JP3044239B2 - Immobilized bioactive substance using keratin protein as carrier and method for producing the same - Google Patents

Immobilized bioactive substance using keratin protein as carrier and method for producing the same

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JP3044239B2 JP7144511A JP14451195A JP3044239B2 JP 3044239 B2 JP3044239 B2 JP 3044239B2 JP 7144511 A JP7144511 A JP 7144511A JP 14451195 A JP14451195 A JP 14451195A JP 3044239 B2 JP3044239 B2 JP 3044239B2
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、バイオセンサー、バイ
オリアクター等に利用できる、酵素等の生理活性物質を
固定化した固定化生理活性物質に関する。詳細には、繊
維集合体を構成する繊維表面にケラチン蛋白質の薄膜が
形成されており、該薄膜に生理活性物質が包括されてい
る固定化生理活性物質に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an immobilized bioactive substance on which a bioactive substance such as an enzyme is immobilized, which can be used for a biosensor, a bioreactor or the like. More specifically, the present invention relates to an immobilized bioactive substance in which a keratin protein thin film is formed on the surface of a fiber constituting a fiber assembly, and the thin film contains a bioactive substance.

【0002】[0002]

【従来の技術及び問題点】バイオセンサーは21世紀の
バイオテクノロジーを支える重要な技術として関心が寄
せられている。特定の化学物質に対して特異的に作用す
る酵素を高分子のゲルの膜に固定し、それを酸素電極や
過酸化水素電極等の下地電極の表面に被覆して基質を含
む溶液を点着すると低分子の基質が酵素固定化担体に拡
散し、酵素固定化担体に包括されている酵素と化学的に
反応し、電極からの化学反応量に見会った出力電流値の
変化が起こる。これがバイオセンサーの構築原理であ
る。バイオセンサーは醗酵食品工業、臨床検査での化学
分析、工業プロセス、環境計測、食品、医療、薬学等の
分野で幅広く利用されている。
2. Description of the Related Art Biosensors are attracting attention as important technologies supporting biotechnology in the 21st century. An enzyme that specifically acts on a specific chemical substance is immobilized on a polymer gel film, which is coated on the surface of an underlying electrode such as an oxygen electrode or hydrogen peroxide electrode, and a solution containing a substrate is spotted. Then, the low-molecular-weight substrate diffuses into the enzyme-immobilized carrier, chemically reacts with the enzyme contained in the enzyme-immobilized carrier, and changes in the output current value corresponding to the amount of chemical reaction from the electrode. This is the principle of biosensor construction. Biosensors are widely used in the fields of fermented food industry, chemical analysis in clinical tests, industrial processes, environmental measurement, food, medicine, pharmacy and the like.

【0003】生体触媒である酵素を固定するための担体
として、生体高分子の蛋白質が利用できる。昆虫に由来
する生体高分子の絹フィブロイン繊維を塩化カルシウ
ム、炭酸カルシウム、臭化リチウム、チオシアン酸リチ
ウムなどの濃厚な中性塩水溶液に溶解した後、無機物や
カルシウム、塩素、リチウム等のイオンを透析により除
去して得られる再生絹フィブロインを担体として酵素を
物理的に包括固定しようとする発明が特開昭61−18
7790号公報に開示されている。絹フィブロインのゲ
ル層を親水性繊維集合体の構成表面に被覆させ、該ゲル
層に生理活性物質が包括される固定化生理活性物質及び
その製造方法が開示されている(特開平2−24518
9号公報)。この発明によると固定化用担体に再生絹フ
ィブロインを用いており、親水性の繊維集合体を生理活
性物質を含む絹フィブロイン水溶液に浸漬してから、取
り出して乾燥させた後、固定化担体を不溶化処理するた
め、未不溶化処理絹フィブロインで被覆した繊維集合体
を例えば80%のアルコールに30秒浸漬する工程を経
る必要があった。また該公報で用いられる繊維材料は親
水性繊維に限定されおり、疎水性繊維素材は繊維集合体
の対象ではなかった。このように繊維集合体の素材が親
水性に限定されること、浸漬処理、不溶化処理、乾燥処
理の3つの工程を繰り返す必要があるため固定化生理活
性物質を調製するための工程が繁雑であり、また有機溶
媒を用いた不溶化処理の際に固定化せいろ物質の活性が
低下する等の問題点があった。固定化担体にケラチンを
用いた固定化酵素が特開昭52−57391号に開示さ
れている。この固定化酵素は羽毛をチオグリコール酸ナ
トリウムで溶解、透析して調製したケラチン水溶液に酵
素(アシッドホスファターゼ)を添加した後、アクリル
板上で製膜して得られる。この膜は水溶解性であるの
で、ホルムアルデヒド水溶液中にケラチン膜を浸漬して
分子間架橋結合を形成させることで水不溶化している。
この方法では平板上で製膜するので膜の表面積は限定さ
れる。従って被検液などの基質を含む液と酵素との接触
が十分に行われず酵素反応の速度を早くすることができ
ない。また製膜後のホルムアルデヒド等による架橋水不
溶化処理により酵素活性が低下する(比較例5参照)と
いう問題もある。
[0003] As a carrier for immobilizing an enzyme which is a biocatalyst, a biopolymer protein can be used. After dissolving insect-derived biopolymer silk fibroin fiber in a concentrated aqueous neutral salt solution such as calcium chloride, calcium carbonate, lithium bromide, and lithium thiocyanate, dialyzing inorganic substances and ions such as calcium, chlorine, and lithium Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-18 / 1988 attempts to physically entrap and immobilize an enzyme using a regenerated silk fibroin obtained by removal by means of a carrier.
It is disclosed in JP-A-7790. A gel layer of silk fibroin is coated on the constituent surface of a hydrophilic fiber aggregate, and an immobilized physiologically active substance in which the gel layer contains a physiologically active substance and a method for producing the same are disclosed (JP-A-2-24518).
No. 9). According to the present invention, the regenerated silk fibroin is used as a carrier for immobilization, and the hydrophilic fiber aggregate is immersed in an aqueous solution of silk fibroin containing a physiologically active substance, taken out and dried, and then the immobilized carrier is insolubilized. In order to perform the treatment, it was necessary to go through a step of immersing the fiber aggregate coated with the insolubilized silk fibroin in, for example, 80% alcohol for 30 seconds. Further, the fiber material used in the publication is limited to hydrophilic fibers, and the hydrophobic fiber material is not a target of the fiber assembly. As described above, since the material of the fiber assembly is limited to hydrophilic, and it is necessary to repeat three steps of immersion treatment, insolubilization treatment, and drying treatment, the process for preparing the immobilized physiologically active substance is complicated. Further, there has been a problem that the activity of the immobilized fluorescent substance is reduced during the insolubilization treatment using an organic solvent. An immobilized enzyme using keratin as an immobilized carrier is disclosed in JP-A-52-57391. This immobilized enzyme is obtained by adding an enzyme (acid phosphatase) to a keratin aqueous solution prepared by dissolving and dialyzing feathers with sodium thioglycolate, and then forming a film on an acrylic plate. Since this film is water-soluble, the keratin film is immersed in an aqueous formaldehyde solution to form intermolecular cross-links, thereby making it insoluble in water.
In this method, since the film is formed on a flat plate, the surface area of the film is limited. Therefore, a solution containing a substrate such as a test solution and the enzyme are not sufficiently contacted with each other, and the rate of the enzyme reaction cannot be increased. In addition, there is also a problem that the enzyme activity is reduced by cross-linking water insolubilization treatment with formaldehyde or the like after film formation (see Comparative Example 5).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は活性の高い固
定化生理活性物質を提供することを目的とする。本発明
はまた該固定化生理活性物質を簡易な方法で製造する方
法を提供することをも目的とする。
An object of the present invention is to provide an immobilized bioactive substance having a high activity. Another object of the present invention is to provide a method for producing the immobilized physiologically active substance by a simple method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、本発明者がケ
ラチン蛋白質の化学構造、溶解特性、理化学特性を解明
しつつ、非衣料分野における新たな利用開発を展開する
一環として、バイオセンサー用の固定化用担体の選択、
生理活性物質の固定化方法、羊毛の溶解方法、被検物質
の検出精度等について鋭意研究を重ね、羊毛に代表され
るケラチン繊維を溶解してなるケラテイン水溶液、S−
カルボキシメチルケラテイン水溶液、ケラトース水溶液
等を生理活性物質の固定化用担体の原料として用いるこ
とにより生理活性物質の包括性、低濃度領域の被検物質
の検知特性に優れた固定化生理活性物質を調製できるこ
とを見出し、この発明を完成させたのである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a biosensor for biosensors as a part of the present inventors' elucidation of the chemical structure, dissolution characteristics, and physicochemical characteristics of keratin proteins while developing new uses in the non-clothing field. Selection of a carrier for immobilization,
We have conducted intensive studies on the method of immobilizing a physiologically active substance, the method of dissolving wool, the detection accuracy of a test substance, and the like, and an aqueous solution of keratein obtained by dissolving keratin fibers represented by wool, S-
By using carboxymethylkeratein aqueous solution, keratose aqueous solution, etc. as a raw material of a carrier for immobilizing a physiologically active substance, an immobilized physiologically active substance excellent in comprehensiveness of the physiologically active substance and detection characteristics of a test substance in a low concentration region can be obtained. They found that they could be prepared and completed the present invention.

