵素電極や過酸化
水素電極などの表面の近傍に緩衝液などを介して被検出
物質以外の物質の透過を制限する選択透過膜と、固定化
酵素膜とをこの順に配置するかあるいは電極表面に直接
選択透過膜と、固定化酵素膜とをこの順に形成する。こ
れによつて妨害物質の検出を防止するとともに、測定精
度を向上することができる。
However, for example, when a hydrogen peroxide electrode is used, not only hydrogen peroxide generated by the biochemical reaction but also interfering substances such as ascorbic acid contained in the measurement sample are detected, and the measurement is not performed. It is known that reliability is reduced. Therefore, a method of interposing a permselective membrane between an immobilized enzyme membrane and an enzyme electrode or a hydrogen peroxide electrode has been put to practical use. That is, a permselective membrane that restricts the permeation of substances other than the substance to be detected via a buffer or the like via a buffer or the like near the surface of an enzyme electrode or a hydrogen peroxide electrode, and an immobilized enzyme membrane are arranged in this order or the electrodes are arranged in this order. A permselective membrane and an immobilized enzyme membrane are formed directly on the surface in this order. This prevents the detection of interfering substances and improves the measurement accuracy.

従来では、このような選択透過膜として、たとえば特
開昭60−56254号に開示されているように、アセチルセ
ルロースなどの素材を用いた選択透過膜が使用されてい
る。しかしながら、この選択透過膜を製造するために
は、取り扱いの不便な溶剤を使用しなければならないと
いう問題がある。また、所望の選択透過能を得るために
は、微妙に乾燥時間等を調節しなければならず、多大な
時間と非常に面倒な操作とを要しなければ実用可能な選
択透過膜を得ることができない。
Conventionally, as such a permselective membrane, a permselective membrane using a material such as acetylcellulose has been used, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-56254. However, there is a problem that a solvent that is inconvenient to handle must be used in order to manufacture this permselective membrane. In addition, in order to obtain a desired permselectivity, it is necessary to finely adjust the drying time and the like, and to obtain a practical permselectable membrane unless a great deal of time and extremely troublesome operation are required. Can not.

また、本件発明者等は、タンパク質と架橋剤とを用い
て簡便に選択透過膜を形成する方法を提案した(特開昭
63−182559号)。しかしながら、選択透過膜に限らず、
一般にタンパク質と架橋剤とを用いて形成された固定化
タンパク質膜には、物理的強度が低いという問題があ
り、その取り扱いが不便であり、耐久性に劣るという欠
点がある。
In addition, the present inventors have proposed a method for easily forming a permselective membrane using a protein and a cross-linking agent (Japanese Patent Laid-Open No.
63-182559). However, it is not limited to the permselective membrane,
In general, an immobilized protein membrane formed using a protein and a cross-linking agent has a problem of low physical strength, is inconvenient to handle, and has poor durability.

このような固定化タンパク質膜の物理的強度の問題
は、たとえば物理的強度の大きい担体上にタンパク質を
固定化しても固定化タンパク質膜自体が脆くなり、部分
的に剥離することがあり、根本的に解決することはでき
ない。
The problem of the physical strength of such an immobilized protein membrane is that, for example, even if a protein is immobilized on a carrier having high physical strength, the immobilized protein membrane itself becomes brittle and may be partially peeled off. Can not be resolved.

したがつて、上述したような選択透過膜に対する問題
点は、有効な解決策が提示されずに現在に至つている。
一般に、選択透過膜ではなく、酵素などの生体触媒であ
るタンパク質を固定化した固定化タンパク質膜の強度を
向上させる方法は、たとえば特公昭58−49821号に示さ
れている。この方法は、アミノおよびイミノ系高分子と
ともに、生体触媒である酵素を固定化し、酵素固定化膜
の物理的強度を向上させるものである。しかしながら、
このような方法を選択透過膜に応用する場合には、固定
化されたタンパク質の物性が変化しやすいので所望の選
択透過能を得ることが困難であるという問題がある。
Therefore, the problems with the permselective membrane as described above have not been proposed yet, and the present problems have not been solved.
In general, a method for improving the strength of an immobilized protein membrane in which a protein that is a biocatalyst such as an enzyme is immobilized, instead of a permselective membrane, is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 58-49821. In this method, an enzyme which is a biocatalyst is immobilized together with an amino or imino polymer, and the physical strength of the enzyme-immobilized membrane is improved. However,
When such a method is applied to a permselective membrane, there is a problem that it is difficult to obtain a desired permselectivity because the physical properties of the immobilized protein tend to change.

さらに、特開昭62−32352号に示されているように、
タンパク質である酵素をポリエステル布に固定化し、酵
素固定化膜の物理的強度の補強を図る方法も提案されて
いる。しかしながら、このような場合には、タンパク質
膜の膜厚が増大してしまい、選択透過膜の形成に応用す
る場合には、固定化酵素電極の測定感度と測定速度が悪
化してしまうという問題がある。
Further, as shown in JP-A-62-32352,
There has also been proposed a method of immobilizing a protein enzyme on a polyester cloth to reinforce the physical strength of the enzyme-immobilized membrane. However, in such a case, the thickness of the protein membrane increases, and when applied to the formation of a permselective membrane, the measurement sensitivity and measurement speed of the immobilized enzyme electrode deteriorate. is there.

発明が解決しようとする課題 したがつて本発明の目的は上記技術的課題を解決し、
所望の選択透過能を有し、物理的強度に優れ、なおかつ
簡便に製造することができる選択透過膜およびそれを用
いる電極を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above technical problems,
It is an object of the present invention to provide a permselective membrane having desired permselectivity, excellent physical strength, and which can be easily manufactured, and an electrode using the same.

課題を解決するための手段 本発明は、タンパク質と、少なくとも1種類の架橋剤
とを含み、前記タンパク質以外に架橋剤と反応する高分
子物質が少なくとも1種類添加された混合溶液を膜状に
展開し、 架橋反応により前記タンパク質を固定化して成ること
を特徴とする選択透過膜である。
Means for Solving the Problems The present invention develops a mixed solution containing a protein and at least one kind of cross-linking agent, to which at least one kind of polymer substance that reacts with the cross-linking agent is added in addition to the protein, into a film form. And a permselective membrane comprising the protein immobilized by a crosslinking reaction.

また本発明は、前記タンパク質か少なくと1種類以上
の球状タンパク質を含む成分構成であり、 前記少なくとも1種類の架橋剤がアミノ基と架橋反応
する架橋剤を含み、 前記高分子物質がアミノ基、アミノ基の誘導体あるい
はその両方を有する直鎖状多糖類を含むことを特徴とす
る前記選択透過膜である。
Further, the present invention is a component configuration comprising the protein or at least one or more types of globular proteins, wherein the at least one type of crosslinking agent includes a crosslinking agent that undergoes a crosslinking reaction with an amino group, and the polymer substance is an amino group, The above permselective membrane, characterized in that it contains a linear polysaccharide having an amino group derivative or both.

前記タンパク質と直鎖状多糖類との構成重量比は100
0:1から1000:10の範囲であり、タンパク質と架橋剤との
構成重量比は、100:5から100:50の範囲であることが好
ましい。また前記直鎖状多糖類はキトサンであつてもよ
い。
The constituent weight ratio of the protein and the linear polysaccharide is 100.
It is preferably in the range of 0: 1 to 1000: 10, and the constituent weight ratio of the protein to the crosslinking agent is preferably in the range of 100: 5 to 100: 50. The linear polysaccharide may be chitosan.

