JP2685145B2 - 酵素電極 - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/001—Enzyme electrodes
- C12Q1/002—Electrode membranes
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S435/00—Chemistry: molecular biology and microbiology
- Y10S435/817—Enzyme or microbe electrode
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、固定化酵素電極(以下「酵素電極」と略
す)に関し、特に電気化学的妨害物質の影響を受けず、
正確な測定値が得られる酵素電極に関する。
す)に関し、特に電気化学的妨害物質の影響を受けず、
正確な測定値が得られる酵素電極に関する。
(従来の技術) 酵素反応を生体物質や食品等に含まれる目的物質の定
量に用いることは、その反応速度の速さ及び基質特異性
を有する等の利点から広く行われている。
量に用いることは、その反応速度の速さ及び基質特異性
を有する等の利点から広く行われている。
特に酵素電極を用いた目的物質の濃度測定法は微量の
酵素を反復利用する可能性を開き、その応用範囲を医
療、食品、薬品分析等に広げつつある。一定電圧を酵素
電極に印加しながら、酵素反応による生成物の電極反応
に伴う電流値を計測するアンペロメトリック法は、一般
に電極構成が簡単で、かつ高感度化が可能であり、特に
反応に際し過酸化水素を形成するオキシダーゼ(H2O2形
成オキシダーゼと略す)反応系を利用する電極は応答速
度、感度共に比較的優れるため広く研究されている。し
かしこの方法には被検体中に還元物質が混入している
と、その影響を受け目的物質の濃度を正確に測定出来な
いという欠点がある。
酵素を反復利用する可能性を開き、その応用範囲を医
療、食品、薬品分析等に広げつつある。一定電圧を酵素
電極に印加しながら、酵素反応による生成物の電極反応
に伴う電流値を計測するアンペロメトリック法は、一般
に電極構成が簡単で、かつ高感度化が可能であり、特に
反応に際し過酸化水素を形成するオキシダーゼ(H2O2形
成オキシダーゼと略す)反応系を利用する電極は応答速
度、感度共に比較的優れるため広く研究されている。し
かしこの方法には被検体中に還元物質が混入している
と、その影響を受け目的物質の濃度を正確に測定出来な
いという欠点がある。
例えばグルコースオキシダーゼ(GOD)を用いたグル
コース定量の場合、(i)式により生じた過酸化水素
は、飽和カロメル電極(以下SCEと略す)に対して+0.6
V前後の電圧で(ii)式の如く電極反応を起こし、この
際に流れる電流量はグルコース濃度に比例することか
ら、グルコース濃度の定量が可能となる。
コース定量の場合、(i)式により生じた過酸化水素
は、飽和カロメル電極(以下SCEと略す)に対して+0.6
V前後の電圧で(ii)式の如く電極反応を起こし、この
際に流れる電流量はグルコース濃度に比例することか
ら、グルコース濃度の定量が可能となる。
酵素による反応(i)は目的物質であるグルコ グルコース+酵素→D−グルコノ−δ−ラクトン+H2O2
(i) H2O3→O2+2H++2e- (ii) ースに対し高度の基質特異性を有するが、電極反応(i
i)は種々の還元物質つまり電気化学的妨害物質が電極
上で酸化されるため、測定電流には妨害物質が酸化され
た時に生じる電流が上乗せされ、測定誤差を生じる欠点
があった。尚、食品、生体液中に存在する電気化学的妨
害物質には、アスコルビン酸、尿素、還元型グルタチオ
ン、チロシン等が知られている。
(i) H2O3→O2+2H++2e- (ii) ースに対し高度の基質特異性を有するが、電極反応(i
i)は種々の還元物質つまり電気化学的妨害物質が電極
上で酸化されるため、測定電流には妨害物質が酸化され
た時に生じる電流が上乗せされ、測定誤差を生じる欠点
があった。尚、食品、生体液中に存在する電気化学的妨
害物質には、アスコルビン酸、尿素、還元型グルタチオ
ン、チロシン等が知られている。
このため、従来より、オキシダーゼ反応(i)により
生じる過酸化水素を測定する酵素電極において、固定化
酵素層と白金等の導電性基体間にアセチルセルロース等
から成る選択透過膜を設け、過酸化水素を透過させ、そ
れより分子量の大きい妨害物質を透過させない条件下で
測定を実施する方法が知られている。
生じる過酸化水素を測定する酵素電極において、固定化
酵素層と白金等の導電性基体間にアセチルセルロース等
から成る選択透過膜を設け、過酸化水素を透過させ、そ
れより分子量の大きい妨害物質を透過させない条件下で
測定を実施する方法が知られている。
しかしながら、従来の選択透過膜、例えばアセチルセ
ルロース膜の場合、アセチル化度、溶解方法、成膜方
法、3官能性アミンの混合量等の調整が複雑で、再現性
良く選択透過膜を製造するのが困難であった。
ルロース膜の場合、アセチル化度、溶解方法、成膜方
法、3官能性アミンの混合量等の調整が複雑で、再現性
良く選択透過膜を製造するのが困難であった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、再現性良く、選択透過性に優れた膜を製造
することにより妨害物質の影響を全く受けず正確な測定
を行うことが出来る酵素電極を提供することを目的とす
る。
することにより妨害物質の影響を全く受けず正確な測定
を行うことが出来る酵素電極を提供することを目的とす
る。
(問題を解決するための手段) 本発明は、電離放射線又は紫外線により硬化しうる樹
脂エマルジョンと水溶性高分子を主成分とする混合組成
物を膜状に成形し、電離放射線又は紫外線を照射して本
質的に水不溶の膜を形成後、水洗して得られた選択透過
膜と、該選択透過膜上に固定化された酵素と、該選択透
過膜を装着した導電性基体とを備える酵素電極である。
また、水溶性高分子として変性ポリビニルアルコール、
ゼラチン及びアラビアゴムの中から選択される少なくと
も一つを使用すると選択透過性が向上するので、より好
ましい。
脂エマルジョンと水溶性高分子を主成分とする混合組成
物を膜状に成形し、電離放射線又は紫外線を照射して本