【0006】すなわち本発明は、繊維集合体の構成繊維
表面に、ケラチン蛋白質の薄膜が形成されており、該薄
膜に生理活性物質が包括されていることを特徴とする、
ケラチン蛋白質を担体とする固定化生理活性物質を要旨
とする。
That is, the present invention is characterized in that a keratin protein thin film is formed on the surface of the constituent fibers of the fiber assembly, and the thin film contains a physiologically active substance.
The gist is an immobilized physiologically active substance using keratin protein as a carrier.

【0007】本発明において生理活性物質には、酵素、
菌体、オルガネラ、細胞、組織を含む。本発明で用いる
ことのできる繊維集合体は、有機または無機の、合成ま
たは天然の繊維よりなる繊維集合体である。連続繊維で
平面上に敷きつめた繊維集合体であってもよく、また、
織物、編物、不織布等の形の繊維集合体であってもよ
い。素材としてはナイロン、テトロン、アクリロニトリ
ルなどの合成素材でもよいし、セルロース系の天然素
材、羊毛、絹繊維などの蛋白繊維であっても同様に利用
できる。あるいは、合成繊維や天然繊維集合体であって
もよく、素材としては、ポリプロピレン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリアミド、ポリオレフィン素材が例
示できる。さらに、ポリアミド/ポリオレフィン、ポリ
エステル/ナイロン等のように複数の混合素材から成る
繊維集合体であってもよい。繊維集合体を構成する素材
として特に優れたものは親水性天然素材のセルロース系
素材が挙げられる。レーヨン35%とその他ポリアクリ
ルニトリルを含む高機能工業用ワイパー(サンバクト
(商品名)、旭化成工業株式会社製)が例示できる。更
に、ポリエステル素材を主要成分とする超極細繊維の繊
維集合体、トレシーミラクルクロス(商品名、東レ株式
会社製)はサンバクトと同様に利用することができる。
あるいは、微細なガラス繊維等の無機物質の繊維素材で
も利用できる点が特徴である。基質と生理活性物質との
反応性を向上させるには、できる限り微細で有効表面積
が大きい繊維集合体が望ましい。
In the present invention, physiologically active substances include enzymes,
Including bacteria, organelles, cells and tissues. The fiber aggregate that can be used in the present invention is a fiber aggregate made of organic or inorganic, synthetic or natural fibers. It may be a fiber aggregate laid on a flat surface with continuous fibers,
It may be a fiber aggregate in the form of a woven fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, or the like. The material may be a synthetic material such as nylon, tetron or acrylonitrile, or a cellulosic natural material, or a protein fiber such as wool or silk fiber. Alternatively, a synthetic fiber or a natural fiber aggregate may be used, and examples of the material include polypropylene, polyethylene terephthalate, polyamide, and a polyolefin material. Further, it may be a fiber aggregate composed of a plurality of mixed materials such as polyamide / polyolefin, polyester / nylon and the like. Particularly excellent materials constituting the fiber assembly include cellulose-based materials, which are hydrophilic natural materials. A high-performance industrial wiper (Sanbacto (trade name), manufactured by Asahi Kasei Corporation) containing 35% rayon and other polyacrylonitrile can be exemplified. Further, a fiber aggregate of ultra-fine fibers containing a polyester material as a main component, Toraysee Miracle Cloth (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc.) can be used in the same manner as Sanbact.
Alternatively, a feature is that a fiber material of an inorganic substance such as fine glass fiber can be used. In order to improve the reactivity between the substrate and the physiologically active substance, a fiber aggregate as fine as possible and having a large effective surface area is desirable.

【0008】本発明の固定化生理活性物質においては繊
維集合体の表面にケラチン蛋白質の薄膜を形成し、該薄
膜中に生理活性物質を包括固定化する。ここにケラチン
蛋白質には、ケラチンを還元剤で処理してそのジスルス
ルフィド結合−S−S−を切断してチオール基−SHと
したケラテイン;ケラテインのチオール基の水素原子を
官能基を有する有機基によって置換したケラテイン誘導
体;およびケラチンを酸化剤で処理してジスルフィド結
合を切断して水溶化したケラトースを含む。上記官能基
を有する有機基としては、メチル基、エチル基、プロピ
ル基等のアルキル基、ベンジル基、フェニルエチル基等
のアルアルキル基、カルボキシメチル基、カルボキシル
エチル基、アミノエチル基等の置換アルキル基が例示さ
れる。これ等の基のうち親水性の官能基を有する有機基
が好ましく、カルボキシメチル基が特に好ましい。 包括に用いるケラチン蛋白質の原料としては、羊毛、ア
ルパカ、カシミア、モヘア、アンゴラなどの獣毛繊維が
例示できる。羊毛が好ましく、羊毛であれば、日本コー
デル種であっても、オーストラリア系のメリノ、ボルウ
ォース、コリデール種であってもよい。また、角、ひず
め、毛髪、羽毛などのケラチン蛋白質であっても同様に
利用できる。ケラチン蛋白質には、塩基性アミノ酸、酸
性アミノ酸など極性基に富み親水性のアミノ酸残基が多
く含まれている。極性の強いアミノ酸からなる蛋白質は
吸水性や保水性が優れており、さらに生体触媒や生体細
胞との親和性が良好である。そのため、本発明のケラチ
ン蛋白質を酵素の固定化担体に用いると生理活性物質の
包括性が向上する特徴がある。ケラチン蛋白質のアミノ
酸分析によると5.4モル%のシスチン(Cys)を含み、
リジン(Lys)、アルギニン(Arg)、ヒスチジン(His)な
どの塩基性アミノ酸残基を10モル%以上も含み、アス
パラギン酸(Asp)、グルタミン酸(Glu)などの酸性アミ
ノ酸を18モル%含む。これに対して、家蚕絹フィブロ
インでは、Cysは0、Lys、Arg、His等の合計含量は
0.76モル%、Asp、Gluの合計含量は2.49モル%
であり、ケラチン蛋白質のアミノ酸組成とは著しく異な
っている。
In the immobilized physiologically active substance of the present invention, a thin film of keratin protein is formed on the surface of the fiber assembly, and the physiologically active substance is immobilized in the thin film. Here, keratin protein includes keratin treated with a reducing agent to cut its disulfide bond -SS- to form a thiol group -SH; keratin; an organic compound having a hydrogen atom of the thiol group of keratein having a functional group. Keratin derivatives substituted with a group; and keratose treated with an oxidizing agent to break disulfide bonds and to make water soluble. Examples of the organic group having a functional group include an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group, a benzyl group, an aralkyl group such as a phenylethyl group, a carboxymethyl group, a carboxylethyl group, and a substituted alkyl group such as an aminoethyl group. Groups are exemplified. Among these groups, an organic group having a hydrophilic functional group is preferable, and a carboxymethyl group is particularly preferable. Examples of the raw material of the keratin protein used for inclusion include animal hair fibers such as wool, alpaca, cashmere, mohair, and angora. Wool is preferred, and if it is wool, it may be of the Japan Cordel variety or of the Australian Merino, Bolworth and Corrider species. Keratin proteins such as horns, hooves, hair, feathers and the like can be similarly used. Keratin proteins contain a large number of hydrophilic amino acid residues rich in polar groups such as basic amino acids and acidic amino acids. Proteins composed of highly polar amino acids are excellent in water absorption and water retention, and have good affinity with biocatalysts and living cells. Therefore, when the keratin protein of the present invention is used as a carrier for immobilizing an enzyme, there is a feature that the comprehensiveness of a physiologically active substance is improved. Amino acid analysis of keratin protein revealed that it contained 5.4 mol% cystine (Cys),
Contains 10 mol% or more of basic amino acid residues such as lysine (Lys), arginine (Arg) and histidine (His), and contains 18 mol% of acidic amino acids such as aspartic acid (Asp) and glutamic acid (Glu). On the other hand, in the silkworm silk fibroin, the total content of Cys is 0, Lys, Arg, His, etc. is 0.76 mol%, and the total content of Asp, Glu is 2.49 mol%.
Which is significantly different from the amino acid composition of the keratin protein.