さらに本発明は、上述した選択透過膜を導電性基体近
傍に設けたことを特徴とする電極である。このような電
極において前記選択透過膜の電極性基体と反対側表面上
に、少なくとも1種類のオキシダーゼを固定化した固定
化酵素膜を設けてもよい。
Furthermore, the present invention is an electrode characterized in that the above-mentioned permselective membrane is provided near a conductive substrate. In such an electrode, an immobilized enzyme membrane on which at least one type of oxidase is immobilized may be provided on the surface of the permselective membrane opposite to the electrode substrate.

作 用 導電性基体表面上にタンパク質を固定化し、これを選
択透過膜とし、さらに固定化酵素膜を形成する場合に
は、この選択透過膜の物理強度が固定化酵素電極の寿命
に大きな影響を与える。
When immobilizing a protein on the surface of a conductive substrate, using it as a permselective membrane, and then forming an immobilized enzyme membrane, the physical strength of the permselective membrane has a significant effect on the life of the immobilized enzyme electrode. give.

一般に、固定化タンパク質膜の物理的強度を向上させ
るためには、固定化タンパク質膜中における架橋剤の濃
度を高くすればよい。しかし、この固定化タンパク質膜
を選択透過膜として形成する場合には、固定化タンパク
質膜の物理的特性が架橋剤濃度によつて変化するので、
選択透過能が悪化してしまうことがあり、望ましくな
い。
Generally, in order to improve the physical strength of the immobilized protein membrane, the concentration of the crosslinking agent in the immobilized protein membrane may be increased. However, when this immobilized protein membrane is formed as a permselective membrane, the physical properties of the immobilized protein membrane change depending on the concentration of the crosslinking agent.
Selectivity may deteriorate, which is not desirable.

また、固定化タンパク質膜中に架橋剤と反応する補強
物質を共存させて固定化タンパク質膜の強度を向上させ
る方法もある。しかし、このような方法では、補強物質
が固定化タンパク質膜の物理的特性に悪影響を与え、選
択透過膜としての本来の機能、すなわち選択性を失わせ
てしまう恐れがある。
There is also a method of improving the strength of the immobilized protein membrane by allowing a reinforcing substance that reacts with a crosslinking agent to coexist in the immobilized protein membrane. However, in such a method, the reinforcing substance may adversely affect the physical properties of the immobilized protein membrane, and may lose its original function as a permselective membrane, that is, selectivity.

本件発明者らは、特にタンパク質と架橋剤とで構成さ
れる選択透過膜中に架橋剤と反応する補強物質を共存さ
せる実験を行い、選択透過膜の物理的特性に悪影響を与
えず、なおかつ選択透過膜の物理的強度を向上させる補
強物質および、その製造条件を検討し、本発明を完成す
るに至つた。
The present inventors conducted an experiment in which a reinforcing substance that reacts with a cross-linking agent was present in a permselective membrane composed of a protein and a cross-linking agent in particular, and did not adversely affect the physical properties of the permselective membrane, and The present inventors have studied the reinforcing material for improving the physical strength of the permeable membrane and the manufacturing conditions thereof, and have completed the present invention.

このような補強物質には、 固定化されるタンパク質の溶液またはこのタンパク質
と架橋剤との混合溶液に溶解する物質であること。
Such a reinforcing substance must be a substance that dissolves in a solution of a protein to be immobilized or a mixed solution of the protein and a crosslinking agent.

選択透過膜の物理的特性に悪影響を与えないために少
量で選択透過膜の物理的強度を向上させることができる
物質であること。
A substance capable of improving the physical strength of the permselective membrane in a small amount so as not to adversely affect the physical properties of the permselective membrane.

架橋剤に対して、固定化すべきタンパク質と同程度の
反応性を有し、架橋反応によつて不溶化する物質である
こと。
A substance that has the same degree of reactivity as a protein to be immobilized to a cross-linking agent and is insolubilized by a cross-linking reaction.

などの諸性質が要求される。And other properties are required.

したがつて本件発明者は、タンパク質と架橋剤との混
合溶液中に共存させることが可能で、架橋剤と架橋反応
を行い、かつ、選択透過膜の選択透過能に悪影響を与え
ない化合物を探索した。
Therefore, the present inventors searched for a compound that can coexist in a mixed solution of a protein and a cross-linking agent, performs a cross-linking reaction with the cross-linking agent, and does not adversely affect the permselectivity of the permselective membrane. did.

たとえば、架橋剤としてグルタルアルデヒド等を用
い、溶媒として蒸留水または緩衝液などを用いて一定濃
度のタンパク質と架橋剤の混合溶液を調製し、この混合
溶液に各種化合物を共存させてグルタルアルデヒド等と
架橋反応を行わせ、固定化タンパク質膜を作成した。作
成された固定化タンパク質膜の物理的強度および選択透
過能について実験し、選択透過膜の物理強度を向上さ
せ、選択透過能に悪影響を与えない化合物を探索するこ
とができる。
For example, using glutaraldehyde or the like as a cross-linking agent, preparing a mixed solution of a protein and a cross-linking agent at a certain concentration using distilled water or a buffer solution as a solvent, and coexisting various compounds in the mixed solution with glutaraldehyde or the like. A cross-linking reaction was performed to prepare an immobilized protein membrane. An experiment can be conducted on the physical strength and permselectivity of the immobilized protein membrane thus prepared to search for a compound that improves the physical strength of the permselective membrane and does not adversely affect the permselectivity.

この結果、タンパク質を少なくとも1種類以上の球状
タンパク質を含む成分構成にし、架橋剤としてアミノ基
と架橋反応を行う化合物を用い、前記混合溶液に共存さ
せる化合物としてアミノ基、アミノ基の誘導体、あるい
はその両方を含む直鎖状多糖類を使用すれば固定化タン
パク質膜の選択透過性に悪影響を与えることなく、なお
かつ固定化タンパク質膜の物理的強度を向上することが
できることが見いだされた。
As a result, the protein is made into a component composition containing at least one or more globular proteins, a compound that undergoes a cross-linking reaction with an amino group is used as a cross-linking agent, and an amino group, an amino group derivative or a derivative thereof is used as a compound to coexist in the mixed solution. It has been found that the use of a linear polysaccharide containing both of them can improve the physical strength of the immobilized protein membrane without adversely affecting the permselectivity of the immobilized protein membrane.

本発明によれば、容易に優れた選択透過膜を形成する
ことが可能である。特に、導電性基体表面上に選択透過
膜を直接に設けることが容易に可能となり、さらに選択
透過膜上に固定化酵素膜を形成することにより、固定化
酵素電極を製造することができる。
According to the present invention, it is possible to easily form an excellent permselective membrane. In particular, it becomes easy to provide a permselective membrane directly on the surface of the conductive substrate, and further, by forming an immobilized enzyme membrane on the permselective membrane, an immobilized enzyme electrode can be manufactured.

本発明に使用される架橋剤としては、各種架橋剤を使
用することができるが、グルタルアルデヒド、ヘキサメ
チレンジイソシアネートなどの架橋試薬は結合強度が大
きいので、好ましく用いられる。特にグルタルアルデヒ
ドはより好ましく用いられる。
As the cross-linking agent used in the present invention, various cross-linking agents can be used, but a cross-linking reagent such as glutaraldehyde and hexamethylene diisocyanate is preferably used because of its high bonding strength. Particularly, glutaraldehyde is more preferably used.

タンパク質と架橋剤との構成重量比は、得られる選択
透過膜の選択透過性の点で、好ましくは100:5〜100:50
の範囲である。
The constituent weight ratio of the protein and the cross-linking agent is preferably 100: 5 to 100: 50, in terms of permselectivity of the obtained permselective membrane.
Range.