質的に水不溶の膜を形成後、水洗して得られた選択透過
膜と、該選択透過膜上に固定化された酵素と、該選択透
過膜を装着した導電性基体とを備える酵素電極である。
また、水溶性高分子として変性ポリビニルアルコール、
ゼラチン及びアラビアゴムの中から選択される少なくと
も一つを使用すると選択透過性が向上するので、より好
ましい。
(作用) 本発明においては、選択透過膜上に酵素を固定した膜
をOリング等で導電性基体に装着して作用極とするか、
又は導電性基体に選択透過膜を直接形成し、更に選択透
過膜に酵素を固定して同様の作用極を製造することも出
来る。導電性基体としては、白金、金、カーボン等が用
いられる。
をOリング等で導電性基体に装着して作用極とするか、
又は導電性基体に選択透過膜を直接形成し、更に選択透
過膜に酵素を固定して同様の作用極を製造することも出
来る。導電性基体としては、白金、金、カーボン等が用
いられる。
選択透過膜形成に用いる電離放射線又は紫外線により
硬化する樹脂エマルジョンは、エチレン性不飽和二重結
合を有するプレポリマー又はモノマーを少なくとも一種
以上含有するもので、そのプレポリマーとしては、 (a)脂肪族、脂環族、芳香脂肪族2〜6価の多価アル
コール及びポリアルキレングリコールのポリ(メタ)ア
クリレート; (b)脂肪族、脂環族、芳香脂肪族、芳香族2〜6価の
多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加させた形
の多価アルコールのポリ(メタ)アクリレート; (c)ポリ(メタ)アクリロイルオキシアルキルリン酸
エステル; (d)ポリエステルポリ(メタ)アクリレート; (e)エポキシポリ(メタ)アクリレート; (f)ポリウレタンポリ(メタ)アクリレート; (g)ポリアミドポリ(メタ)アクリレート; (h)ポリシロキサンポリ(メタ)アクリレート; (i)側鎖及び/又は末端に(メタ)アクリロイルオキ
シ基を有するビニル系又はジエン系低重量体; (j)前記(a)〜(i)記載のオリゴエステル(メ
タ)アクリレート変性物; 等が例示され、モノマーとしては、 I 単官能不飽和単量体 (1)エチレン性不飽和モノまたはポリカルボン酸など
で代表されるカルボキシル基含有単量体およびそれらの
アルカリ金属塩,アンモニウム塩,アミン塩などのカル
ボン酸塩基含有単量体。
硬化する樹脂エマルジョンは、エチレン性不飽和二重結
合を有するプレポリマー又はモノマーを少なくとも一種
以上含有するもので、そのプレポリマーとしては、 (a)脂肪族、脂環族、芳香脂肪族2〜6価の多価アル
コール及びポリアルキレングリコールのポリ(メタ)ア
クリレート; (b)脂肪族、脂環族、芳香脂肪族、芳香族2〜6価の
多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加させた形
の多価アルコールのポリ(メタ)アクリレート; (c)ポリ(メタ)アクリロイルオキシアルキルリン酸
エステル; (d)ポリエステルポリ(メタ)アクリレート; (e)エポキシポリ(メタ)アクリレート; (f)ポリウレタンポリ(メタ)アクリレート; (g)ポリアミドポリ(メタ)アクリレート; (h)ポリシロキサンポリ(メタ)アクリレート; (i)側鎖及び/又は末端に(メタ)アクリロイルオキ
シ基を有するビニル系又はジエン系低重量体; (j)前記(a)〜(i)記載のオリゴエステル(メ
タ)アクリレート変性物; 等が例示され、モノマーとしては、 I 単官能不飽和単量体 (1)エチレン性不飽和モノまたはポリカルボン酸など
で代表されるカルボキシル基含有単量体およびそれらの
アルカリ金属塩,アンモニウム塩,アミン塩などのカル
ボン酸塩基含有単量体。
(2)エチレン性不飽和(メタ)アクリルアミドまたは
アルキル置換(メタ)アクリルアミド,N−ビニルピロリ
ドンのようなビニルラクタム類で代表されるアミド基含
有単量体。
アルキル置換(メタ)アクリルアミド,N−ビニルピロリ
ドンのようなビニルラクタム類で代表されるアミド基含
有単量体。
(3)脂肪族または芳香族ビニルスルホン酸類で代表さ
れるスルホン酸基含有単量体、およびそれらのアルカリ
金属塩,アンモニウム塩,アミン塩などのスルホン酸塩
基含有単量体。
れるスルホン酸基含有単量体、およびそれらのアルカリ
金属塩,アンモニウム塩,アミン塩などのスルホン酸塩
基含有単量体。
(4)エチレン性不飽和エーテルなどで代表される水酸
基含有単量体。
基含有単量体。
(5)ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2
−ビニルピリジンなどのアミノ基含有単量体。
−ビニルピリジンなどのアミノ基含有単量体。
(6)4級アンモニウム塩基含有単量体。
(7)エチレン性不飽和カルボン酸のアルキルエステ
ル。
ル。
(8)(メタ)アクリロニトリルのようなニトリル基含
有単量体。
有単量体。
(9)スチレン。
(10)酢酸ビニル,酢酸(メタ)アリルなどのエチレン
性不飽和アルコールのエステル。
性不飽和アルコールのエステル。
(11)活性水素を含有する化合物のアルキレンオキシド
付加重合体のモノ(メタ)アクリレート類。
付加重合体のモノ(メタ)アクリレート類。
II 2官能不飽和単量体 (1)多塩基酸と不飽和アルコールとのジエステルで代
表されるエステル基含有2官能単量体。
表されるエステル基含有2官能単量体。
(2)活性水素を有する化合物のアルキレンオキシド付
加重合体と(メタ)アクリル酸とのジエステルよりなる
2官能単量体。
加重合体と(メタ)アクリル酸とのジエステルよりなる
2官能単量体。
(3)N,N−メチレンビスアクリルアミドのようなビス
アクリルアミド。
アクリルアミド。
(4)ジビニルベンゼン,ジビニルエチレングリコー
ル,ジビニルスルホン,ジビニルエーテル,ジビニルケ
トンなどの2官能化合物。
ル,ジビニルスルホン,ジビニルエーテル,ジビニルケ
トンなどの2官能化合物。
III 多官能不飽和単量体 (1)ポリカルボン酸と不飽和アルコールとのポリエス
テルで代表されるエステル基含有多官能単量体。
テルで代表されるエステル基含有多官能単量体。
(2)活性水素を有する化合物のアルキレンオキシド付
加重合体と(メタ)アクリル酸とのポリエステルよりな
る多官能単量体。
加重合体と(メタ)アクリル酸とのポリエステルよりな
る多官能単量体。