【0009】次に、本発明の固定化生理活性物質の製造
方法について説明する。先ず、ケラチンの水溶液を調製
する方法について説明する。上述のようにケラチン蛋白
質にはCysが5.4mol%含まれるが絹フィブロインには
全く含まれない。アミノ酸残基であるCysはケラチンの
分子間で架橋結合を形成している。Cysによる分子間架
橋結合は、絹フィブロイン分子には見られない特徴であ
る。羊毛等の獣毛繊維にはシスチンによる分子間架橋結
合があるので、絹フィブロインの場合とは違って中性塩
溶液ではケラチン繊維は溶解しない。ケラチン繊維を溶
解するには、まず分子間のCys結合を窒素雰囲気下、メ
ルカプトエタノールあるいはチオグリコール酸等の還元
剤を用いて切断してケラチン分子を還元して可溶化とす
る必要がある。メルカプトエタノールを用いる場合には
尿素溶液中で還元処理を行うと良い。尿素の濃度は7.
5〜8.8Mが、好ましくは7.8〜8Mが最適である。
チオグリコール酸を用いる場合には、1〜4%のNaCl
を添加すると良い。例えば還元剤としてメルカプトエタ
ノールを用いる場合、ケラチン繊維を上記濃度の尿素水
溶液に浸漬し、脱気後、窒素雰囲気下、45℃以下、望
ましくは20〜25℃の温度でメルカプトエタノールを
10gの羊毛に対し3〜5ml加え、2〜3時間撹拌す
る。その後pHを約10.5に調整し、さらに約3時間
撹拌する。こうしてケラチン分子が還元されて、分子間
の−S−S−結合が切断されSHとなったケラテインが
得られる。純水を用いて透析し、尿素、過剰のメルカプ
トエタノールを除去するとケラテイン水溶液が得られ
る。
Next, a method for producing the immobilized physiologically active substance of the present invention will be described. First, a method for preparing an aqueous solution of keratin will be described. As described above, keratin protein contains 5.4 mol% of Cys, but silk fibroin does not. Cys, an amino acid residue, forms a cross-link between keratin molecules. Intermolecular cross-linking by Cys is a feature not found in silk fibroin molecules. Since animal hair fibers such as wool have intermolecular cross-links due to cystine, keratin fibers do not dissolve in a neutral salt solution unlike silk fibroin. In order to dissolve keratin fibers, it is necessary to first cut Cys bonds between molecules using a reducing agent such as mercaptoethanol or thioglycolic acid under a nitrogen atmosphere to reduce the keratin molecules to make them solubilized. When mercaptoethanol is used, the reduction treatment is preferably performed in a urea solution. The urea concentration is 7.
The optimum is 5 to 8.8M, preferably 7.8 to 8M.
When thioglycolic acid is used, 1 to 4% of NaCl
Should be added. For example, when using mercaptoethanol as a reducing agent, keratin fibers are immersed in a urea aqueous solution having the above concentration, and after degassing, under a nitrogen atmosphere, 45 ° C or less, desirably 20 to 25 ° C, mercaptoethanol into 10 g wool. Add 3-5 ml, and stir for 2-3 hours. Thereafter, the pH is adjusted to about 10.5 and the mixture is further stirred for about 3 hours. In this way, the keratin molecules are reduced, and keratein in which the -SS- bond between the molecules has been cleaved to form SH is obtained. Dialysis using pure water to remove urea and excess mercaptoethanol yields an aqueous solution of keratein.

【0010】このようにして還元された、SH基を有す
るケラテインをさらにアルキル化剤、例えば(置換)アル
キルハライドと反応させてS−(置換)アルキルケラテイ
ンとしても利用することができる。アルキル化は公知の
方法に従って行えばよい。一例としてアルキル化剤とし
てヨード酢酸を用いた場合について説明する。上記の還
元ケラテインに、窒素雰囲気下20〜25℃の温度で、
撹拌しながら10gの羊毛に対して10〜17gのヨー
ド酢酸(分子量185.95)を加え反応させる。1〜
2時間後、pHを8.5に調整し、純水に対して透析す
ることによって過剰のヨード酢酸を除いて、S−カルボ
キシメチルケラテイン水溶液を得る。
The keratein having an SH group thus reduced can be further reacted with an alkylating agent, for example, a (substituted) alkyl halide to be used as an S- (substituted) alkylkeratein. Alkylation may be performed according to a known method. As an example, a case where iodoacetic acid is used as an alkylating agent will be described. The above reduced keratein is added at a temperature of 20 to 25 ° C. in a nitrogen atmosphere,
While stirring, 10 to 17 g of iodoacetic acid (molecular weight: 185.95) is added to 10 g of wool and reacted. 1 to
After 2 hours, the pH is adjusted to 8.5 and the excess iodoacetic acid is removed by dialysis against pure water to obtain an aqueous solution of S-carboxymethylkeratein.