また本発明に従う選択透過膜に使用されるタンパク質
は、アルブミン、グロブリン、プロラミンなどの球状タ
ンパク質を少なくとも1種類以上含む成分構成であれ
ば、優れた選択透過能を有する選択透過膜を製造するこ
とができる。
Further, if the protein used in the permselective membrane according to the present invention has a component composition containing at least one or more globular proteins such as albumin, globulin, and prolamin, a permselective membrane having excellent permselectivity can be produced. it can.

また、タンパク質と架橋剤との混合溶液に添加され架
橋剤と反応する高分子物質は、好ましくはアミノ基、ア
ミノ基誘導体あるいはその両方を有する直鎖状多糖類で
あり、具体的にはグルコサミン、ガラクトサミンなどの
アミン糖およびその誘導体を構成単位とする他糖類を用
いることが可能である。このようなものには、バクテリ
アのペプチドグリカン、一部脱アセチル化したヒアルロ
ン酸や一部脱アセチル化したコンドロイチン硫酸、キト
サンが例示できる。容易に入手可能なキトサンは、この
ような高分子物質として好適に用いられる。
Further, the polymer substance added to the mixed solution of the protein and the crosslinking agent and reacting with the crosslinking agent is preferably an amino group, a linear polysaccharide having an amino group derivative or both, and specifically, glucosamine, It is possible to use other sugars having an amine sugar such as galactosamine or a derivative thereof as a constituent unit. Such examples include bacterial peptidoglycan, partially deacetylated hyaluronic acid, partially deacetylated chondroitin sulfate, and chitosan. Chitosan, which is easily available, is suitably used as such a polymer.

また本発明に従う選択透過膜においては、タンパク質
と前記直鎖状多糖類との構成重量比は、1000:1から100
0:10の範囲にあることが好ましい。タンパク質に対する
直鎖状多糖類の構成重量比が1000:10より大きくなる
と、選択透過膜の選択能が悪化してくる。この原因につ
いては定かではないが、直鎖状多糖類のタンパク質に対
する構成重量比が大きくなると、相対的にタンパク質に
対する架橋剤濃度が低下し、タンパク質に対する架橋反
応が不十分になる。したがつて、固定化タンパク質膜が
脆くなり、導電性基体表面との結合性、密着性およびタ
ンパク質間の結合性に影響し、膜の緻密さが保たれなく
なるためだと考えられる。また、上記構成重量比が100
0:1よりも小さくなると膜強度の向上が不充分となる。
Further, in the permselective membrane according to the present invention, the constituent weight ratio of the protein and the linear polysaccharide is 1,000: 1 to 100.
It is preferably in the range of 0:10. When the constituent weight ratio of the linear polysaccharide to the protein exceeds 1000: 10, the selectivity of the permselective membrane deteriorates. The reason for this is not clear, but as the constituent weight ratio of the linear polysaccharide to the protein increases, the concentration of the crosslinking agent for the protein relatively decreases, and the crosslinking reaction for the protein becomes insufficient. Therefore, it is considered that the immobilized protein film becomes brittle, which affects the binding to the conductive substrate surface, the adhesion, and the binding between proteins, and the denseness of the film cannot be maintained. In addition, the above composition weight ratio is 100
If the ratio is less than 0: 1, the improvement of the film strength becomes insufficient.

本発明に従えば、選択透過膜は先ず上述したタンパク
質と架橋剤とを蒸留水または緩衝液などに溶解し、さら
に上記高分子物質を添加し、たとえば導電体基体などの
表面上に塗布する。これによつて高分子物質を添加した
混合溶液では、架橋反応が進行し、固定化タンパク質膜
が形成される。このようにして、製造された選択透過膜
は、たとえば超音波処理などの物理的衝撃に対して非常
に耐久性に優れている。また高分子物質を添加したこと
により、選択透過能が悪化するといつた事態を招来する
こともない。
According to the present invention, the permselective membrane is prepared by first dissolving the above-mentioned protein and cross-linking agent in distilled water or a buffer solution, adding the above-mentioned polymer substance, and applying the resultant on a surface of, for example, a conductive substrate. As a result, in the mixed solution to which the polymer substance is added, the crosslinking reaction proceeds, and an immobilized protein film is formed. The permselective membrane manufactured in this way has extremely excellent durability against physical impacts such as ultrasonic treatment. In addition, the addition of the high molecular substance does not cause a situation in which the permselectivity deteriorates.

本発明に従う選択透過膜を導電性基体上に配置し、こ
れによつて過酸化水素測定用電極を構成することができ
る。このとき、選択透過膜を衝撃液などを介して導電性
基体近傍に配置することも可能であるが、導電性基体上
に直接選択透過膜を形成してもよい。さらに、この選択
透過膜の導電性基体とは反対側に少なくとも1種類のオ
キシターゼ等の酵素を固定化することによつて、固定化
酵素電極を製造することができる。このような固定化酵
素電極は物理的強度が大きく、耐久性および被検出物質
の選択性に非常に優れている。
The permselective membrane according to the present invention is arranged on a conductive substrate, whereby an electrode for measuring hydrogen peroxide can be constituted. At this time, the permselective membrane may be arranged near the conductive substrate via an impact liquid or the like, but the permselective membrane may be formed directly on the conductive substrate. Further, an immobilized enzyme electrode can be manufactured by immobilizing at least one kind of enzyme such as oxidase on the side of the permselective membrane opposite to the conductive substrate. Such an immobilized enzyme electrode has high physical strength, and is extremely excellent in durability and selectivity of a substance to be detected.

また本発明に従う選択透過膜は、バイオリアクターに
おいて反応生成物、若しくは原材料のみを選択的に分離
するためなどにも使用することが可能である。
The permselective membrane according to the present invention can also be used for selectively separating only reaction products or raw materials in a bioreactor.

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する
が、本発明はこれのみに限定されるものではない。な
お、%は重量%を表す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In addition,% represents weight%.

実施例 測定装置 本実施例では、第1図に示されるフロー型測定装置を
使用した。第1図に示されるフロー型測定装置、μオ
ーダの試料注入が可能な高速液体クロマトグラフイ用の
インジエクタ3と、本発明に従う選択透過膜を用いた電
極E1〜E4(C1〜C5)および参照電極としてのAg/AgCl電
極8が取付けられ、対極7としてステンレス鋼製の管路
が備えられた測定用セル5とを含んで構成される。たと
えば内径0.5mm、長さ1.5mのテフロン製の希釈用管路4
は、インジエクタ3と、測定用セル5との間に接続され
る。測定用セル5の内容積は40μであり、電極E1〜E4
(C1〜C5)とAg/AgCl電極8とが、緩衝液の管路を介し
て対向して配置される。電極E1〜E4(C1〜C5)には、ポ
テンシオスタツト9によつてAg/AgCl電極8に対して+
0.60Vの電圧が印加される。
Example Measuring Device In this example, a flow type measuring device shown in FIG. 1 was used. A flow type measuring apparatus shown in FIG. 1, an injector 3 for high-performance liquid chromatography capable of injecting a sample on the order of μ, and electrodes E1 to E4 (C1 to C5) using a permselective membrane according to the present invention and references An Ag / AgCl electrode 8 as an electrode is attached, and a measuring cell 5 provided with a stainless steel conduit as a counter electrode 7 is configured. For example, a Teflon dilution line 4 with an inner diameter of 0.5 mm and a length of 1.5 m
Is connected between the injector 3 and the measuring cell 5. The inner volume of the measuring cell 5 is 40 μm, and the electrodes E1 to E4
(C1 to C5) and the Ag / AgCl electrode 8 are arranged to face each other via a buffer solution channel. The electrodes E1 to E4 (C1 to C5) are connected to the Ag / AgCl electrode 8 by the potentiostat 9 and
A voltage of 0.60V is applied.