(3)トリビニルベンゼンのような多官能不飽和単量
体。
体。
等があげられる。
かかるモノマーまたはプレポリマーは界面活性剤の存
在下に攪拌しながら水を加えることにより水中油滴型エ
マルジョンとして調製される。
在下に攪拌しながら水を加えることにより水中油滴型エ
マルジョンとして調製される。
界面活性剤としては、脂肪酸塩、高級アルコール硫酸
エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル
ナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマ
リン縮合物、ジアルキルスルホこはく酸塩、アルキルフ
ォスフェート塩、ポリオキシエチレンサルフェート塩等
のごとき陰イオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノー
ルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエ
チレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン
アシルエステル等のごとき非イオン性界面活性剤;アル
キルアミン塩、第4級アンモニウム塩、ポリオキシエチ
レンアルキルアミン等のごとき陽イオン性界面活性剤;
あるいはポリビニルアルコール等のごとき水溶性ポリマ
ー類の1種または2種以上を単独でまたは混合して使用
でき、これらの中で特にHLB10以上の非イオン性界面活
性剤がきわだった安定性を持つエマルジョンをもたらす
点において最も適している。
エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル
ナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマ
リン縮合物、ジアルキルスルホこはく酸塩、アルキルフ
ォスフェート塩、ポリオキシエチレンサルフェート塩等
のごとき陰イオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノー
ルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエ
チレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン
アシルエステル等のごとき非イオン性界面活性剤;アル
キルアミン塩、第4級アンモニウム塩、ポリオキシエチ
レンアルキルアミン等のごとき陽イオン性界面活性剤;
あるいはポリビニルアルコール等のごとき水溶性ポリマ
ー類の1種または2種以上を単独でまたは混合して使用
でき、これらの中で特にHLB10以上の非イオン性界面活
性剤がきわだった安定性を持つエマルジョンをもたらす
点において最も適している。
これらの界面活性剤はモノマーまたはプレポリマーに
対し一般に0.01重量%から20重量%の範囲、特に好まし
くは0.05重量%から10重量%の範囲で使用される。
対し一般に0.01重量%から20重量%の範囲、特に好まし
くは0.05重量%から10重量%の範囲で使用される。
水溶性高分子としては、アルギン酸、メチルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエ
チルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ビスコ
ース等のセルロース誘導体、可溶性デンプン、酸化デン
プン、デキストリン等のデンプン及びその誘導体、アラ
ビアゴム、トラガントゴム等の多糖類含有物や、にか
わ、ゼラチン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白、酵素
等の蛋白質、ポリアクリル酸ソーダ、更にポリスチレン
グリコール、ポリエチレンオキシド等のエチレンオキシ
ド重合体、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチ
ルエーテル、ポリビニルイソブチルエーテル等のポリビ
ニルエーテル、及び完全ケン化又は部分ケン化ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルアルコールとジケテンを反応
させる等によってアセトアセチル基を導入したアセトア
セチル化ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール
とフマル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水
イタコン酸等の多価カルボン酸との反応物或いはこれら
の反応物のエステル化物、さらには酢酸ビニルとマレイ
ン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、アクリル
酸、メタクリル酸等のエチレン性不飽和カルボン酸との
共重合体のケン化物として得られるカルボキシ変性ポリ
ビニルアルコール、酢酸ビニルとエチレンスルホン酸,
アリルスルホン酸樋のオレフィンスルホン酸、或いはそ
の塩との共重合体のケン化物として得られるスルホン酸
変性ポリビニルアルコール、オレフィン変性ポリビニル
アルコール、ニトリル変性ポリビニルアルコール、アミ
ド変性ポリビニルアルコール、ピロリドン変性ポリビニ
ルアルコール等が挙げられる。
ス、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエ
チルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ビスコ
ース等のセルロース誘導体、可溶性デンプン、酸化デン
プン、デキストリン等のデンプン及びその誘導体、アラ
ビアゴム、トラガントゴム等の多糖類含有物や、にか
わ、ゼラチン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白、酵素
等の蛋白質、ポリアクリル酸ソーダ、更にポリスチレン
グリコール、ポリエチレンオキシド等のエチレンオキシ
ド重合体、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチ
ルエーテル、ポリビニルイソブチルエーテル等のポリビ