【0011】ケラチン繊維を酸化剤で処理して得られる
ケラトースを用いることもできる。この反応は以下のよ
うにして行う。まず、9.5mlの蟻酸(HCOOH)を30%
過酸化水素水溶液(市販品、H22)0.5mlと混合し
た後、25℃、2時間静置させ、−10℃に冷却し、こ
れをA液とする。次に5mlの蟻酸と1mlのメタノール
を混合して−10℃に冷却し、これをB液とする。A液
とB液とを混合し、−10℃に保持し、この混合溶液中
で約200mgの羊毛を4時間処理することにより羊毛
を完全に溶解させる。得られた溶液をセルロース透析膜
を用い、純水で透析した後、0℃の水で350mlに希
釈してから凍結乾燥すると水溶性でかつ粉末状のケラト
ースが調製できる。一定量の粉末ケラトースを蒸留水に
溶解することにより簡単にケラトース水溶液が調製でき
る。(以下においてはケラテイン水溶液、S−アルキル
化ケラテイン水溶液およびケラトース水溶液を単にケラ
チン水溶液或いはケラチン蛋白質水溶液と呼ぶことがあ
る)。ケラチン水溶液の濃度は、乾燥重量法による測定
で3%以下の希薄溶液が望ましい。最も好ましくは0.
3〜0.8%のケラチン蛋白質水溶液である。
Keratose obtained by treating keratin fibers with an oxidizing agent can also be used. This reaction is performed as follows. First, 9.5 ml of formic acid (HCOOH) is 30%
After mixing with 0.5 ml of an aqueous hydrogen peroxide solution (commercially available, H 2 O 2 ), the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 2 hours, cooled to −10 ° C., and used as a liquid A. Next, 5 ml of formic acid and 1 ml of methanol are mixed and cooled to −10 ° C., which is used as a liquid B. The solution A and the solution B are mixed and maintained at -10 ° C, and about 200 mg of wool is treated in this mixed solution for 4 hours to completely dissolve the wool. The resulting solution is dialyzed against pure water using a cellulose dialysis membrane, diluted with water at 0 ° C. to 350 ml, and freeze-dried to prepare a water-soluble and powdery keratose. An aqueous solution of keratose can be easily prepared by dissolving a certain amount of powdered keratose in distilled water. (Hereinafter, the aqueous solution of keratein, the aqueous solution of S-alkylated keratein and the aqueous solution of keratose may be simply referred to as an aqueous solution of keratin or an aqueous solution of keratin protein). The concentration of the keratin aqueous solution is desirably a dilute solution of 3% or less as measured by a dry weight method. Most preferably 0.
It is a 3-0.8% keratin protein aqueous solution.

【0012】該ケラチン蛋白質水溶液に、重量濃度で1
〜40%、好ましくは5〜20%の生理活性物質を添加
して25℃で静かに攪拌して溶解し2時間程静置して、
生理活性物質を含むケラチン水溶液を得る。
The keratin protein aqueous solution is added at a concentration of 1% by weight.
4040%, preferably 5-20% of a physiologically active substance is added, dissolved at 25 ° C. with gentle stirring, and left standing for about 2 hours,
A keratin aqueous solution containing a physiologically active substance is obtained.

【0013】ケラチン蛋白質を固定化用担体にして、例
えば生理活性物質としてコレステロールオキシダーゼ、
コレステロールエステラーゼを固定化して、コレステロ
ールを測定するための、効率が良く、精度の良いバイオ
センサーを構築するには、被検溶液が反応する際に生成
する水不溶性のコレステロールを水に良好に分散させる
ことが決め手となる。そのためには界面活性剤を、生理
活性物質を含んだケラチン蛋白質水溶液に添加しておく
と、出力を向上させることができ、測定実験の測定値の
ばらつきを減少させることができる。界面活性剤として
は、トリトン(Triton)X−100(商品名、和光純
薬)、トゥイーン(Tween)−80、あるいはクレモホ
ール(Cremophor)(商品名、アルドリッチ)が例示でき
る。界面活性剤の添加量としては、重量濃度で0.00
1〜0.1%が好ましく、特に好ましい濃度は0.001
〜0.01%である。
A keratin protein is used as a carrier for immobilization, for example, cholesterol oxidase as a physiologically active substance,
In order to construct an efficient and accurate biosensor for measuring cholesterol by immobilizing cholesterol esterase, water-insoluble cholesterol generated when the test solution reacts is dispersed well in water. That is the decisive factor. For this purpose, if a surfactant is added to a keratin protein aqueous solution containing a physiologically active substance, the output can be improved, and the dispersion of measured values in a measurement experiment can be reduced. Examples of the surfactant include Triton X-100 (trade name, Wako Pure Chemical), Tween-80, and Cremophor (trade name, Aldrich). The addition amount of the surfactant is 0.00 in weight concentration.
The concentration is preferably 1 to 0.1%, particularly preferably 0.001%.
~ 0.01%.

【0014】次に上記の生理活性物質を含むケラチン水
溶液を繊維集合体に、含浸、塗布、滴下等の適当な方法
で適用する。例えば、微量用の安全ピペッターでその
0.8μlを、ポリエチレン膜上に置いた所定の大きさの
繊維集合体に滴下して室温で10分間放置する。次に、
繊維集合体を30〜60℃、特に望ましくは45〜50
℃で60分軽く乾燥するとよい。測定データーのバラツ
キを減少させて、繊維集合体にできるだけ多くの生理活
性物質を固定化するには、生理活性物質濃度の高いケラ
テイン水溶液を繊維集合体に1度に滴下するかわりに、
上記のように一旦軽く乾燥した繊維集合体に更に生理活
性物質溶液を滴下することを繰り返す方法が望ましい。
生理活性物質の包括状態は、生理活性物質濃度、ケラチ
ン水溶液濃度、繊維集合体へのケラチン水溶液の滴下量
などにより変化させることができ、濃度,滴下量等の組
み合わせにより、生理活性物質の浸透速度を制御させる
ことができる。 このようにして、ケラテチン担体中に生理活性物質を含
む薄膜が繊維集合体表面に形成される。本発明において
薄膜について、アルデヒドなどの試薬を用いた化学反応
で水不溶化処理を一切行う必要がないため固定化生理活
性物質の活性は実質的には低下しない。
Next, the aqueous keratin solution containing the above-mentioned physiologically active substance is applied to the fiber assembly by an appropriate method such as impregnation, application, and dropping. For example, 0.8 μl thereof is dropped on a fiber assembly of a predetermined size placed on a polyethylene membrane by using a safety pipetter for a trace amount, and left at room temperature for 10 minutes. next,
The fiber assembly is heated to 30 to 60 ° C, particularly preferably 45 to 50 ° C.
Light drying at 60 ° C for 60 minutes is recommended. In order to reduce the variation of the measurement data and immobilize as many physiologically active substances as possible on the fiber aggregate, instead of dropping the aqueous solution of keratein with a high concentration of the physiologically active substance onto the fiber aggregate at once,
As described above, it is desirable to repeat the method of repeatedly dropping the physiologically active substance solution on the fiber assembly that has been lightly dried.
The inclusive state of the physiologically active substance can be changed by the concentration of the physiologically active substance, the concentration of the aqueous keratin solution, the amount of the aqueous keratin solution dropped onto the fiber assembly, and the like. Can be controlled. Thus, a thin film containing a physiologically active substance in the keratetin carrier is formed on the surface of the fiber assembly. In the present invention, the activity of the immobilized physiologically active substance does not substantially decrease because it is not necessary to perform any water insolubilization treatment on the thin film by a chemical reaction using a reagent such as an aldehyde.

【0015】本発明の固定化生理活性物質はバイオセン
サー、バイオリアクターに好適に使用できる。例えばグ
ルコースオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、
ウリカーゼ等の生理活性物質を固定した、本発明の固定
化生理活性物質を過酸化水素電極の下地表面に被覆する
とグルコース、コレステロール、尿酸等の濃度が測定で
きる。
The immobilized physiologically active substance of the present invention can be suitably used for biosensors and bioreactors. For example, glucose oxidase, cholesterol oxidase,
When a physiologically active substance such as uricase is immobilized, and the immobilized physiologically active substance of the present invention is coated on the base surface of the hydrogen peroxide electrode, the concentration of glucose, cholesterol, uric acid and the like can be measured.