このような構成は、恒温槽12内に配置され、恒温槽12
内の温度は37℃に保持される。緩衝液1の送液には高速
液体クロマトグラフイ用のポンプ2を用い、緩衝液1と
してpH6.0の0.1Mリン酸ナトリウム緩衝液が1.0ml/分の
流量で送液される。測定を終えた試料を含む緩衝液は廃
液瓶11にて捕捉される。なお測定値は記録計10によつて
記録される。
Such a configuration is arranged in the thermostat 12 and the thermostat 12
The temperature inside is kept at 37 ° C. The pump 2 for high-performance liquid chromatography is used for sending the buffer solution 1, and a 0.1 M sodium phosphate buffer having a pH of 6.0 is sent as the buffer solution 1 at a flow rate of 1.0 ml / min. The buffer containing the sample after the measurement is captured in the waste liquid bottle 11. The measured value is recorded by the recorder 10.

実施例1 タンパク質としてウシ血清アルブミン(フラクシヨン
V,シグマ社製)を、架橋剤としてグルタルアルデヒド
を、タンパク質以外に架橋剤と反応する物質としてキト
サン(東京化成工業製)を用いた。
Example 1 Bovine serum albumin (fraction
V, Sigma), glutaraldehyde as a cross-linking agent, and chitosan (manufactured by Tokyo Chemical Industry) as a substance that reacts with the cross-linking agent other than protein.

キトサンは100mM塩酸水溶液に溶解して0.5%キトサン
溶液とした。
Chitosan was dissolved in a 100 mM aqueous hydrochloric acid solution to obtain a 0.5% chitosan solution.

ワツセルマン試験管中で 5%ウシ血清アルブミン水溶液 400μ、 25%グルタルアルデヒド水溶液 20μ、 0.5%キトサン溶液 20μ、 蒸留水 560μ、 を混合し、 最終濃度 2% ウシ血清アルブミン、 0.5% グルタルアルデヒド、 0.01% キトサン の混合溶液を調製した。 A 5% bovine serum albumin aqueous solution 400μ, a 25% glutaraldehyde aqueous solution 20μ, a 0.5% chitosan solution 20μ, and distilled water 560μ are mixed in a Watselmann test tube to a final concentration of 2% bovine serum albumin, 0.5% glutaraldehyde, 0.01% chitosan. Was prepared.

この混合溶液のタンパク質とキトサンの構成重量比は
1000:5、タンパク質と架橋剤の構成重量比100:25であ
る。
The component weight ratio of protein and chitosan in this mixed solution is
The ratio by weight is 1000: 5, and the weight ratio of protein to crosslinking agent is 100: 25.

一方、導電性基体である直径2mmの白金線の側面を熱
収縮テフロンで被覆し、その断面を1600番手のエメリー
紙で研磨した。この研磨された表面に、マイクロシリン
ジで上記混合溶液5μを載せて40℃で乾燥し、白金電
極上に直接タンパク質膜を形成した。このようにして、
過酸化水素を検出するための電極E1を作成した。
On the other hand, the side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm, which is a conductive substrate, was covered with a heat-shrinkable Teflon, and the cross section was polished with 1600th emery paper. 5 μ of the above mixed solution was placed on the polished surface with a microsyringe and dried at 40 ° C. to form a protein film directly on the platinum electrode. In this way,
An electrode E1 for detecting hydrogen peroxide was created.

このタンパク質膜で被覆された白金電極から成る電極
E1を第1図に示すフロー型測定装置に組み込み、100mM
リン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極8に対して
0.6Vの電位を印加した。この状態でインジエクタ3から
5mM過酸化水素を注入したところ、検出電流値は218nAで
あつた。次に5mMアスコルビン酸の溶液を注入したとこ
ろ、検出電流値は2.9nAであつた。したがつて、第1表
に示すようにアスコルビン酸による検出電流値の同濃度
の過酸化水素の検出電流値に対する割合は1.3%であつ
た。
An electrode consisting of a platinum electrode covered with this protein membrane
E1 was incorporated into the flow-type measuring device shown in Fig. 1 and 100 mM
While flowing the phosphate buffer solution 1, the Ag / AgCl electrode 8
A potential of 0.6 V was applied. In this state from Injector 3
When 5 mM hydrogen peroxide was injected, the detected current value was 218 nA. Next, when a solution of 5 mM ascorbic acid was injected, the detected current value was 2.9 nA. Therefore, as shown in Table 1, the ratio of the detected current value of ascorbic acid to the detected current value of hydrogen peroxide of the same concentration was 1.3%.

上述したように作成した電極E1を超音波処理装置で10
分間処理した後、再び第1図に示すフロー型測定装置に
組み込んだ。5mM過酸化水素を注入したときの検出電流
値は218nAであり、5mMアスコルビン酸の溶液を注入した
ときの検出電流値は2.9nAであつた。
The electrode E1 created as described above was
After processing for one minute, it was incorporated again into the flow-type measuring device shown in FIG. The detected current value when 5 mM hydrogen peroxide was injected was 218 nA, and the detected current value when 5 mM ascorbic acid solution was injected was 2.9 nA.

この結果は、超音波処理を行う前の結果とともに第2
表に示されている。第2表から、超音波処理の前後にお
いて、電極E1の過酸化水素およびアスコルビン酸に対す
る感度に変化はなかつたことが判る。
This result, together with the result before ultrasonic treatment, was
It is shown in the table. Table 2 shows that the sensitivity of the electrode E1 to hydrogen peroxide and ascorbic acid did not change before and after the ultrasonic treatment.

実施例2 タンパク質としてウシ血清アルブミン(フラクシヨン
V,シグマ社製)を、架橋剤としてグルタルアルデヒド
を、タンパク質以外に架橋剤と反応する物質としてキト
サン(東京化成工業製)を用いた。
Example 2 Bovine serum albumin (fraction
V, Sigma), glutaraldehyde as a cross-linking agent, and chitosan (manufactured by Tokyo Chemical Industry) as a substance that reacts with the cross-linking agent other than protein.

キトサンは100mM酢酸水溶液に溶解して0.5%キトサン
溶液とした。
Chitosan was dissolved in a 100 mM acetic acid aqueous solution to obtain a 0.5% chitosan solution.

ワツセルマン試験管中で 5%ウシ血清アルブミン水溶液 400μ、 25%グルタルアルデヒド水溶液 20μ、 0.5%キトサン溶液 20μ、 蒸留水 560μ、 を混合し、 最終濃度 2% ウシ血清アルブミン、 0.5% グルタルアルデヒド、 0.01% キトサン の混合溶液を調製した。 A 5% bovine serum albumin aqueous solution 400μ, a 25% glutaraldehyde aqueous solution 20μ, a 0.5% chitosan solution 20μ, and distilled water 560μ are mixed in a Watselmann test tube to a final concentration of 2% bovine serum albumin, 0.5% glutaraldehyde, 0.01% chitosan. Was prepared.

この混合溶液のタンパク質とキトサンの構成重量比は
1000:5、タンパク質と架橋剤の構成重量比100:25であ
る。
The component weight ratio of protein and chitosan in this mixed solution is
The ratio by weight is 1000: 5, and the weight ratio of protein to crosslinking agent is 100: 25.

