JP4798502B2 - BOD measurement method - Google Patents

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Description

本発明は、BODの測定法に関する。更に詳しくは、真核微生物を用いたBODの測定法に関する。   The present invention relates to a method for measuring BOD. More specifically, the present invention relates to a method for measuring BOD using eukaryotic microorganisms.

河川や産業排水の水質管理に重要な項目として、BOD(生物化学的酸素要求量)があり、国際的な有機性水質汚濁の指標とされている。有機化合物に起因する水質汚濁は、好気性微生物による酸化反応で減少、消去され、その有機物質濃度に対応して溶存酸素が消費されるため、この消費された酸素量を計測することで、水質汚濁が明らかになるのである。したがって、BODは有機化合物濃度を酸素量により間接的に表したものである。   BOD (Biochemical Oxygen Demand) is an important item for water quality management of rivers and industrial wastewater, and is an international indicator of organic water pollution. Water pollution caused by organic compounds is reduced and eliminated by the oxidation reaction by aerobic microorganisms, and dissolved oxygen is consumed corresponding to the concentration of the organic substance. Therefore, by measuring the amount of oxygen consumed, water quality The pollution becomes clear. Accordingly, BOD is an indirect representation of organic compound concentration by oxygen content.

BOD測定法としては、種々の方法が提案されている。例えば特許文献1には、トリコスポロン属の酵母を溶存酸素電極の表面に固定して、酵母が河川や排水中に含まれる有機汚濁物質を資化することで消費された溶存酸素の濃度を酸素電極で測定する方法が提案されている。この方法によれば、河川や排水中に含まれるさまざまな有機物質の総量を有機汚濁物質としてまとめて測定ができる特徴があるものの、測定溶液中にごく僅かしか溶存しない酸素の濃度を高感度に測定する必要があることから、測定システムが必然的に大きくなってしまうなどの問題点があり、試験室や工場などの屋内に限らず、現場での計測も必要となるBODの測定には向かない場合があった。また測定システム上、溶存酸素の非常に低い廃液にあっては正確な値を測定することが難しいという限界もあった。
特公昭61−7258号公報
Various methods have been proposed as BOD measurement methods. For example, in Patent Document 1, yeasts belonging to the genus Trichosporon are fixed on the surface of a dissolved oxygen electrode, and the concentration of dissolved oxygen consumed by the yeast assimilating organic pollutants contained in rivers and wastewater is determined as an oxygen electrode. The method of measuring by is proposed. According to this method, although the total amount of various organic substances contained in rivers and wastewater can be measured together as organic pollutants, the concentration of oxygen that is only slightly dissolved in the measurement solution is highly sensitive. Since it is necessary to measure, there is a problem that the measurement system will inevitably become large, and it is suitable for BOD measurement that requires not only indoors such as test rooms and factories but also on-site measurement. There was a case. In addition, due to the measurement system, there is a limit that it is difficult to measure an accurate value in a waste liquid with very low dissolved oxygen.
Japanese Patent Publication No.61-7258

かかる問題に対して、溶存酸素量が低い場合にあってもBODの正確な測定を可能とするメディエーターを用いたBOD測定法が開発された。かかる測定法は、溶存酸素に比べて液体中の溶解濃度が高い電子の濃度を指標とした電気化学(電極)測定型であり、BODの正確な測定および測定装置の小型化を可能とするといった画期的なものであった。
特開平07−167824号公報
In response to this problem, a BOD measurement method using a mediator that enables accurate measurement of BOD even when the amount of dissolved oxygen is low has been developed. Such a measurement method is an electrochemical (electrode) measurement type that uses the concentration of electrons whose dissolved concentration in liquid is higher than that of dissolved oxygen as an index, and enables accurate measurement of BOD and downsizing of the measuring device. It was groundbreaking.
Japanese Patent Laid-Open No. 07-167824