【0016】[0016]

【作用】本発明の固定化生理活性物質は、親水性が良好
で生理活性物質包括性に優れたケラチン蛋白質を固定化
担体として繊維集合体の構成繊維表面に被覆されてお
り、かつ不溶化処理を施さない未変性のケラチン蛋白質
の状態でゲル層を形成している。そのため平面的な膜に
比べて大きい膜面積が得られ、また繊維集合体の構成繊
維素材が疎水性であっても、親水性を示すものであって
も同様に利用できる。例えば基質が作用した際には、測
定値にバラツキが少なくなり、高い出力応答性と、高い
活性を持つ固定化生理物質が製造できる。本発明による
固定化生理活性物質は、ケラチン蛋白質を主成分とする
担体に生理活性物質を固定化しており、かつ生理活性物
質は担体に物理的に固定化されており、化学処理による
不溶化処理を全く加えてないので、活性の低下が軽微で
ある。さらに測定対象物質が低濃度であっても検知可能
な性能を備えた固定化酵素膜を提供できる。
The immobilized physiologically active substance of the present invention has a keratin protein having good hydrophilicity and excellent incorporation of the physiologically active substance coated on the surface of the constituent fibers of the fiber aggregate as an immobilizing carrier, and is subjected to insolubilization treatment. The gel layer is formed in the state of the undenatured keratin protein that has not been subjected. Therefore, a large membrane area can be obtained as compared with a planar membrane, and the same can be used whether the constituent fiber material of the fiber assembly is hydrophobic or hydrophilic. For example, when a substrate acts, the measured values are less scattered, and an immobilized physiological substance having high output responsiveness and high activity can be produced. The immobilized bioactive substance according to the present invention has a bioactive substance immobilized on a carrier containing keratin protein as a main component, and the bioactive substance is physically immobilized on the carrier. Since no addition was made, the decrease in activity was slight. Further, it is possible to provide an immobilized enzyme membrane having performance capable of detecting even a low concentration of a substance to be measured.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明する。 実施例1〜3 メリノ種羊毛(64'S)に含まれる色素、脂肪分は、ベ
ンゼン−エタノール50/50/容積%の混合溶液を用
い、ソックスレー抽出器で2.5時間処理することで除
去した。三つ口フラスコの一つの口には三方コックを介
して乾燥窒素ボンベからのゴム管を接続した。反応系の
pH調節のためpH電極は別の口に常時挿入し、もう一方
の口は必要な薬剤投入用として利用する。繊維長が約1
cmとなるように細断した8.18gの羊毛繊維を1lの三
つ口フラスコに投入し、これに450mlの8M尿素溶
液を加えた。窒素ガスをパージさせ、アスピレーターで
15分間三つ口フラスコ内を45mmHg程度に減圧させ
急激に大気圧に戻す操作を3〜4回繰り返した。このよ
うにすると、三つ口フラスコ内のケラチン繊維間に含ま
れる空気が完全に除去でき、尿素水溶液とケラチン分子
との反応が効率的となる。窒素置換が完了した後、三つ
口フラスコ内に還元剤として4.8mlのメルカプトエタ
ノールを加えて、8M尿素水溶液中で2〜3時間放置し
た。更に、約100mlの5N KOH溶液を微量づつ加
えて三つ口フラスコの混合溶液のpHを10.5に調節し
た。室温で3時間かけて羊毛繊維が完全に溶解するのを
待った。繊維状の羊毛繊維が溶解したものがケラテイン
水溶液である。セルロース透析膜を用いケラテイン水溶
液を純水で2日間透析した。送風乾燥させながら、ある
いは純水を加えることにより濃度の異なる3種類のケラ
テイン水溶液を調製した。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Examples 1-3 The pigments and fats contained in Merino wool (64'S) were removed by a 2.5 hour soxhlet extractor treatment using a mixed solution of benzene-ethanol 50/50 / vol%. did. A rubber tube from a dry nitrogen cylinder was connected to one mouth of the three-neck flask via a three-way cock. Reaction system
To adjust the pH, the pH electrode is always inserted into another port, and the other port is used for charging a necessary drug. Fiber length is about 1
8.18 g of wool fiber chopped to a size of 1 cm was put into a 1-liter three-necked flask, and 450 ml of an 8M urea solution was added thereto. The operation of purging with nitrogen gas, reducing the pressure in the three-necked flask to about 45 mmHg with an aspirator for 15 minutes, and rapidly returning to the atmospheric pressure was repeated three to four times. In this way, the air contained between the keratin fibers in the three-necked flask can be completely removed, and the reaction between the aqueous urea solution and the keratin molecules becomes efficient. After the replacement with nitrogen was completed, 4.8 ml of mercaptoethanol was added as a reducing agent into the three-necked flask, and the mixture was allowed to stand in an 8M aqueous urea solution for 2 to 3 hours. Further, the pH of the mixed solution in the three-necked flask was adjusted to 10.5 by adding a small amount of about 100 ml of a 5N KOH solution. Allowed for 3 hours at room temperature to allow the wool fibers to completely dissolve. A solution of fibrous wool fibers is an aqueous solution of keratein. The aqueous solution of keratein was dialyzed against pure water for 2 days using a cellulose dialysis membrane. Three types of aqueous keratein solutions having different concentrations were prepared while drying with air or by adding pure water.

【0018】このようにして調製した異なる濃度(0.
07%、0.1%、0.7%)のケラテイン水溶液のそれ
ぞれに、グルコースオキシダーゼ(以下GODと言う。
東洋紡績(株)製)を濃度が10%となるよう溶解させて
GODを含むケラテイン水溶液を得た。この水溶液0.
8μlを、微量用の安全ピペッターで、ポリエチレン膜
上に置いた大きさ5×3mmサイズのトレシー(商品名、
東レ(株)製)の繊維集合体に滴下して室温で10分間放
置した。次に、繊維集合体を軽く乾燥するため50℃で
60分乾燥させて固定化グルコースオキシダーゼを得
た。
The different concentrations (0.
Glucose oxidase (hereinafter referred to as GOD) is added to each of the 07%, 0.1% and 0.7% aqueous keratein solutions.
(Manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was dissolved at a concentration of 10% to obtain an aqueous solution of keratein containing GOD. This aqueous solution
8 μl of Toraysee (trade name, 5 × 3 mm) placed on a polyethylene membrane with a safety pipetter for trace amount
The mixture was dropped on a fiber assembly manufactured by Toray Industries, Inc. and left at room temperature for 10 minutes. Next, the fiber assembly was dried at 50 ° C. for 60 minutes to dry it lightly to obtain immobilized glucose oxidase.

【0019】実施例4〜6 実施例1で得た濃度0.01%のケラテイン水溶液45
0mlに、室温で9.5gのヨード酢酸を加えてケラテ
インのS−カルボキシメチル化反応を1時間行った。5
N KOH水溶液でケラチン溶液のpHを8.5に調節し
た。反応中三つ口フラスコに光などの刺激が入らないよ
うにアルミフォイルで遮光した。このようにしてS−カ
ルボキシメチルケラテイン水溶液を得た。セルロース浸
透膜を用いS−カルボキシメチルケラテイン水溶液を純
水で2日間透析した。送風乾燥させながら、あるいは純
水を加えることにより濃度の異なる3種類のS−カルボ
キシメチルケラテイン水溶液(0.07%、0.1%、
0.7%)を調製した。以下実施例1と同様にして、繊
維集合体上のケラチン膜中にグルコースオキシダーゼが
固定された固定化グルコースオキシダーゼを得た。
Examples 4 to 6 A 0.01% aqueous solution of keratein 45 obtained in Example 1
To 0 ml, 9.5 g of iodoacetic acid was added at room temperature, and the S-carboxymethylation reaction of keratein was performed for 1 hour. 5
The pH of the keratin solution was adjusted to 8.5 with an aqueous NKOH solution. During the reaction, the three-necked flask was shielded from light with an aluminum foil so as not to be stimulated by light or the like. Thus, an aqueous solution of S-carboxymethylkeratein was obtained. The S-carboxymethylkeratein aqueous solution was dialyzed against pure water for 2 days using a cellulose permeable membrane. Three types of aqueous solutions of S-carboxymethyl keratein having different concentrations (0.07%, 0.1%,
(0.7%). Thereafter, in the same manner as in Example 1, an immobilized glucose oxidase having glucose oxidase immobilized in a keratin film on the fiber assembly was obtained.