ニルエーテル、及び完全ケン化又は部分ケン化ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルアルコールとジケテンを反応
させる等によってアセトアセチル基を導入したアセトア
セチル化ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール
とフマル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水
イタコン酸等の多価カルボン酸との反応物或いはこれら
の反応物のエステル化物、さらには酢酸ビニルとマレイ
ン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、アクリル
酸、メタクリル酸等のエチレン性不飽和カルボン酸との
共重合体のケン化物として得られるカルボキシ変性ポリ
ビニルアルコール、酢酸ビニルとエチレンスルホン酸,
アリルスルホン酸樋のオレフィンスルホン酸、或いはそ
の塩との共重合体のケン化物として得られるスルホン酸
変性ポリビニルアルコール、オレフィン変性ポリビニル
アルコール、ニトリル変性ポリビニルアルコール、アミ
ド変性ポリビニルアルコール、ピロリドン変性ポリビニ
ルアルコール等が挙げられる。
これらの水溶性高分子の中でも、各種変性ポリビニル
アルコール、ゼラチン、アラビアゴムが選択透過性の点
で好ましく、特にアセトアセチル化ポリビニルアルコー
ル及びゼラチンが好ましい。尚、電離放射線又は紫外線
で硬化する樹脂エマルジョン(以下特定の樹脂エマルジ
ョンと略す)と水溶性高分子の混合組成物中には更に必
要に応じてスチレン−ブタジエン共重合体エマルジョ
ン、酢酸ビニル−塩化ビニル−エチレン共重合体エマル
ジョン、メタクリレート−ブタジエン共重合体エマルジ
ョン等を適宜添加することもできる。
アルコール、ゼラチン、アラビアゴムが選択透過性の点
で好ましく、特にアセトアセチル化ポリビニルアルコー
ル及びゼラチンが好ましい。尚、電離放射線又は紫外線
で硬化する樹脂エマルジョン(以下特定の樹脂エマルジ
ョンと略す)と水溶性高分子の混合組成物中には更に必
要に応じてスチレン−ブタジエン共重合体エマルジョ
ン、酢酸ビニル−塩化ビニル−エチレン共重合体エマル
ジョン、メタクリレート−ブタジエン共重合体エマルジ
ョン等を適宜添加することもできる。
前記特定の樹脂エマルジョンと水溶性高分子との混合
割合は試料に含まれる妨害物質の分子量や電極に要求さ
れる耐久性等によって調整されるが、水溶性高分子が少
ないと充分な選択透過性が得られない恐れがあり、多い
と物理的強度に劣るものしか得られない恐れがあるた
め、前記特定の樹脂エマルジョン100重量部に対して水
溶性高分子0.1〜100重量部、好ましくは1〜50重量部の
範囲で混合する。
割合は試料に含まれる妨害物質の分子量や電極に要求さ
れる耐久性等によって調整されるが、水溶性高分子が少
ないと充分な選択透過性が得られない恐れがあり、多い
と物理的強度に劣るものしか得られない恐れがあるた
め、前記特定の樹脂エマルジョン100重量部に対して水
溶性高分子0.1〜100重量部、好ましくは1〜50重量部の
範囲で混合する。
本発明の選択透過膜は以下の方法で製造される。先づ
水溶性高分子溶液と特定の樹脂エマルジョンを混合し、
この溶液を乾燥後の混合組成物の膜厚が0.1〜500μmと
なるように膜状に成形するか、又は直接導電性基体上に
膜状に形成し、更に電離放射線又は紫外線により架橋さ
せ、本質的に水不溶の膜を形成する。
水溶性高分子溶液と特定の樹脂エマルジョンを混合し、
この溶液を乾燥後の混合組成物の膜厚が0.1〜500μmと
なるように膜状に成形するか、又は直接導電性基体上に
膜状に形成し、更に電離放射線又は紫外線により架橋さ
せ、本質的に水不溶の膜を形成する。
例えば、水溶性高分子としてゼラチンを使用する場
合、オートクレーブ等で加熱して10%程度のゼラチン水
溶液を調製する。次にゼラチン水溶液を約40℃にして、
特定の樹脂エマルジョンと攪拌混合する。次にポリエス
テル、ポリプロピレン等のベースフィルム上に乾燥後の
混合組成物膜の厚さが0.1〜500μmとなるように混合液
を塗布し、約40℃で溶媒を飛散させ、更に電子線を照射
して得られる膜をベースフィルムから剥離して選択透過
膜を得る。
合、オートクレーブ等で加熱して10%程度のゼラチン水
溶液を調製する。次にゼラチン水溶液を約40℃にして、
特定の樹脂エマルジョンと攪拌混合する。次にポリエス
テル、ポリプロピレン等のベースフィルム上に乾燥後の
混合組成物膜の厚さが0.1〜500μmとなるように混合液
を塗布し、約40℃で溶媒を飛散させ、更に電子線を照射
して得られる膜をベースフィルムから剥離して選択透過
膜を得る。
また、上記混合組成液をセルロース、ポリエチレン、
ポリプロピレン等の多孔性シート上に、乾燥後の膜厚が
0.1〜500μmとなるように塗布し、約40℃で溶媒を飛散
させ、更に電子線によって架橋させて、多孔性シートと
一体となった選択透過膜を得ることも出来る。この場
合、膜の物理的強度を補強出来る利点があり、膜が薄い
場合でも取扱中に損傷させることがない。
ポリプロピレン等の多孔性シート上に、乾燥後の膜厚が
0.1〜500μmとなるように塗布し、約40℃で溶媒を飛散
させ、更に電子線によって架橋させて、多孔性シートと
一体となった選択透過膜を得ることも出来る。この場
合、膜の物理的強度を補強出来る利点があり、膜が薄い
場合でも取扱中に損傷させることがない。
このようにして得られた膜の選択透過性を更に向上さ
せるために、充分な水洗を行う。
せるために、充分な水洗を行う。
電離放射線としては電子線、α線、β線、γ線、陽子
線、X線、中性子線等が知られているが比較的簡単な装
置で発生させることが出来る電子線が好ましく用いられ
る。
線、X線、中性子線等が知られているが比較的簡単な装
置で発生させることが出来る電子線が好ましく用いられ
る。
照射する電子線の量は0.1〜10Mrad、より好ましくは
0.5〜5Mrad程度用いられる。因みに0.1Mrad未満では、
樹脂成分を充分に硬化させることができず、10Mradを越
えるような過度の電子線照射は水溶性高分子の分解・構
造変化を来す恐れがある。電子線の照射方式としては例
えばスキャンニング方式、カーテンビーム方式、ブロー
ドビーム方式等が採用でき、照射する際の加速電圧は10