しかるに、かかる測定法は微生物が有機物質を代謝することによる電子伝達系の電子の移動を検知するものであるため、呼吸鎖の電子伝達がミトコンドリア内で行われる真核微生物を用いた場合には、測定感度に乏しいとされ、原核微生物を利用した測定法が数多く提案されているにとどまるのが現状である。しかしながら、原核微生物は培養や前処理などにおける操作性や保存安定性に問題があり、種々の測定法に応用し、実用化する場合の障壁となっており、真核微生物を用いたメディエーター型のBOD測定法の開発が望まれている。   However, since this measurement method detects the movement of electrons in the electron transport system due to the metabolism of organic substances by microorganisms, when using eukaryotic microorganisms in which electron transfer of the respiratory chain occurs in mitochondria, However, it is said that the measurement sensitivity is poor, and only a number of measurement methods using prokaryotic microorganisms have been proposed. However, prokaryotic microorganisms have problems in operability and storage stability in culturing and pretreatment, etc., and have become barriers when applied to various measurement methods and put to practical use. Mediator type using eukaryotic microorganisms Development of BOD measurement method is desired.

本発明の目的は、真核微生物を用いて感度良くBODを測定する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for measuring BOD with high sensitivity using a eukaryotic microorganism.

かかる本発明の目的は、酵母により有機物質を代謝させ、該酵母の代謝活性を測定することにより、有機物質を含有する溶液中の有機物質量を検出または定量するBODの測定法において、酵母が有機物質を代謝する際に、酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーターを存在させ、生成する還元型の親水性メディエーターを電極により検出または定量するBODの測定法によって達成される。 The purpose of such invention, the organic substance is metabolized by the yeast, by measuring the metabolic activity of the yeast, in the measuring method of BOD detecting or quantifying organic mass in a solution containing organic substances, yeast organic This is achieved by a BOD measurement method in which an oxidized fat-soluble mediator and an oxidized hydrophilic mediator are present when a substance is metabolized, and the resulting reduced hydrophilic mediator is detected or quantified by an electrode.

本発明方法によれば、培養や前処理などにおける操作性や保存安定性に問題がある原核微生物を用いることなくBODを測定することができるとともに、その測定感度に関しても、従来提案されていた真核微生物を用いたBOD測定法と比較して、1〜350μlといった少量の試料を用いた場合であっても、数倍程度高感度となるといったすぐれた効果を奏する。さらに、脂溶性メディエーターをジメチルスルホキシドに溶解されて用いた場合には、測定感度の向上およびバックの減少を達成することができる。   According to the method of the present invention, BOD can be measured without using a prokaryotic microorganism having problems in operability and storage stability in culture, pretreatment, etc., and the measurement sensitivity has been proposed in the past. Compared with the BOD measurement method using a nuclear microorganism, even when a small amount of sample such as 1 to 350 μl is used, it has an excellent effect of being several times higher in sensitivity. Furthermore, when a fat-soluble mediator is used by being dissolved in dimethyl sulfoxide, it is possible to achieve an improvement in measurement sensitivity and a reduction in bag.

酵母としては、例えばSaccharomyces cerevisiaeTrichosporon cutaneumTrichosporon fermentansTrichosporon brassicaeCandida属、Aspergillus属などが挙げられ、好ましくはパン酵母として周知のSaccharomyces cerevisiaeTrichosporon cutaneumなどが用いられる。Saccharomyces cerevisiae(サッカロミセス・セルビジエ)は、市販品をそのまま用いることができる。ここで、使用する微生物は生菌の状態、好ましくは対数増殖期の状態で用いることもできるし、実用性を考慮し、何らかの方法により保存が可能な形態、例えば死菌などの状態で用いることもできる。生菌を用いる場合、反応時における菌体の濃度は、OD600=0.1以上、好ましくは0.5〜20程度、さらに好ましくは1.5〜5程度で用いられる。 Examples of yeast include Saccharomyces cerevisiae , Trichosporon cutaneum , Trichosporon fermentans , Trichosporon brassicae , Candida genus, Aspergillus genus, etc., and preferably Saccharomyces cerevisiae , Trichosporon cutaneum, etc. well known as baker's yeast are used. Saccharomyces cerevisiae ( Saccharomyces cerevisiae ) can use a commercial item as it is. Here, the microorganism to be used can be used in the state of viable bacteria, preferably in the logarithmic growth phase, or in a form that can be stored by some method, for example, in the state of dead bacteria, considering practicality. You can also. When using live bacteria, the concentration of the bacterial cells during the reaction is OD 600 = 0.1 or more, preferably about 0.5 to 20, more preferably about 1.5 to 5.