【0020】比較例1〜2 ケラテイン水溶液およびS−カルボキシメチルケラテイ
ン水溶液を用いず、10%のGODを含む溶液(比較例
1)0.8μl、あるいは0.01%の界面活性剤(トリ
トンX 100、商品名、和光純薬)と10%のGOD
を含む水溶液(比較例2)0.8μlを実施例1と同様の
方法でトレシーに含浸させて固定化グルコースオキシダ
ーゼを調製した。
Comparative Examples 1-2 A solution containing 10% GOD (Comparative Example 1) without using the aqueous solution of keratein and the aqueous solution of S-carboxymethylkeratein (Comparative Example 1), or 0.8% of 0.01% surfactant (Triton X) 100, trade name, Wako Pure Chemical) and 10% GOD
An immobilized glucose oxidase was prepared by impregnating 0.8 μl of an aqueous solution containing the compound (Comparative Example 2) into Toraysee in the same manner as in Example 1.

【0021】比較例3〜4 家蚕繭糸をエタノール/ベンゼン系の混合溶液を用い
て、ソックスレー抽出器で試料に含まれるワックス,色
素を除去した試料をマルセル石鹸0.2%、炭酸ナトリ
ウム0.05%の混合溶液で98℃で30分処理するこ
とで繭糸の外層のセリシンを除去した。60℃で完全に
乾燥させた後、8Mの臭化リチウムで55℃で30分処
理した。溶解した液をセルロース製の透析膜を用いて5
℃で4日間純水に対して透析した。送風乾燥して濃度
0.07%、0.4%の再生絹フィブロイン溶液を調製し
た。以下実施例1と同様に10%のGODを含む絹フィ
ブロイン溶液をトレシーに含浸、乾燥させて固定化グル
コースオキシダーゼを調製した。
Comparative Examples 3 and 4 A silkworm cocoon thread was mixed with an ethanol / benzene mixed solution using a Soxhlet extractor to remove wax and pigments contained in the sample. The sample was replaced with 0.2% of Marcel soap and 0.05 of sodium carbonate. % Sericin in the outer layer of the cocoon thread was removed by treating the mixed solution at 98 ° C. for 30 minutes. After being completely dried at 60 ° C., it was treated with 8 M lithium bromide at 55 ° C. for 30 minutes. Dissolve the solution using a cellulose dialysis membrane.
It was dialyzed against pure water at 4 ° C. for 4 days. By blowing and drying, a regenerated silk fibroin solution having a concentration of 0.07% and 0.4% was prepared. In the same manner as in Example 1, a silk fibroin solution containing 10% GOD was impregnated in Toraysee and dried to prepare immobilized glucose oxidase.

【0022】実施例7〜12 実施例1で用いた、色素,脂肪を除去したメリノ種羊毛
(64'S)を次のようにしてチオグリコール酸で可溶
化した。三つ口フラスコへの窒素接続、pH電極の接続
は実施例1で述べたのと同様であった。細断した3.2g
の羊毛繊維を500ml容量の三つ口フラスコに投入
し、これに150mlの3%NaCl溶液を入れた。窒素
ガスをパージさせ、アスピレーターで15分間三つ口フ
ラスコ内を45mmHg程度に減圧させ急激に大気圧に戻
す操作を3〜4回繰り返した。窒素ガス置換を20分間
行った。羊毛を溶解する系に0.2Mチオグリコール酸
を入れ、さらにアンモニア水を加えてpH10に調整
し、スタラーを用いて窒素置換環境下で3時間反応させ
て羊毛を溶解させた。窒素ガス下で濾過して、未反応羊
毛を除去することでケラテイン水溶液を調製した。ケラ
テイン水溶液をセルロース透析膜に入れ15℃の環境下
で2日間透析処理を行った。送風乾燥して所定濃度に濃
縮してケラテイン水溶液を得た。
Examples 7 to 12 Merino wool (64'S) used in Example 1 from which pigments and fats had been removed was solubilized with thioglycolic acid as follows. The nitrogen connection and the pH electrode connection to the three-necked flask were the same as described in Example 1. 3.2g shredded
Was added to a 500 ml three-necked flask, into which 150 ml of a 3% NaCl solution was placed. The operation of purging with nitrogen gas, reducing the pressure in the three-necked flask to about 45 mmHg with an aspirator for 15 minutes, and rapidly returning to the atmospheric pressure was repeated three to four times. Nitrogen gas replacement was performed for 20 minutes. 0.2 M thioglycolic acid was added to the system for dissolving wool, the pH was adjusted to 10 by further adding aqueous ammonia, and the mixture was reacted for 3 hours in a nitrogen-substituted environment using a stirrer to dissolve the wool. An aqueous keratein solution was prepared by filtering under nitrogen gas to remove unreacted wool. The aqueous solution of keratein was put into a cellulose dialysis membrane and dialyzed for 2 days at 15 ° C. It was blow-dried and concentrated to a predetermined concentration to obtain an aqueous solution of keratein.

【0023】また、これとは別に、送風乾燥する前の羊
毛ケラテイン水溶液にアンモニア水溶液を加えて溶液の
pHを8に調整し、さらに窒素ガス下で0.2Mのヨード
酢酸を加えて15分スタラーで攪拌した。このようにし
てケラテインをS−カルボキシメチル化することでS−
カルボキシメチルケラテイン水溶液を調製した。S−カ
ルボキシメチルケラテイン水溶液をセルロース透析膜を
用い、未反応物を除去するため15℃の環境下で純水に
対して2日間透析処理を行った。送風乾燥して所定濃度
に濃縮して実験用のS−カルボキシメチルケラテイン水
溶液を得た。このようにして調製し、送風乾燥で濃度を
調製した濃度の異なる3種類のケラテイン水溶液、また
はS−カルボキシメチルケラテイン水溶液(それぞれ
0.07%、0.4%、0.7%)にそれぞれ、実施例1
と同様にしてグルコースオキシダーゼ(GOD、東洋紡
製)を10%溶解させて、10%のGODを含むケラテ
イン水溶液またはS−カルボキシメチルケラテイン水溶
液を得た。微量安全ピペッターでトレシーにこの水溶液
0.8μlを滴下した後、50℃で60分乾燥させて固
定化グルコースオキシダーゼを調製した。
Separately from this, an aqueous ammonia solution is added to the aqueous wool keratein solution before being blown and dried.
The pH was adjusted to 8, and 0.2M iodoacetic acid was further added under nitrogen gas, and the mixture was stirred with a stirrer for 15 minutes. In this way, S-carboxymethylation of keratein enables S-carboxymethylation.
An aqueous carboxymethylkeratein solution was prepared. The aqueous solution of S-carboxymethylkeratein was dialyzed against pure water for 2 days in a 15 ° C. environment to remove unreacted substances using a cellulose dialysis membrane. It was blow-dried and concentrated to a predetermined concentration to obtain an experimental aqueous solution of S-carboxymethylkeratein. Prepared in this way and adjusted to three types of aqueous solutions of keratein having different concentrations by blast drying or aqueous solutions of S-carboxymethylkeratein (0.07%, 0.4% and 0.7%, respectively). Example 1
10% of glucose oxidase (GOD, manufactured by Toyobo) was dissolved in the same manner as in the above to obtain an aqueous solution of keratein or an aqueous solution of S-carboxymethylkeratein containing 10% of GOD. 0.8 μl of this aqueous solution was added dropwise to Toraysee using a microsafe pipettor, and dried at 50 ° C. for 60 minutes to prepare immobilized glucose oxidase.