0〜300KV程度が適当である。
0.5〜5Mrad程度用いられる。因みに0.1Mrad未満では、
樹脂成分を充分に硬化させることができず、10Mradを越
えるような過度の電子線照射は水溶性高分子の分解・構
造変化を来す恐れがある。電子線の照射方式としては例
えばスキャンニング方式、カーテンビーム方式、ブロー
ドビーム方式等が採用でき、照射する際の加速電圧は10
0〜300KV程度が適当である。
紫外線照射により同様の架橋反応を行うことも出来る
が、この場合は、増感剤を混合組成物中に含有させる必
要があり、酵素を失活させる恐れもある。
が、この場合は、増感剤を混合組成物中に含有させる必
要があり、酵素を失活させる恐れもある。
かくして得られる選択透過膜は、選択透過性に優れる
ばかりでなく、容易に製造が出来るという特徴を有す
る。かかる膜の選択透過機構については必ずしも明らか
ではないが、特定の樹脂エマルジョンが水溶性高分子と
絡み合った網目構造及び、水溶性高分子の官能基が重要
な役割を果たしているものと考えられる。
ばかりでなく、容易に製造が出来るという特徴を有す
る。かかる膜の選択透過機構については必ずしも明らか
ではないが、特定の樹脂エマルジョンが水溶性高分子と
絡み合った網目構造及び、水溶性高分子の官能基が重要
な役割を果たしているものと考えられる。
次にこのようにして形成された選択透過膜上へ酵素を
固定化する。酵素としてはグルコースオキシダーゼ、ガ
ラクトースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ等の
H2O2形成オキシダーゼが用いられる。
固定化する。酵素としてはグルコースオキシダーゼ、ガ
ラクトースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ等の
H2O2形成オキシダーゼが用いられる。
選択透過膜上に酵素を固定化する方法は、各種公知の
方法が用いられる。
方法が用いられる。
酵素をイオン結合法、共有結合法等の担体結合法で固
定する場合、酵素及び以下に示す担体等を含む溶液を選
択透過膜に塗布して形成する。担体としては、アセチル
セルロース誘導体、ニトロセルロース(コロジオンな
ど)、各種イオン交換セルロース誘導体(DEAE−セルロ
ース、TEAE−セルロース、ECTEOLA−セルロース、CM−
セルロースなど)等のセルロース系誘導体、でん粉、デ
キストラン誘導体(セファデックス(商品名)など)、
アガロース、マンナン(コンニャクマンナンなど)、キ
トサン、カラギーナン、アルギン酸、キサンタンガム、
寒天などの多糖類、コラーゲン、ゼラチン、フィブロイ
ン、ケラチン、アルブミン、グルテンなどの蛋白質、ポ
リアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニル
アルコールなどの高分子性ゲル、ポリ塩化ビニル、ポリ
メチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリス
チレン、ポリアミノスチレン、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド
(ナイロン、ポリアミノ酸など)、フッ素樹脂、ケイ素
樹脂、光硬化樹脂、吸着樹脂、イオン交換樹脂などの合
成有機高分子物質などが挙げられ、これらをそのまま或
いはこれらに酵素と反応性の官能基を導入し、もしくは
官能基を活性化して使用される。官能基を導入する場
合、ジアゾ法、ペプチド法、アルキル化法、もしくは架
橋試薬(グルタルアルデヒド、ヘキサメチレンジイソシ
アナートなど)によって共有結合させる方法が用いられ
る。また物理的に吸着させる方法によって固定化するこ
ともできる。
定する場合、酵素及び以下に示す担体等を含む溶液を選
択透過膜に塗布して形成する。担体としては、アセチル
セルロース誘導体、ニトロセルロース(コロジオンな
ど)、各種イオン交換セルロース誘導体(DEAE−セルロ
ース、TEAE−セルロース、ECTEOLA−セルロース、CM−
セルロースなど)等のセルロース系誘導体、でん粉、デ
キストラン誘導体(セファデックス(商品名)など)、
アガロース、マンナン(コンニャクマンナンなど)、キ
トサン、カラギーナン、アルギン酸、キサンタンガム、
寒天などの多糖類、コラーゲン、ゼラチン、フィブロイ
ン、ケラチン、アルブミン、グルテンなどの蛋白質、ポ
リアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニル
アルコールなどの高分子性ゲル、ポリ塩化ビニル、ポリ
メチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリス
チレン、ポリアミノスチレン、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド
(ナイロン、ポリアミノ酸など)、フッ素樹脂、ケイ素
樹脂、光硬化樹脂、吸着樹脂、イオン交換樹脂などの合
成有機高分子物質などが挙げられ、これらをそのまま或
いはこれらに酵素と反応性の官能基を導入し、もしくは
官能基を活性化して使用される。官能基を導入する場
合、ジアゾ法、ペプチド法、アルキル化法、もしくは架
橋試薬(グルタルアルデヒド、ヘキサメチレンジイソシ
アナートなど)によって共有結合させる方法が用いられ
る。また物理的に吸着させる方法によって固定化するこ
ともできる。
更に、架橋法による場合、2個もしくはそれ以上の官
能基を有する試薬、例えばグルタルアルデヒド、イソシ
アナート誘導体(ヘキサメチレンジイソシアナート、ト
ルエンジイソシアナートなど)、イソチオシアナート誘
導体(ヘキサメチレンジイソチオシアナートなど)、N,
N′−エチレンビスマレインイミド、N,N′−(1,2−フ
ェニレン)ビスマレインイミド、N,N′−(1,4−フェニ
レン)ビスマレインイミド、N,N−ポリメチレンビスヨ
ードアセトアミドなどによって固定化することができ
る。
能基を有する試薬、例えばグルタルアルデヒド、イソシ
アナート誘導体(ヘキサメチレンジイソシアナート、ト
ルエンジイソシアナートなど)、イソチオシアナート誘
導体(ヘキサメチレンジイソチオシアナートなど)、N,
N′−エチレンビスマレインイミド、N,N′−(1,2−フ
ェニレン)ビスマレインイミド、N,N′−(1,4−フェニ