一方、導電性基体である直径2mmの白金線の側面を熱
収縮テフロンで被覆し、その断面を1600番手のエメリー
紙で研磨した。この研磨された表面に、マイクロシリン
ジで上記混合溶液5μを載せて40℃で乾燥し、白金電
極上に直接タンパク質膜を形成した。このようにして、
過酸化水素を検出するための電極E2を作成した。
On the other hand, the side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm, which is a conductive substrate, was covered with a heat-shrinkable Teflon, and the cross section was polished with 1600th emery paper. 5 μ of the above mixed solution was placed on the polished surface with a microsyringe and dried at 40 ° C. to form a protein film directly on the platinum electrode. In this way,
An electrode E2 for detecting hydrogen peroxide was prepared.

このタンパク質膜で被覆された白金電極から成る電極
E2を図面に示すフロー型測定装置に組み込み、100mMリ
ン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極8に対して0.6
Vの電位を印加した。この状態でインジエクタ3から5mM
過酸化水素を注入したところ、検出電流値は220nAであ
つた。次に5mMアスコルビン酸の溶液を注入したとこ
ろ、検出電流値は2.9nAであつた。したがつて、第1表
に示すようにアスコルビン酸による検出電流値の同濃度
の過酸化水素の検出電流値に対する割合は実施例1と同
様に1.3%であつた。また、電極E2に超音波処理を行つ
ても、過酸化水素およびアスコルビン酸に対する感度に
変化はなかつた。したがつて、キトサンを溶解するため
の水溶液は、酸性溶液であれば、塩酸であつても酢酸で
あつてもよいことが判つた。
An electrode consisting of a platinum electrode covered with this protein membrane
E2 was incorporated in the flow-type measuring apparatus shown in the drawing, and 0.6 g was applied to the Ag / AgCl electrode 8 while flowing 100 mM phosphate buffer 1.
A potential of V was applied. In this state, Injector 3 to 5 mM
When hydrogen peroxide was injected, the detected current value was 220 nA. Next, when a solution of 5 mM ascorbic acid was injected, the detected current value was 2.9 nA. Accordingly, as shown in Table 1, the ratio of the detection current value of ascorbic acid to the detection current value of hydrogen peroxide of the same concentration was 1.3% as in Example 1. Further, even when the electrode E2 was subjected to the ultrasonic treatment, the sensitivity to hydrogen peroxide and ascorbic acid did not change. Therefore, it was found that the aqueous solution for dissolving chitosan may be hydrochloric acid or acetic acid as long as it is an acidic solution.

実施例3 タンパク質としてウシ血清アルブミン(フラクシヨン
V,シグマ社製)を、架橋剤としてグルタルアルデヒド
を、タンパク質以外に架橋剤と反応する物質としてキト
サン(東京化成工業製)を用いた。
Example 3 Bovine serum albumin (fraction
V, Sigma), glutaraldehyde as a cross-linking agent, and chitosan (manufactured by Tokyo Chemical Industry) as a substance that reacts with the cross-linking agent other than protein.

キトサンは100mM塩酸水溶液に溶解して0.5%キトサン
溶液とした。
Chitosan was dissolved in a 100 mM aqueous hydrochloric acid solution to obtain a 0.5% chitosan solution.

ワツセルマン試験管中で 5%ウシ血清アルブミン水溶液 400μ、 25%グルタルアルデヒド水溶液 20μ、 0.5%キトサン溶液 200μ、 蒸留水 380μ、 を混合し、 最終濃度 2% ウシ血清アルブミン、 0.5% グルタルアルデヒド、 0.05% キトサン の混合溶液を調製した。 In a Wassermann test tube, mix 5% bovine serum albumin aqueous solution 400μ, 25% glutaraldehyde aqueous solution 20μ, 0.5% chitosan solution 200μ, distilled water 380μ, and final concentration 2% bovine serum albumin, 0.5% glutaraldehyde, 0.05% chitosan Was prepared.

この混合溶液のタンパク質とキトサンの構成重量比は
1000:25、タンパク質と架橋剤の構成重量比100:25であ
る。
The component weight ratio of protein and chitosan in this mixed solution is
The ratio by weight of the protein and the crosslinking agent is 100: 25.

一方、導電性基体である直径2mmの白金線の側面を熱
収縮テフロンで被覆し、その断面を1600番手のエメリー
紙で研磨した。この研磨された表面に、マイクロシリン
ジで上記混合溶液5μを載せて40℃で乾燥し、白金電
極上に直接タンパク質膜を形成した。このようにして、
過酸化水素を検出するための電極E3を作成した。
On the other hand, the side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm, which is a conductive substrate, was covered with a heat-shrinkable Teflon, and the cross section was polished with 1600th emery paper. 5 μ of the above mixed solution was placed on the polished surface with a microsyringe and dried at 40 ° C. to form a protein film directly on the platinum electrode. In this way,
An electrode E3 for detecting hydrogen peroxide was prepared.

このタンパク質膜で被覆された白金電極から成る電極
E3を第1図に示すフロー型測定装置に組み込み、100mM
リン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極8に対して
0.6Vの電位を印加した。この状態でインジエクタ3から
5mM過酸化水素を注入したところ、検出電流値は219nAで
あつた。次に5mMアスコルビン酸の溶液を注入したとこ
ろ、検出電流値は6.8nAであつた。したがつて、第1表
に示すようにアスコルビン酸による検出電流値の同濃度
の過酸化水素の検出電流値に対する割合は3.1%であつ
た。実施例1,2に比較してわずかに選択透過能に劣る
が、充分使用に耐える値である。また電極E3に超音波処
理を行つても、過酸化水素およびアスコルビン酸に対す
る感度に変化はなかつた。
An electrode consisting of a platinum electrode covered with this protein membrane
Incorporate E3 into the flow measuring device shown in Fig.
While flowing the phosphate buffer solution 1, the Ag / AgCl electrode 8
A potential of 0.6 V was applied. In this state from Injector 3
When 5 mM hydrogen peroxide was injected, the detected current value was 219 nA. Next, when a solution of 5 mM ascorbic acid was injected, the detected current value was 6.8 nA. Therefore, as shown in Table 1, the ratio of the detected current value of ascorbic acid to the detected current value of hydrogen peroxide of the same concentration was 3.1%. Although it is slightly inferior in selective permeation ability as compared with Examples 1 and 2, it is a value that can be sufficiently used. Further, even when the electrode E3 was subjected to the ultrasonic treatment, the sensitivity to hydrogen peroxide and ascorbic acid did not change.

比較例1 直径2mmの白金線の側面を熱収縮テフロンで被覆し、
その断面を1600番手のエメリー紙で研磨し、白金電極C1
とした。
Comparative Example 1 A side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm was covered with a heat-shrinkable Teflon,
The cross section is polished with emery paper of 1600th and platinum electrode C1
And

この白金電極C1を図面に示すフロー型測定装置に組み
込み、100mMリン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極
8に対して0.6Vの電位を印加し、5mM過酸化水素を注入
したところ、検出電流値は530nAであり、次に5mMアスコ
ルビン酸の溶液を注入したところ、検出電流値は333nA
であつた。したがつて、第1表に示すようにアスコルビ
ン酸による検出電流値の同濃度の過酸化水素の検出電流
値に対する割合は62.9%であつた。これによつて選択透
過膜を設けていない白金電極C1では、アスコルビン酸を
含む試料を測定することはできないことが判つた。
This platinum electrode C1 was incorporated into the flow-type measurement device shown in the drawing, and a potential of 0.6 V was applied to the Ag / AgCl electrode 8 while flowing 100 mM phosphate buffer 1 to inject 5 mM hydrogen peroxide. The detection current value was 530 nA, and when a 5 mM ascorbic acid solution was injected, the detection current value was 333 nA.
It was. Therefore, as shown in Table 1, the ratio of the detected current value of ascorbic acid to the detected current value of hydrogen peroxide of the same concentration was 62.9%. As a result, it was found that a sample containing ascorbic acid could not be measured with the platinum electrode C1 having no permselective membrane.