【0024】比較例5 実施例3と同様にGOD濃度が10%となるように調製
した0.7%のケラテイン水溶液0.8μlを実施例3と
同様の方法でトレシーに滴下し、これを室温で1時間放
置し、さらに40℃の恒温乾燥器で1時間乾燥した。こ
のように調製した水溶解性ケラテインの薄膜が形成され
たトレーシーを0.5%クルタルアルデヒド水溶液に2
0℃で15分間浸漬した後、さらに室温で3時間乾燥す
ることで固定化グルコースオキシダーゼを含むケラテイ
ンの水不溶化処理を行った。
Comparative Example 5 In the same manner as in Example 3, 0.8 μl of a 0.7% aqueous keratein solution prepared so as to have a GOD concentration of 10% was added dropwise to Toraysee in the same manner as in Example 3, and this was added at room temperature. For 1 hour and further dried for 1 hour in a constant temperature dryer at 40 ° C. The Tracy on which the thin film of the water-soluble keratein thus prepared was formed was added to a 0.5% aqueous solution of kultaraldehyde in water.
After immersion at 0 ° C. for 15 minutes, keratein containing immobilized glucose oxidase was subjected to water insolubilization treatment by further drying at room temperature for 3 hours.

【0025】性能評価 (1)グルコース水溶液を用いた評価 実施例1〜6および比較例1〜5で得た固定化グルコー
スオキシダーゼを過酸化水素電極の表面に装着し、その
上に、所定濃度のグルコース水溶液0.8μlを滴下させ
た時の出力特性として、過酸化水素電極からの出力電流
(μA),出力電流が最大となる時間(以下ピーク時間
と言う)および変動係数(CV%)を求めた。なお、測
定回数は8回で、結果を平均して表1に示す。変動係数
は次式により求めた。 CV(%)=δn-1/X×100 ただし、nはデータ数(8)、δn-1はn−1個の標準偏
差、Xは測定データの平均値である。CV値はデータの
バラツキ状態がどのようであるかを表す指標(CV値が
大きいほどバラツキ状態が大きいこと示す。)となる。
また、所定濃度のグルコース被検液を点着させたときの
グルコース溶液の浸透程度は目測により次のようにして
判定した。判定結果を表1に併せて示す。表1において
示した記号は次のことを意味する。固定化グルコースオ
キシダーゼへのグルコース水溶液の浸透性(4段階で評
価): + グルコース水溶液が少し浸透する。 ++ グルコース水溶液が普通に浸透する。 +++ グルコース水溶液がよく浸透する。 ++++ グルコース水溶液が非常によく浸透する。
Performance Evaluation (1) Evaluation Using Glucose Aqueous Solution The immobilized glucose oxidase obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 was mounted on the surface of a hydrogen peroxide electrode, and a predetermined concentration of As the output characteristics when 0.8 μl of the glucose aqueous solution was dropped, the output current (μA) from the hydrogen peroxide electrode, the time when the output current was maximum (hereinafter referred to as peak time), and the coefficient of variation (CV%) were determined. Was. The number of measurements was eight, and the results are averaged and shown in Table 1. The coefficient of variation was determined by the following equation. CV (%) = δ n-1 / X × 100 where n is the number of data (8), δ n-1 is n−1 standard deviations, and X is the average value of the measured data. The CV value is an index indicating how the data varies (a larger CV value indicates a greater variation state).
The degree of penetration of the glucose solution when a glucose test solution of a predetermined concentration was spotted was determined by visual measurement as follows. The results of the determination are also shown in Table 1. The symbols shown in Table 1 mean the following. Permeability of aqueous glucose solution into immobilized glucose oxidase (evaluated in 4 steps): + A little aqueous glucose solution penetrates. ++ Glucose aqueous solution permeates normally. +++ Aqueous glucose solution penetrates well. ++++ The aqueous glucose solution penetrates very well.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1の結果は次の様に総括できる。水溶解
性のS−カルボキシメチルケラテインを固定化酵素担体
として用いたときには、水不溶性S−カルボキシメチル
ケラテインや、従来用いられている絹フィブロインを用
いたときよりも高い出力電流値が得られ、測定値のバラ
ツキが少なく、かつピーク時間が短いためバイオセンサ
ーとして優れた応答性を示す。固定化生理活性物質の担
体としての本発明のケラチン蛋白質が優れた効果を発揮
する事が確認される。S−カルボキシメチルケラテイン
を担体に用いた固定化グルコオキシダーゼの浸透性(親
水性)は極めて良好であった。またグルコース濃度が1
00mg/dlから300、600mg/dlと増加すると過酸化
水素電極からの出力電流値は下記の式で見るとおりほぼ
直線的に増加し、両者には比例関係が認められた。この
ことは、本発明によるケラチン蛋白質を担体とする固定
化グルコースオキシダーゼで基質のグルコースを定量す
るにあたっては、基質が低濃度であっても、グルコース
濃度に比例した出力電流が精度良く検出できることを意
味している。 グルコース濃度(mg/dl;X)液と出力電流値(μA;
Y)との相関関係: 0.07%担体水溶液: Y=0.4511X+0.0415 R=0.99002 0.4%担体水溶液: Y=0.66333X+0.01225 R=0.99
416 0.7%担体水溶液: Y=0.73056X+0.014094 R=0.99
022 上式においてRは相関係数を示す。水不溶化処理を行っ
ていない実施例3の固定化グルコースオキシダーゼは、
水不溶化処置を行った比較例5のものに比べて、出力値
が優れ、バラツキ状態が少なく、かつピーク時間が短
い。このことから固体化担体は水不溶化処理を施さない
ことにより、被検溶液のグルコースが拡散し易く、固定
化された生理活性物質と良好に反応することがわかる。
また表には示さなかったが実施例7〜12で得た固定化
酵素についても表1と同様の優れた出力特性が得られ、
被検液の浸透状態も良好であった。
The results in Table 1 can be summarized as follows. When water-soluble S-carboxymethylkeratein is used as the immobilized enzyme carrier, a higher output current value is obtained than when water-insoluble S-carboxymethylkeratein or conventionally used silk fibroin is used. It exhibits excellent responsiveness as a biosensor because of small variations in measured values and a short peak time. It is confirmed that the keratin protein of the present invention as an immobilized physiologically active substance carrier exhibits an excellent effect. The permeability (hydrophilicity) of the immobilized glucooxidase using S-carboxymethylkeratein as a carrier was extremely good. If the glucose concentration is 1
When increasing from 00 mg / dl to 300 and 600 mg / dl, the output current value from the hydrogen peroxide electrode increased almost linearly as seen from the following equation, and a proportional relationship was recognized between the two. This means that when quantifying glucose as a substrate with immobilized glucose oxidase using the keratin protein according to the present invention as a carrier, even if the substrate is at a low concentration, an output current proportional to the glucose concentration can be accurately detected. doing. Glucose concentration (mg / dl; X) solution and output current value (μA;
Correlation with Y): 0.07% aqueous carrier solution: Y = 0.45111X + 0.0415R = 0.99002 0.4% aqueous carrier solution: Y = 0.66333X + 0.01225 R = 0.99
416 0.7% aqueous carrier solution: Y = 0.73056X + 0.040994 R = 0.99
022 In the above equation, R indicates a correlation coefficient. The immobilized glucose oxidase of Example 3, which was not subjected to the water insolubilization treatment,
The output value is excellent, the variation state is small, and the peak time is short as compared with that of Comparative Example 5 which has been subjected to the water insolubilization treatment. This shows that the solidified carrier is not subjected to the water insolubilization treatment, whereby glucose in the test solution is easily diffused and reacts favorably with the immobilized physiologically active substance.
Although not shown in the table, the immobilized enzymes obtained in Examples 7 to 12 also obtained excellent output characteristics similar to those in Table 1.
The permeation state of the test liquid was also good.