レン)ビスマレインイミド、N,N−ポリメチレンビスヨ
ードアセトアミドなどによって固定化することができ
る。
包括法によって固定化する際には例えば高分子性ゲ
ル、セルロース誘導体、多糖類、蛋白質などのゲルの格
子の中に酵素を取り込ませる。例えば前記特定の樹脂エ
マルジョンと酵素を混合し選択透過膜上に薄く塗布した
後、電離放射線又は紫外線照射して固定化酵素層を形成
することも出来る。また有機高分子物質、セルロース誘
導体などの半透膜性の皮膜によって酵素を被覆してマイ
クロカプセル状に調製し、選択透過膜上に塗布して形成
することもできる。
ル、セルロース誘導体、多糖類、蛋白質などのゲルの格
子の中に酵素を取り込ませる。例えば前記特定の樹脂エ
マルジョンと酵素を混合し選択透過膜上に薄く塗布した
後、電離放射線又は紫外線照射して固定化酵素層を形成
することも出来る。また有機高分子物質、セルロース誘
導体などの半透膜性の皮膜によって酵素を被覆してマイ
クロカプセル状に調製し、選択透過膜上に塗布して形成
することもできる。
これらの方法の二種以上を組合わせて実施し、酵素を
固定化することもできる。
固定化することもできる。
以上の如く製造された酵素を固定化した選択透過膜を
導電性基体に装着して酵素電極(作用極)を得る。対極
としては白金、金、カーボン等が用いられ、SCEやAg/Ag
Cl電極等が参照極として用いられる。電極形式は3電極
法及び2電極法いずれも利用できる。またガラス管、プ
ラスチック管等の内部に上記酵素電極(作用極)と参照
極及び対極を入れ電解液を満たした一端に膜を装着して
も良いし、作用極表面に膜を装着し、外部に参照極又は
対極を設けることも出来る。さらに絶縁体上に蒸着法に
より形成された白金、金、カーボン等の導電性基体上に
直接特定の樹脂エマルジョンと水溶性高分子を含む混合
組成液を塗布し、電離放射線又は紫外線で硬化して、そ
の表面に酵素を固定化してもよい。
導電性基体に装着して酵素電極(作用極)を得る。対極
としては白金、金、カーボン等が用いられ、SCEやAg/Ag
Cl電極等が参照極として用いられる。電極形式は3電極
法及び2電極法いずれも利用できる。またガラス管、プ
ラスチック管等の内部に上記酵素電極(作用極)と参照
極及び対極を入れ電解液を満たした一端に膜を装着して
も良いし、作用極表面に膜を装着し、外部に参照極又は
対極を設けることも出来る。さらに絶縁体上に蒸着法に
より形成された白金、金、カーボン等の導電性基体上に
直接特定の樹脂エマルジョンと水溶性高分子を含む混合
組成液を塗布し、電離放射線又は紫外線で硬化して、そ
の表面に酵素を固定化してもよい。
このように製造された電極はバッチ法で用いられる以
外に適当なセルに組込みフロー式計測を行うことも可能
である。
外に適当なセルに組込みフロー式計測を行うことも可能
である。
(実施例) 以下に実施例を示すが、本発明は、これに限定される
ものではない。尚%及び部は重量%及び重量部を表す。
ものではない。尚%及び部は重量%及び重量部を表す。
実施例1 選択透過膜の作成 ポリエステルアクリレートよりなる50%濃度の電子線
硬化性樹脂エマルジョン(商品名Laromer PE 55W;BASF
(株)製)100重量部と、10%濃度のアセトアセチル化
ポリビニルアルコール水溶液150重量部の混合溶液を、
ポリエチレンテレフタレート製フィルムに乾燥後の塗布
量が20g/m2となるように塗布し、45℃で乾燥して混合組
成物の膜を得た。
硬化性樹脂エマルジョン(商品名Laromer PE 55W;BASF
(株)製)100重量部と、10%濃度のアセトアセチル化
ポリビニルアルコール水溶液150重量部の混合溶液を、
ポリエチレンテレフタレート製フィルムに乾燥後の塗布
量が20g/m2となるように塗布し、45℃で乾燥して混合組
成物の膜を得た。
混合組成物膜をエレクトロンカーテン型電子線照射装
置(CB:150型;ESI社製)により加速電圧165KV,2Mradの
照射線量で処理して樹脂成分を硬化させ、形成された選
択透過膜をポリエチレンテレフタレート製フィルムから
剥離し、更に15時間水洗した。
置(CB:150型;ESI社製)により加速電圧165KV,2Mradの
照射線量で処理して樹脂成分を硬化させ、形成された選
択透過膜をポリエチレンテレフタレート製フィルムから
剥離し、更に15時間水洗した。
酵素の固定化 清浄なガラス板上に口紙(東洋口紙No.5A)を置き、
その上に選択透過膜を広げる。グルコースオキシダーゼ
(Aspergillus niger由来、Sigma社製,TypeII)10mg/ml
とBSA(Sigma社製,Fraction V)10mg/mlを含む100mMリ
ン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)に1.0%になるようにグ
ルタルアルデヒドを添加した酵素溶液を選択透過膜上に
1cm2当たり100μl展開し、室温で1時間放置した。
その上に選択透過膜を広げる。グルコースオキシダーゼ
(Aspergillus niger由来、Sigma社製,TypeII)10mg/ml
とBSA(Sigma社製,Fraction V)10mg/mlを含む100mMリ
ン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)に1.0%になるようにグ
ルタルアルデヒドを添加した酵素溶液を選択透過膜上に
1cm2当たり100μl展開し、室温で1時間放置した。
測定法 直径3mmの白金線に酵素固定面を外側にして上記膜を
装着してOリングで止めて作用極を得た。これをバッチ
式測定装置の測定セルに装着し、100mMリン酸ナトリウ
ム緩衝液(pH7.0)に浸漬した。1cm角白金板を対極と
し、対SCE+0.6Vの電位をかけて測定を行った。
装着してOリングで止めて作用極を得た。これをバッチ
式測定装置の測定セルに装着し、100mMリン酸ナトリウ
ム緩衝液(pH7.0)に浸漬した。1cm角白金板を対極と
し、対SCE+0.6Vの電位をかけて測定を行った。
グルコースを添加し測定セル内における各グルコース
濃度(0.5〜2.5mM)に対する出力電流値を調べた。
濃度(0.5〜2.5mM)に対する出力電流値を調べた。
次に緩衝液を入れ換えて1Mグルコースと0.1Mアスコル
ビン酸を含む水溶液を添加して、各グルコース濃度(0.