比較例2 タンパク質としてウシ血清アルブミン(フラクシヨン
V,シグマ社製)を、架橋剤としてグルタルアルデヒド
を、タンパク質以外に架橋剤と反応する物質として1,4
−ジアミノブタンを用いた。
Comparative Example 2 Bovine serum albumin (fraction
V, manufactured by Sigma), glutaraldehyde as a cross-linking agent, and 1,4
-Diaminobutane was used.

ワツセルマン試験管中で 5%ウシ血清アルブミン水溶液 400μ、 25%グルタルアルデヒド水溶液 20μ、 0.5%1,4−ジアミノブタン溶液 20μ、 蒸留水 560μ、 を混合し、 最終濃度 2% ウシ血清アルブミン、 0.5% グルタルアルデヒド、 0.01% 1,4−ジアミノブタン の混合溶液を調製した。 A 5% bovine serum albumin aqueous solution 400μ, a 25% glutaraldehyde aqueous solution 20μ, a 0.5% 1,4-diaminobutane solution 20μ, and distilled water 560μ are mixed in a Watselmann test tube to give a final concentration of 2% bovine serum albumin, 0.5% glutaral. A mixed solution of aldehyde and 0.01% 1,4-diaminobutane was prepared.

一方、導電性基体である直径2mmの白金線の側面を熱
収縮テフロンで被覆し、その断面を1600番手のエメリー
紙で研磨した。この研磨された表面に、マイクロシリン
ジで上記混合溶液5μを載せて40℃で乾燥し、白金電
極上に直接タンパク質膜を形成した。このようにして、
過酸化水素を検出するための電極C2を作成した。
On the other hand, the side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm, which is a conductive substrate, was covered with a heat-shrinkable Teflon, and the cross section was polished with 1600th emery paper. 5 μ of the above mixed solution was placed on the polished surface with a microsyringe and dried at 40 ° C. to form a protein film directly on the platinum electrode. In this way,
An electrode C2 for detecting hydrogen peroxide was prepared.

このタンパク質膜で被覆された白金電極から成る電極
C2を第1図に示すフロー型測定装置に組み込み、100mM
リン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極8に対して
0.6Vの電位を印加した。この状態でインジエクタ3から
5mM過酸化水素を注入したところ、検出電流値は296nAで
あつた。次に5mMアスコルビン酸の溶液を注入したとこ
ろ、検出電流値は144nAであつた。したがつて、第1表
に示すようにアスコルビン酸による検出電流値の同濃度
の過酸化水素の検出電流値に対する割合は48.5%であつ
た。1,4−ジアミノブタンを添加して得られた選択透過
膜は選択透過能に劣り、電極C2では、妨害物質としてア
スコルビン酸を含む試料の測定を行うことができないこ
とが判つた。また、超音波処理を行うとさらに選択性が
低下することから物理的強度にも劣ることが判つた。
An electrode consisting of a platinum electrode covered with this protein membrane
Incorporate C2 into the flow-type measuring device shown in Fig. 1, 100mM
While flowing the phosphate buffer solution 1, the Ag / AgCl electrode 8
A potential of 0.6 V was applied. In this state from Injector 3
When 5 mM hydrogen peroxide was injected, the detected current value was 296 nA. Next, when a solution of 5 mM ascorbic acid was injected, the detected current value was 144 nA. Therefore, as shown in Table 1, the ratio of the detected current value of ascorbic acid to the detected current value of hydrogen peroxide of the same concentration was 48.5%. The permselective membrane obtained by adding 1,4-diaminobutane was inferior in permselectivity, and it was found that the electrode C2 could not measure a sample containing ascorbic acid as an interfering substance. In addition, it was found that when the ultrasonic treatment was performed, the selectivity was further reduced, so that the physical strength was also inferior.

比較例3 タンパク質としてウシ血清アルブミン(フラクシヨン
V,シグマ社製)を、架橋剤としてグルタルアルデヒド
を、タンパク質以外に架橋剤と反応する物質としてトリ
エチレンテトラアミンを用いた。
Comparative Example 3 Bovine serum albumin (fraction
V, Sigma), glutaraldehyde as a cross-linking agent, and triethylenetetraamine as a substance that reacts with the cross-linking agent other than protein.

ワツセルマン試験管中で 5%ウシ血清アルブミン水溶液 400μ、 25%グルタルアルデヒド水溶液 20μ、 0.5%トリエチレンテトラアミン溶液 20μ、 蒸留水 560μ、 を混合し、 最終濃度 2% ウシ血清アルブミン、 0.5% グルタルアルデヒド、 0.01% トリエチレンテトラアミン、 の混合溶液を調製した。 A 5% bovine serum albumin aqueous solution (400μ), a 25% glutaraldehyde aqueous solution (20μ), a 0.5% triethylenetetraamine solution (20μ), and distilled water (560μ) were mixed in a Wattsselmann test tube to a final concentration of 2% bovine serum albumin, 0.5% glutaraldehyde, A mixed solution of 0.01% triethylenetetraamine was prepared.

一方、導電性基体である直径2mmの白金線の側面を熱
収縮テフロンで被覆し、その断面を1600番手のエメリー
紙で研磨した。この研磨された表面に、マイクロシリン
ジで上記混合溶液5μを載せて40℃で乾燥し、白金電
極上に直接タンパク質膜を形成した。このようにして、
過酸化水素を検出するための電極C3を作成した。
On the other hand, the side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm, which is a conductive substrate, was covered with a heat-shrinkable Teflon, and the cross section was polished with 1600th emery paper. 5 μ of the above mixed solution was placed on the polished surface with a microsyringe and dried at 40 ° C. to form a protein film directly on the platinum electrode. In this way,
An electrode C3 for detecting hydrogen peroxide was prepared.

このタンパク質膜で被覆された白金電極から成る電極
C3を図面に示すフロー型測定装置に組み込み、100mMリ
ン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極8に対して0.6
Vの電位を印加した。この状態でインジエクタ3から5mM
過酸化水素を注入したところ、検出電流値は426nAであ
つた。次に5mMアスコルビン酸の溶液を注入したとこ
ろ、検出電流値は104nAであつた。したがつて、第1表
に示すようにアスコルビン酸による検出電流値の同濃度
の過酸化水素の検出電流値に対する割合は24.4%であつ
た。トリエチレンテトラアミンを添加して得られた選択
透過膜は選択透過能に劣り、電極C3では妨害物質として
アスコルビン酸を含む試料の測定を行うことができない
ことが判つた。また超音波処理を行うと、さらに選択性
が低下することから物理的強度にも劣ることが判つた。
An electrode consisting of a platinum electrode covered with this protein membrane
C3 was incorporated into the flow-type measuring device shown in the drawing, and 0.6 g was applied to the Ag / AgCl electrode 8 while flowing 100 mM phosphate buffer 1.
A potential of V was applied. In this state, Injector 3 to 5 mM
When hydrogen peroxide was injected, the detected current value was 426 nA. Next, when a solution of 5 mM ascorbic acid was injected, the detected current value was 104 nA. Therefore, as shown in Table 1, the ratio of the detected current value of ascorbic acid to the detected current value of hydrogen peroxide of the same concentration was 24.4%. The permselective membrane obtained by adding triethylenetetraamine was inferior in permselectivity, and it was found that the electrode C3 could not measure a sample containing ascorbic acid as an interfering substance. Further, it was found that when the ultrasonic treatment was performed, the selectivity was further reduced, and the physical strength was also inferior.