【0028】(2)血清を用いた評価 実施例1〜6および比較例1〜2で得た固定化グルコオ
キシダーゼを過酸化水素電極の表面に装着し、その上に
液状コントロール血清(和光純薬、グルコース濃度80
mg/dl)を用いて所定濃度のグルコースを含有するよう
に調製した血清0.8μlを滴下させた時の過酸化電極か
らの出力電流(μA),出力電流が最大となる時間(以
下ピーク時間)および変動係数(CV%)を求めた。ま
た血清を滴下した時のトレシー繊維内部に浸透する血清
の浸透程度を評価した。測定回数は8回で、得られた結
果を平均して表2に示す。浸透性を示す表2における表
示は(1)と同様に4段階で評価した。
(2) Evaluation Using Serum The immobilized glucooxidase obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 was mounted on the surface of a hydrogen peroxide electrode, and a liquid control serum (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was placed thereon. , Glucose concentration 80
mg / dl), the output current (μA) from the peroxide electrode when 0.8 μl of serum prepared so as to contain a predetermined concentration of glucose was dropped, and the time during which the output current becomes maximum (hereinafter, peak time) ) And the coefficient of variation (CV%). Also, the degree of penetration of serum penetrating into the Toraysee fiber when the serum was dropped was evaluated. The number of measurements was eight, and the results obtained are shown in Table 2 on average. The indication in Table 2 showing the permeability was evaluated in four steps as in (1).

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】絹フィブロイン等の従来の担体による固定
化生理活性物質に血清を滴下すると一般に電流のピーク
値はばらついてしまい定状の波形を得ることは困難であ
ったが、ケラチン蛋白質を担体にした本発明の固定化生
理活性物質では、出力電流のバラツキが軽減でき、ノイ
ズが少なく明瞭な波形を得ることが可能であった。また
上記の従来法によると、一般にグルコース濃度の低い血
清を滴下しても出力波形は計測できなかったが、本発明
では、グルコース濃度100mg/dl程度の血清であって
も血清中のグルコースは十分計測が可能であり、全測定
でピークが現れた。また表には示さなかったが実施例7
〜12で得た固定化酵素についても表2と同様の優れた
出力特性が得られ、被検液の浸透状態も良好であった。
When serum was added dropwise to a physiologically active substance immobilized on a conventional carrier such as silk fibroin, the peak value of the current generally fluctuated and it was difficult to obtain a regular waveform, but keratin protein was used as the carrier. With the immobilized physiologically active substance of the present invention, variations in output current could be reduced, and a clear waveform with less noise could be obtained. In addition, according to the above-described conventional method, generally, even when a serum having a low glucose concentration was dropped, an output waveform could not be measured, but in the present invention, even in a serum having a glucose concentration of about 100 mg / dl, the glucose in the serum was not sufficient. Measurement was possible, and peaks appeared in all the measurements. Although not shown in the table, Example 7
As for the immobilized enzymes obtained in Nos. To 12, excellent output characteristics similar to those in Table 2 were obtained, and the permeation state of the test liquid was also good.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明は、上記のような構成からなるた
め以下に示す効果を発揮する。 1) 元然生体高分子である絹フィブロインを生理活性
物質の固定化担体に用いるような従来法とは違い、固定
化生理活性物質に不溶化処理を施す必要がないので、生
理活性物質の活性が失活する恐れが全く無い。 2) 本発明の固定化生理活性物質の親水性が大きく、
従って基質溶液、血清、血漿、全血に対する濡れ状態が
従来のものより著しく良好であり、浸透状態も良好であ
る。 3) 凹凸のある繊維基合体の構成繊維表面にケラチン
膜が形成されるので、十分大きい正味の膜面積を確保す
ることができる。従って生理活性物質の基質を含む被検
液との接触が十分に行われ大きい反応速度が得られる。 4) 生理活性物質、例えば基質が低濃度であっても検
知可能である。 5) 繊維集合体の構成表面が疎水性であっても、親水
性であっても同様に利用できる。従って巾広い繊維集合
体を利用できる。
Since the present invention has the above-described structure, it exhibits the following effects. 1) Unlike conventional methods that use silk fibroin, which is originally a biopolymer, as a carrier for immobilizing a bioactive substance, there is no need to insolubilize the immobilized bioactive substance. There is no risk of deactivation. 2) The immobilized physiologically active substance of the present invention has high hydrophilicity,
Therefore, the wet state with respect to the substrate solution, serum, plasma and whole blood is remarkably better than that of the conventional one, and the permeation state is also good. 3) Since a keratin film is formed on the surface of the constituent fibers of the fiber-based composite having irregularities, a sufficiently large net film area can be secured. Therefore, contact with the test solution containing the substrate of the physiologically active substance is sufficiently performed, and a high reaction rate can be obtained. 4) Detectable even at low concentrations of physiologically active substances, eg, substrates. 5) Even if the constituent surface of the fiber aggregate is hydrophobic or hydrophilic, the same can be used. Therefore, a wide fiber aggregate can be used.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−57391(JP,A) 特開 平2−245189(JP,A) 特開 平5−308969(JP,A) 特開 昭60−120988(JP,A) 特開 昭63−160585(JP,A) 特開 平1−240189(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 11/04 Continuation of front page (56) References JP-A-52-57391 (JP, A) JP-A-2-245189 (JP, A) JP-A-5-308969 (JP, A) JP-A-60-120988 (JP) JP-A-63-160585 (JP, A) JP-A-1-240189 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , DB name) C12N 11/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 繊維集合体の表面に、ケラチン蛋白質の
薄膜が形成されており、該薄膜中に生理活性物質が包括
されていることを特徴とする、ケラチン蛋白質を担体と
する固定化生理活性物質。
A keratin protein thin film is formed on the surface of a fiber assembly, and a physiologically active substance is included in the thin film. material.
【請求項2】 ケラチン蛋白質がケラテインまたはケラ
トースであることを特徴とする請求項1に記載の固定化
生理活性物質。
2. The immobilized bioactive substance according to claim 1, wherein the keratin protein is keratein or keratose.
【請求項3】 ケラテインが、そのSH結合のH原子の
少なくとも1部が官能基をもつ有機基で置換されたケラ
テイン誘導体であることを特徴とする請求項2に記載の
固定化生理活性物質。
3. The immobilized physiologically active substance according to claim 2, wherein the keratein is a keratein derivative in which at least a part of the H atom of the SH bond is substituted with an organic group having a functional group.
【請求項4】 有機基がカルボキシメチル基、アミノエ
チル基またはフェニルエチル基であることを特徴とする
請求項3に記載の固定化生理活性物質。
4. The immobilized bioactive substance according to claim 3, wherein the organic group is a carboxymethyl group, an aminoethyl group or a phenylethyl group.
【請求項5】 生理活性物質を含むケラテイン若しくは
その誘導体、またはケラトースの水溶液を繊維集合体の
表面に処理し、当該表面にケラテイン若しくはその誘導
体、またはケラトースの薄膜を形成することを特徴とす
る固定化生理活性物質の製造方法。
5. An immobilization method comprising treating a surface of a fiber assembly with an aqueous solution of keratein or a derivative thereof or a keratose containing a physiologically active substance to form a thin film of keratein or a derivative thereof or keratose on the surface. A method for producing a chemical physiologically active substance.
【請求項6】 処理が滴下、塗布または含浸、および乾
燥の工程からなる請求項5の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the treatment comprises the steps of dripping, coating or impregnating, and drying.
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