5〜2.5mM)における出力電流値を調べた。
ビン酸を含む水溶液を添加して、各グルコース濃度(0.
5〜2.5mM)における出力電流値を調べた。
実施例2 実施例1においてアセトアセチル化ポリビニルアルコー
ルの代わりに酸性ゼラチン(商品名NHG−16;新田ゼラチ
ン社製)を使用し酵素電極を作成した以外は実施例1と
同様に測定を行った。
ルの代わりに酸性ゼラチン(商品名NHG−16;新田ゼラチ
ン社製)を使用し酵素電極を作成した以外は実施例1と
同様に測定を行った。
実施例3 実施例1においてアセトアセチル化ポリビニルアルコー
ルの代わりにアラビアゴム(キシダ化学社製)を使用し
酵素電極を作成した以外は実施例1と同様に測定を行っ
た。
ルの代わりにアラビアゴム(キシダ化学社製)を使用し
酵素電極を作成した以外は実施例1と同様に測定を行っ
た。
比較例1 アセトアセチル化ポリビニルアルコールを含有させなか
った以外は実施例1と同様に酵素電極を作成し同様の測
定を行った。
った以外は実施例1と同様に酵素電極を作成し同様の測
定を行った。
比較例2 直径3mmの白金線上に直接グルコースオキシダーゼ(A
spergillus niger由来、Sigma社製,TypeII)10mg/mlとB
SA(Sigma社製,FractionV)10mg/mlを含む100mMリン酸
ナトリウム緩衝液(pH7.0)に1.0%になるようにグルタ
ルアルデヒドを添加した酵素溶液を1cm2当たり100μl
相当展開した。室温で1時間放置して選択透過膜を有さ
ない作用極を製造し、実施例1と同様の測定を行った。
spergillus niger由来、Sigma社製,TypeII)10mg/mlとB
SA(Sigma社製,FractionV)10mg/mlを含む100mMリン酸
ナトリウム緩衝液(pH7.0)に1.0%になるようにグルタ
ルアルデヒドを添加した酵素溶液を1cm2当たり100μl
相当展開した。室温で1時間放置して選択透過膜を有さ
ない作用極を製造し、実施例1と同様の測定を行った。
以上の測定の結果を第1表に示す。
実施例1〜3ではアスコルビン酸の有無により出力電
流値は殆ど変わらず妨害物質であるアスコルビン酸の影
響がなかった。また出力電流値はグルコース濃度に比例
しており、グルコース濃度測定に利用出来ることがわか
った。取り分けアセトアセチル化ポリビニルアルコール
を用いた実施例1ではアスコルビン酸の影響は全く認め
られなかった。
流値は殆ど変わらず妨害物質であるアスコルビン酸の影
響がなかった。また出力電流値はグルコース濃度に比例
しており、グルコース濃度測定に利用出来ることがわか
った。取り分けアセトアセチル化ポリビニルアルコール
を用いた実施例1ではアスコルビン酸の影響は全く認め
られなかった。
水溶性高分子を用いない比較例1では、膜の架橋が密
になりすぎて過酸化水素も透過させないため、グルコー
スに対する出力電流も得られなかった。選択透過膜を用
いない比較例2ではアスコルビン酸の影響が大きく、正
確なグルコース濃度の定量には利用出来ない。
になりすぎて過酸化水素も透過させないため、グルコー
スに対する出力電流も得られなかった。選択透過膜を用
いない比較例2ではアスコルビン酸の影響が大きく、正
確なグルコース濃度の定量には利用出来ない。
(効果) 本発明は、電気化学的妨害物質の影響を全く受けず正
確な測定を行うことが出来る酵素電極であった。
確な測定を行うことが出来る酵素電極であった。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−69667(JP,A) 特開 昭54−131995(JP,A) 特開 昭60−173452(JP,A) 特開 昭59−68344(JP,A) 特公 昭61−8943(JP,B2)
Claims (2)
- 【請求項1】電離放射線又は紫外線により硬化しうる樹
脂エマルジョンと水溶性高分子を主成分とする混合組成
物を膜状に成形し、電離放射線又は紫外線を照射して本
質的に水不溶の膜を形成後、水洗して得られた選択透過
膜と、 該選択透過膜上に固定化された酵素と、 該選択透過膜を装着した導電性基体とを備える酵素電
極。 - 【請求項2】前記水溶性高分子が変性ポリビニルアルコ
ール、ゼラチン及びアラビアゴムの中から選択される少
なくとも一つである請求項1記載の酵素電極。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63015130A JP2685145B2 (ja) | 1988-01-25 | 1988-01-25 | 酵素電極 |
EP89101196A EP0326081B1 (en) | 1988-01-25 | 1989-01-24 | Enzyme electrode |
US07/301,032 US5034330A (en) | 1988-01-25 | 1989-01-24 | Preparation of a selectively permeable membrane for an enzyme electrode |
DE68922501T DE68922501T2 (de) | 1988-01-25 | 1989-01-24 | Enzymelektrode. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63015130A JP2685145B2 (ja) | 1988-01-25 | 1988-01-25 | 酵素電極 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01189556A JPH01189556A (ja) | 1989-07-28 |
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Family
ID=11880239
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63015130A Expired - Fee Related JP2685145B2 (ja) | 1988-01-25 | 1988-01-25 | 酵素電極 |
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---|---|
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EP (1) | EP0326081B1 (ja) |
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JP2862940B2 (ja) * | 1989-08-25 | 1999-03-03 | 王子製紙株式会社 | 固定化酵素およびそれを用いる測定装置 |
JP2928588B2 (ja) * | 1990-05-22 | 1999-08-03 | 王子製紙株式会社 | アルコール測定方法及び測定装置 |
AT398003B (de) * | 1991-05-10 | 1994-08-25 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Vorrichtung zur bestimmung des materieflusses |
US5648208A (en) * | 1991-08-01 | 1997-07-15 | Coletica | Use of a collagen as solid binding substrate for a ligand capable of reacting specifically with an element to be detected in a biological medium, reactant and implementation |