比較例4 タンパク質としてウシ血清アルブミン(フラクシヨン
V,シグマ社製)を、架橋剤としてグルタルアルデヒドを
用いた。
Comparative Example 4 Bovine serum albumin (fraction
V, Sigma) and glutaraldehyde as a crosslinking agent.

ワツセルマン試験管中で 5%ウシ血清アルブミン水溶液 400μ、 25%グルタルアルデヒド水溶液 20μ、 蒸留水 580μ、 を混合し、 最終濃度 2% ウシ血清アルブミン、 0.5% グルタルアルデヒド、 の混合溶液を調製した。 A 5% bovine serum albumin aqueous solution (400 µm), a 25% glutaraldehyde aqueous solution (20 µm), and distilled water (580 µm) were mixed in a Watselmann test tube to prepare a mixed solution of a final concentration of 2% bovine serum albumin and 0.5% glutaraldehyde.

一方、導電性基体である直径2mmの白金線の側面を熱
収縮テフロンで被覆し、その断面を1600番手のエメリー
紙で研磨した。この研磨された表面に、マイクロシリン
ジで上記混合溶液5μを載せて40℃で乾燥し、白金電
極上に直接タンパク質膜を形成した。このようにして、
過酸化水素を検出するための電極C4を作成した。
On the other hand, the side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm, which is a conductive substrate, was covered with a heat-shrinkable Teflon, and the cross section was polished with 1600th emery paper. 5 μ of the above mixed solution was placed on the polished surface with a microsyringe and dried at 40 ° C. to form a protein film directly on the platinum electrode. In this way,
An electrode C4 for detecting hydrogen peroxide was prepared.

このタンパク質膜で被覆された白金電極から成る電極
C4を図面に示すフロー型測定装置に組み込み、100mMリ
ン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極8に対して0.6
Vの電位を印加した。この状態でインジエクタ3から5mM
過酸化水素を注入したところ、検出電流値は219nAであ
つた。次に5mMアスコルビン酸の溶液を注入したとこ
ろ、検出電流値は2.6nAであつた。したがつて、第1表
に示すようにアスコルビン酸による検出電流値の同濃度
の過酸化水素の検出電流値に対する割合は1.2%であつ
た。このように、タンパク質と架橋剤とからのみ成る選
択透過膜は、その選択透過能に優れている。
An electrode consisting of a platinum electrode covered with this protein membrane
C4 was incorporated into the flow-type measuring apparatus shown in the drawing, and 0.6 g was applied to the Ag / AgCl electrode 8 while flowing 100 mM phosphate buffer 1.
A potential of V was applied. In this state, Injector 3 to 5 mM
When hydrogen peroxide was injected, the detected current value was 219 nA. Next, when a solution of 5 mM ascorbic acid was injected, the detected current value was 2.6 nA. Therefore, as shown in Table 1, the ratio of the detected current value of ascorbic acid to the detected current value of hydrogen peroxide of the same concentration was 1.2%. Thus, a permselective membrane consisting only of a protein and a cross-linking agent is excellent in its permselectivity.

しかし、この電極C4を超音波処理装置で10分間処理し
た後、再び第1図に示すフロー型測定装置に組み込ん
だ。5mM過酸化水素を注入したときの検出電流値は262nA
であり、5mMアスコルビン酸の溶液を注入したときの検
出電流値は6.6nAであつた。
However, after the electrode C4 was treated with an ultrasonic treatment device for 10 minutes, it was incorporated into the flow-type measurement device shown in FIG. 1 again. Detected current value is 262nA when 5mM hydrogen peroxide is injected
The detected current value when a 5 mM ascorbic acid solution was injected was 6.6 nA.

この結果は、超音波処理を行う前の結果とともに第2
表に示されている。第2表から、超音波処理の後におい
ては、電極C4の過酸化水素およびアスコルビン酸に対す
る感度が上昇し、また選択透過性が悪くなつている。し
たがつて、このような電極C4では、物理的強度が不充分
であり、その耐久性に劣ることが判つた。
This result, together with the result before ultrasonic treatment, was
It is shown in the table. From Table 2, it can be seen that after sonication, the sensitivity of electrode C4 to hydrogen peroxide and ascorbic acid is increased, and the permselectivity is poor. Therefore, it was found that such an electrode C4 had insufficient physical strength and was inferior in durability.

実施例4 直径2mmの白金線の側面を熱収縮テフロンで被覆し、
その断面を1600番手のエメリー紙で研磨した表面に実施
例1と同様な材料および手順で選択透過膜を形成する。
この上に牛血清アルブミンを1mg/ml、グルコースオキシ
ダーゼ(タイプII、シグマ社製)を1mg/ml、グルタルア
ルデヒドを0.2%になるよう100mMリン酸ナトリウム緩衝
液(pH6.0)に溶解した液をマイクロシリンジで3μ
滴下し、40℃で15分間加熱し、固定化酵素層を形成し、
電極E4とした。
Example 4 The side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm was covered with a heat-shrinkable Teflon,
A permselective membrane is formed on the surface polished with emery paper of No. 1600 using the same material and procedure as in Example 1.
A solution prepared by dissolving 1 mg / ml of bovine serum albumin, 1 mg / ml of glucose oxidase (Type II, manufactured by Sigma), and glutaraldehyde in a 100 mM sodium phosphate buffer (pH 6.0) to a concentration of 0.2% was added thereto. 3μ with micro syringe
Add dropwise and heat at 40 ° C for 15 minutes to form an immobilized enzyme layer,
The electrode was E4.

この電極E4を図面に示すフロー型測定装置に組み込
み、100mMリン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極8
に対して0.6Vの電圧を印加した。インジエクタ3から30
mMのグルコース水溶液5μを注入したところ、検出電
流値は393nAであつた。次に、、30mMのアスコルビン酸
水溶液を同量注入したところ、検出電流値は11.2nAであ
つた。つまり、同濃度のグルコースに対するアスコルビ
ン酸の検出値は2.8%であり、実用上全く無視できるも
のである。
This electrode E4 was incorporated into the flow-type measuring device shown in the drawing, and the Ag / AgCl electrode 8 was fed while flowing 100 mM phosphate buffer 1.
, A voltage of 0.6 V was applied. Injector 3 to 30
When 5 μm of an aqueous glucose solution was injected, the detected current value was 393 nA. Next, when the same amount of 30 mM ascorbic acid aqueous solution was injected, the detected current value was 11.2 nA. That is, the detection value of ascorbic acid with respect to the same concentration of glucose is 2.8%, which is completely negligible in practical use.

さらに、この電極E4をフロー型測定装置から一旦取外
し、超音波処理装置で10分間処理した後、再度フロー型
測定装置に取付けた。そして超音波処理前と同様に、30
mMのグルコースおよびアスコルビン酸水溶液を、各々5
μ注入した。グルコースに対する検出電流値は395nA
で、アスコルビン酸に対する検出電流値は11.1nAであつ
た。この結果は第3表に示されている。このように、本
電極E4は超音波処理による性能劣化がないことが判つ
た。
Further, the electrode E4 was once removed from the flow-type measuring device, treated with an ultrasonic treatment device for 10 minutes, and then attached to the flow-type measuring device again. And as before sonication, 30
mM glucose and ascorbic acid aqueous solutions
μ was injected. The detected current value for glucose is 395 nA
The detected current value for ascorbic acid was 11.1 nA. The results are shown in Table 3. Thus, it was found that the performance of the present electrode E4 did not deteriorate due to the ultrasonic treatment.