酸化型の脂溶性メディエーターとしては、メナジオン(2-メチル-1,4-ナフトキノン)、ベンゾキノン、1,2-ナフトキノン、ユビキノン、ハイドロキノン、2,6-ジクロロベンゾキノン、2-メチルベンゾキノン、2,5-ジヒドロキシベンゾキノン、2-ヒドロキシ-1,4-ナフトキノンなどのキノン類、2,3,5,6-テトラメチル-1,4-フェニレンジアミン、N,N-ジメチル-p-フェニレンジアミンなどのベンゾアミン類が用いられ、好ましくはメナジオン、ベンゾキノン、1,2-ナフトキノン、2,3,5,6-テトラメチル-1,4-フェニレンジアミン、N,N-ジメチル-p-フェニレンジアミンが用いられる。ここで脂溶性メディエーターは、好ましくはジメチルスルホキシドに溶解される。メナジオンをDMSOに溶解して用いる場合には、反応液中のメナジオン濃度が20〜1000μM、好ましくは100〜400μMとなるように用いられる。メナジオンが、これ以上の濃度で用いられると、電極の再利用が困難になり、一方これ以下の濃度で用いられると有機物に対する応答が低下する。また、DMSOは反応液中に3%以下、好ましくは1%以下となるように用いられる。DMSOがこれ以上の割合で反応液中に添加されると、センサー応答値が低くなるため好ましくない。   Oxidized fat-soluble mediators include menadione (2-methyl-1,4-naphthoquinone), benzoquinone, 1,2-naphthoquinone, ubiquinone, hydroquinone, 2,6-dichlorobenzoquinone, 2-methylbenzoquinone, 2,5- Quinones such as dihydroxybenzoquinone and 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone, and benzoamines such as 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-phenylenediamine and N, N-dimethyl-p-phenylenediamine Menadione, benzoquinone, 1,2-naphthoquinone, 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-phenylenediamine and N, N-dimethyl-p-phenylenediamine are preferably used. Here, the fat-soluble mediator is preferably dissolved in dimethyl sulfoxide. When menadione is dissolved in DMSO and used, the concentration of menadione in the reaction solution is 20 to 100 μM, preferably 100 to 400 μM. When menadione is used at a concentration higher than this, it becomes difficult to reuse the electrode. On the other hand, when it is used at a concentration lower than this, the response to organic substances is reduced. DMSO is used so that it is 3% or less, preferably 1% or less in the reaction solution. When DMSO is added to the reaction solution at a rate higher than this, the sensor response value is lowered, which is not preferable.

酸化型の親水性メディエーターとしては、リボフラビン、L-アスコルビン酸、フラビンアデニンジヌクレオチド、フラビンモノヌクレオチド、ニコチンアデニンジヌクレオチド、ルミクロム、グルタチオン、パーオキシダーゼ、チトクロムC、フェレドキシン等の生体酸化還元物質またはその誘導体、ヘキサシアノ鉄(III)カリウム、ヘキサメチレンテトラミンルテニウム、カルボキシメチル化フェロセン、DCIP、1-M-PMS、9-ジメチルアミノベンゾ-α-フェナゾキソニウムクロライド、Fe-EDTA、Mn-EDTA、Zn-EDTA、メソスルフェート、メチルビオローゲン、デュロヒドロキノン、フェロセンカルボン酸、フェナジンメトスルフェートなどが用いられ、好ましくはヘキサシアノ鉄(III)カリウム、ヘキサメチレンテトラミンルテニウム、カルボキシメチル化フェロセン、DCIP、1-M-PMS、9-ジメチルアミノベンゾ-α-フェナゾキソニウムクロライドが、さらに好ましくはヘキサシアノ鉄(III)カリウム、ヘキサメチレンテトラミンルテニウム、カルボキシメチル化フェロセンが用いられる。   Oxidized hydrophilic mediators include riboflavin, L-ascorbic acid, flavin adenine dinucleotide, flavin mononucleotide, nicotine adenine dinucleotide, lumicochrome, glutathione, peroxidase, cytochrome C, ferredoxin and other biological redox substances or their derivatives , Hexacyanoiron (III) potassium, hexamethylenetetramine ruthenium, carboxymethylated ferrocene, DCIP, 1-M-PMS, 9-dimethylaminobenzo-α-phenazoxonium chloride, Fe-EDTA, Mn-EDTA, Zn- EDTA, mesosulfate, methyl viologen, durohydroquinone, ferrocenecarboxylic acid, phenazine methosulfate, etc. are used, preferably hexacyanoiron (III) potassium, hexamethylenetetramineruthenium, carboxymethylated ferro Emissions, DCIP, 1-M-PMS, 9- dimethylaminobenzoate -α- phenazopyridine sulfoxonium chloride is more preferably hexacyanoferrate (III) potassium, hexamethylenetetramine ruthenium, carboxymethylated ferrocene used.

酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーターとは、還元型となった脂溶性メディエーターによって酸化型の親水性メディエーターから還元型の親水性メディエーターが生成されるような組合せで用いられ、これらの濃度は、一般にそれぞれ40nM以上、好ましくは50nM〜500mM、さらに好ましくは100nM〜50mM程度で用いられる。このように酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーターを組み合わせて用いることにより、1〜350μlといった少量の試料を用いてのBODの測定が可能となるといった優れた効果を奏する。   Oxidized fat-soluble mediator and oxidized hydrophilic mediator are used in such a combination that reduced lipid-soluble mediator generates reduced hydrophilic mediator from oxidized hydrophilic mediator. The concentration of is generally 40 nM or more, preferably 50 nM to 500 mM, more preferably about 100 nM to 50 mM. Thus, the combined use of an oxidized fat-soluble mediator and an oxidized hydrophilic mediator provides an excellent effect that BOD can be measured using a small amount of sample such as 1 to 350 μl.

以上の酵母およびメディエーターに加えて、本発明方法においてはスーパーオキシドジスムターゼ(EC 1.15.1.1)を用いることが好ましい。スーパーオキシドジスムターゼは、超酸化物不均化酵素ともよばれ、スーパーオキシドアニオンラジカルの不均化反応を触媒する働きを有するため、酸素ラジカルから酸素および過酸化水素を生成し、本方法での測定感度をアップさせることができる。 In addition to the above yeast and mediator, it is preferable to use superoxide dismutase (EC 1.15.1.1) in the method of the present invention. Superoxide dismutase, also called superoxide dismutase, acts to catalyze the disproportionation reaction of superoxide anion radicals, so it generates oxygen and hydrogen peroxide from oxygen radicals. Can be up.

BODの測定は、酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーターの存在下、好ましくはさらにスーパーオキシドジスムターゼの存在下において、酵母により溶液中の有機物質を代謝させ、該酵母の代謝活性を測定することにより行われる。ここで、有機物質の代謝中における菌体の活性を良好に保つため、反応内には少なくとも10mM程度以上のリン酸イオンが含まれることが望ましい。これは、10mMリン酸緩衝液(phosphate buffer; PBは Na2HPO4・12H2O 3.58gまたはNaH2PO4・2H2O 1.56gをそれぞれ純水に溶解して、各溶液を1lとし、両者を混ぜ合わせてpH 7.0に調整し、121℃, 15分間オートクレーブ滅菌したもの、あるいは1倍のリン酸緩衝生理食塩水(phosphate buffer saline;PBSはNaCl 8g、Na2HPO4・12H2O 2.9g、KCl 0.2g、KH2PO4 0.2gを純水に溶解してpH 7.0に調整した後、全量を純水で1lとし、121℃, 15分間オートクレーブ滅菌したものなど、好ましくはリン酸緩衝液が用いられる。ここで、10mM程度のリン酸イオンが含まれることで、試料液のpHの影響を緩衝する作用も奏する。また、後述するBODセンサーを利用する場合、これを再利用するといった観点からは、反応液中に界面活性剤、例えばTriton-Xが、反応液中好ましくは0.00001〜0.1%、さらに好ましくは0.0001〜0.01%程度添加される。これにより、測定回数が増すにつれてセンサーの応答値が大きく減少するといった不具合を解消することができる。 Measurements of BOD in the presence of fat-soluble mediators and oxidized hydrophilic mediator oxidized form, preferably further in the presence of superoxide dismutase, to metabolize organic substances in the solution by the yeast, the metabolic activity of the yeast This is done by measuring. Here, in order to keep the activity of the cells during metabolism of the organic substance in good condition, it is desirable that the reaction tank contains at least about 10 mM phosphate ions. This, 10 mM phosphate buffer (phosphate buffer; PB dissolves Na 2 HPO 4 · 12H 2 O 3.58g or NaH 2 PO 4 · 2H 2 O 1.56g of the pure water, respectively, each solution and 1l, Both were adjusted to pH 7.0 and autoclaved at 121 ° C for 15 minutes, or 1x phosphate buffer saline (PBS: NaCl 8g, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O 2.9 g, KCl 0.2g, KH 2 PO 4 0.2g dissolved in pure water and adjusted to pH 7.0, then made up to 1L with pure water, autoclaved at 121 ° C for 15 minutes, preferably phosphate buffer Here, when phosphate ions of about 10 mM are contained, the effect of buffering the influence of the pH of the sample liquid is also exhibited.When the BOD sensor described later is used, this is reused. From the viewpoint, a surfactant such as Triton-X is preferably contained in the reaction solution in the reaction solution, preferably 0.00001 to 0.1%, more preferably 0. As a result, it is possible to solve the problem that the response value of the sensor greatly decreases as the number of measurements increases.