JPH05133928A (ja) * | 1991-11-13 | 1993-05-28 | Tekunoroogu:Kk | 酵素固定化バイオセンサ、及びその製造方法 |
US5604264A (en) * | 1995-04-03 | 1997-02-18 | Reilly Industries, Inc. | Polyvinylpyridinium anion-exchangers for recovery of technetium and plutonium anions |
US5804048A (en) * | 1996-08-15 | 1998-09-08 | Via Medical Corporation | Electrode assembly for assaying glucose |
US5958704A (en) | 1997-03-12 | 1999-09-28 | Ddx, Inc. | Sensing system for specific substance and molecule detection |
US6360888B1 (en) * | 1999-02-25 | 2002-03-26 | Minimed Inc. | Glucose sensor package system |
WO2001013103A1 (en) * | 1999-08-14 | 2001-02-22 | Iit Limited | Analytical apparatus and method |
GB0000721D0 (en) * | 2000-01-14 | 2000-03-08 | Univ Wales Aberystwyth The | Protective coatings for metallic electrodes |
JP3701608B2 (ja) * | 2000-05-23 | 2005-10-05 | ラジオメーター・メディカル・アー・ペー・エス | センサーメンブラン、その調製方法、センサー及びそのようなセンサーのための層状メンブラン構造体 |
JP2006049225A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Canon Inc | 固体高分子電解質膜および固体高分子型燃料電池 |
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WO2007050052A2 (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-03 | Norman Leigh Anderson | Process for treatment of protein samples |
US8900431B2 (en) | 2008-08-27 | 2014-12-02 | Edwards Lifesciences Corporation | Analyte sensor |
US8727135B2 (en) * | 2010-09-01 | 2014-05-20 | International Business Machines Corporation | Composite filtration membranes and methods of preparation thereof |
US9855359B2 (en) * | 2013-12-23 | 2018-01-02 | Verily Life Sciences Llc | Analyte sensors with ethylene oxide immunity |
US10053649B2 (en) * | 2014-05-30 | 2018-08-21 | Drei Lilien Pvg Gmbh & Co. Kg | Method for purifying refined lipid phases |
CN111458453B (zh) * | 2020-05-12 | 2022-07-12 | 万华化学(四川)有限公司 | 一种含丙交酯的聚乳酸中羟值的测试方法及其应用 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3860490A (en) * | 1972-02-11 | 1975-01-14 | Nat Patent Dev Corp | Process of subjecting a microorganism susceptible material to a microorganism |
JPS5921500B2 (ja) * | 1978-01-28 | 1984-05-21 | 東洋紡績株式会社 | 酸素電極用酵素膜 |
JPS5925458B2 (ja) * | 1978-04-04 | 1984-06-18 | 東洋紡績株式会社 | 酵素電極用固定化酵素膜 |
US4356074A (en) * | 1980-08-25 | 1982-10-26 | The Yellow Springs Instrument Company, Inc. | Substrate specific galactose oxidase enzyme electrodes |
JPS5769667A (en) * | 1980-10-16 | 1982-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electrode |
JPH0617889B2 (ja) * | 1984-11-27 | 1994-03-09 | 株式会社日立製作所 | 生物化学センサ |
US4894339A (en) * | 1985-12-18 | 1990-01-16 | Seitaikinouriyou Kagakuhin Sinseizogijutsu Kenkyu Kumiai | Immobilized enzyme membrane for a semiconductor sensor |
-
1988
- 1988-01-25 JP JP63015130A patent/JP2685145B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-01-24 US US07/301,032 patent/US5034330A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-01-24 EP EP89101196A patent/EP0326081B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-01-24 DE DE68922501T patent/DE68922501T2/de not_active Expired - Fee Related
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EP0326081B1 (en) | 1995-05-10 |
JPH01189556A (ja) | 1989-07-28 |
DE68922501D1 (de) | 1995-06-14 |
EP0326081A2 (en) | 1989-08-02 |
US5034330A (en) | 1991-07-23 |
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