また、超音波処理した本電極を室温、緩衝液中で保存
したところ、3カ月後も感度低下や選択性の低下が認め
られず優れた耐久性を示した。
In addition, when this ultrasonically treated electrode was stored in a buffer at room temperature, no decrease in sensitivity or selectivity was observed even after 3 months, showing excellent durability.

比較例5 選択透過膜作成時にキトサンを含まなかつた以外、実
施例4と同様に固定化酵素電極C5を作成した。
Comparative Example 5 An immobilized enzyme electrode C5 was prepared in the same manner as in Example 4, except that chitosan was not included when the permselective membrane was prepared.

この電極C5を第1図に示すフロー型測定装置に組み込
み100mMリン酸緩衝液1を流しながら、Ag/AgCl電極に対
して0.6Vの電圧を印加した。30mMのグルコース水溶液5
μを注入したところ検出電流値は385nAであつた。次
に、30mMのアスコルビン酸水溶液を同量注入したところ
検出電流値は10.3nAであつた。
The electrode C5 was incorporated into the flow-type measuring apparatus shown in FIG. 1, and a voltage of 0.6 V was applied to the Ag / AgCl electrode while flowing 100 mM phosphate buffer 1. 30mM glucose aqueous solution 5
When μ was injected, the detected current value was 385 nA. Next, when the same amount of 30 mM ascorbic acid aqueous solution was injected, the detected current value was 10.3 nA.

さらに、この電極C5をフロー型測定装置から一旦取外
し、超音波処理装置で10分間処理した。目視的には膜に
異常は認められなかつたが、再度フロー型測定装置に電
極を取付け、超音波処理前と同様に、30mMのグルコース
およびアスコルビン酸水溶液を、各々5μ注入したと
ころ、グルコースに対する検出電流値は402nAで、アス
コルビン酸に対する検出電流値は16.2nAであつた。この
結果は、実施例4の結果とともに第3表に示されてい
る。このように、電極C5においては、超音波処理によつ
て膜透過性が変動し選択性の低下が起きたことが判る。
Further, the electrode C5 was once removed from the flow-type measuring device, and was treated for 10 minutes by an ultrasonic treatment device. No abnormality was visually observed in the membrane, but the electrodes were attached to the flow-type measuring device again, and 30 mM of glucose and an aqueous solution of ascorbic acid were injected at 5 μm each as before the ultrasonic treatment. The current value was 402 nA, and the detected current value for ascorbic acid was 16.2 nA. The results are shown in Table 3 together with the results of Example 4. As described above, in the electrode C5, it was found that the membrane permeability was changed by the ultrasonic treatment, and the selectivity was lowered.

また、超音波処理した本電極を室温、・緩衝液中で保
存したところ、2カ月後に目視的に膜の剥離が認めら
れ、超音波処理によつて引き起こされた膜の部分的破損
が最終的に膜の剥離にまで進展したものと考えられる。
When the ultrasonically treated electrode was stored at room temperature in a buffer solution, peeling of the film was visually observed after two months, and partial damage to the film caused by the ultrasonic treatment was finally completed. It is considered that the film progressed to the peeling of the film.

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、タンパク質を用
いて選択透過能を有する機能性膜を構築する場合に、固
定化タンパク質膜の特性に悪影響を与えず、なおかつ、
物理的強度に優れた選択透過膜を容易に作成することが
できる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, when a functional membrane having selective permeation ability is constructed using a protein, it does not adversely affect the properties of the immobilized protein membrane, and
A permselective membrane having excellent physical strength can be easily formed.

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

第1図は本発明の一実施例および比較例において使用さ
れるフロー型測定装置の概略図である。 1……緩衝液、2……ポンプ、3……インジエクタ、4
……希釈用管路、5……測定用セル、E1〜E4……電極、
7……対極、8……Ag/AgCl電極、9……ポテンシオス
タツト、10……記録計、11……廃液瓶
FIG. 1 is a schematic diagram of a flow-type measuring device used in one embodiment and a comparative example of the present invention. 1 ... buffer solution, 2 ... pump, 3 ... injector, 4
... Dilution pipeline, 5 ... Measurement cell, E1-E4 ... Electrode,
7… Counter electrode, 8… Ag / AgCl electrode, 9… Potiostat, 10… Recorder, 11… Waste liquid bottle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 27/327 G01N 27/30 341G 27/404 341J 353Q (56)参考文献 特開 昭63−182559(JP,A) 特開 昭55−164349(JP,A) 特開 昭60−56254(JP,A) 特開 昭62−32352(JP,A)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location G01N 27/327 G01N 27/30 341G 27/404 341J 353Q (56) References JP-A-63-182559 (JP, A) JP-A-55-164349 (JP, A) JP-A-60-56254 (JP, A) JP-A-62-32352 (JP, A)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】タンパク質と、少なくとも1種類の架橋剤
とを含み、前記タンパク質以外に架橋剤と反応する高分
子物質か少なくとも1種類添加された混合溶液を膜状に
展開し、 架橋反応により前記タンパク質を固定化して成ることを
特徴とする選択透過膜。
1. A mixed solution containing a protein and at least one kind of cross-linking agent, wherein at least one kind of a polymer substance that reacts with the cross-linking agent is added in addition to the protein, and the mixture is developed into a film. A permselective membrane characterized by immobilizing a protein.
【請求項2】前記タンパク質が少なくとも1種類以上の
球状タンパク質を含む成分構成であり、 前記少なくとも1種類の架橋剤がアミノ基と架橋反応す
る架橋剤を含み、 前記高分子物質がアミノ基、アミノ基の誘導体あるいは
その両方を有する直鎖状多糖類を含むことを特徴とする
請求項第1項記載の選択透過膜。
2. The composition according to claim 1, wherein the protein comprises at least one kind of globular protein, wherein the at least one kind of crosslinking agent comprises a crosslinking agent which undergoes a crosslinking reaction with an amino group, and wherein the polymer substance comprises an amino group, 2. The permselective membrane according to claim 1, comprising a linear polysaccharide having a group derivative or both.
【請求項3】前記高分子物質がキトサンであることを特
徴とする請求項第2項記載の選択透過膜。
3. The permselective membrane according to claim 2, wherein said polymer substance is chitosan.
【請求項4】前記タンパク質と直鎖状多糖類との構成重
量比が1000:1から1000:10の範囲であることを特徴とす
る請求項第2項記載の選択透過膜。
4. The permselective membrane according to claim 2, wherein the weight ratio of the protein to the linear polysaccharide ranges from 1000: 1 to 1000: 10.
【請求項5】前記タンパク質と架橋剤との構成重量比が
100:5から100:50の範囲であることを特徴とする請求項
第2項または第4項記載の選択透過膜。
5. The composition of the present invention, wherein the weight ratio of the protein to the crosslinking agent is
The permselective membrane according to claim 2 or 4, wherein the range is from 100: 5 to 100: 50.
【請求項6】請求項第1項〜第5項のいずれか一項に記
載される選択透過膜を、導電性基体近傍に設けたことを
特徴とする電極。
6. An electrode, wherein the permselective membrane according to any one of claims 1 to 5 is provided near a conductive substrate.
【請求項7】前記選択透過膜の導電性基体とは反対側表
面上に、少なくとも1種類のオキシターゼを固定化した
固定化酵素膜を設けたことを特徴とする請求項第6項記
載の電極。
7. The electrode according to claim 6, wherein an immobilized enzyme membrane on which at least one type of oxidase is immobilized is provided on the surface of the permselective membrane opposite to the conductive substrate. .
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