代謝活性は、溶液中に生成する還元型の親水性メディエーターを、少なくとも作用極および対極を有する電極を溶液中に浸漬した後、作用極および対極との間に電位差を負荷した際に両電極間に流れる電流を測定することによって算出される。   Metabolic activity is achieved by reducing the hydrophilic mediator produced in the solution between the electrodes when a potential difference is applied between the working electrode and the counter electrode after the electrode having at least the working electrode and the counter electrode is immersed in the solution. It is calculated by measuring the current flowing through

測定に際しては、予め電極上に酵母、酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーター、好ましくはさらにスーパーオキシドジスムターゼを存在させておき、これに有機物質を含有する溶液を添加することにより、有機物質量の測定を可能とするBODセンサーを用いることもできる。かかるセンサーとしては、例えば基板上に作用極および対極、さらに必要に応じて参照極を設け、作用極上および/またはその付近に酵母、酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーター、好ましくはさらにスーパーオキシドジスムターゼを配したセンサーなどが挙げられる。このようなセンサーとしては、例えばセラミックス、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料(例えば、微生物生産ポリエステル等)などの絶縁性基板にスクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法などによって白金、金、カーボン等から形成された各電極が形成され、作用極上および/またはその付近に架橋法、共有結合法、イオン結合法等により微生物等を固定したものなどが用いられる。 In the measurement, yeast , oxidized fat-soluble mediator and oxidized hydrophilic mediator, preferably superoxide dismutase was previously present on the electrode, and a solution containing an organic substance was added thereto. A BOD sensor that can measure the amount of organic substances can also be used. As such a sensor, for example, a working electrode and a counter electrode are provided on a substrate, and if necessary, a reference electrode is provided, and yeast , oxidized fat-soluble mediator and oxidized hydrophilic mediator on the working electrode and / or in the vicinity thereof, preferably Furthermore, a sensor provided with superoxide dismutase can be mentioned. Examples of such sensors include platinum, gold, carbon, and the like by screen printing, vapor deposition, sputtering, etc. on an insulating substrate such as ceramics, glass, plastic, paper, biodegradable materials (for example, microbial production polyester). Etc., and electrodes in which microorganisms are fixed on the working electrode and / or in the vicinity thereof by a crosslinking method, a covalent bonding method, an ionic bonding method, or the like are used.

このようなセンサーとして、好ましくは底部絶縁性基板上にスペーサーを介して、少なくとも作用極および対極からなる電極を設けた基板である上部絶縁性基板を、電極が底部絶縁性基板側の表面に位置するように配し、さらに好ましくは作用極上および/またはその周辺部にメディエーター層または微生物−メディエーター混合物層を配したものが用いられる。かかるセンサーは、一般的なセンサーとは異なり、試料液面と接するようにあるいは試料液中に浸漬するように電極が存在しているため、試料液中に存在する粒子状物質、例えば砂利などが電極表面に堆積することによる測定値への影響を排除しうるといった効果を奏する。さらに、センサーの反応槽内に撹拌石を入れ、センサー下方に撹拌システムを設けることで、反応溶液を連続的に撹拌することができるため、反応効率の向上及び繰り返し再現性の向上が期待できる。また、測定時に撹拌を止めることで、正確な電気化学測定ができる。 Such sensors, preferably via a spacer to the bottom insulating substrate, an upper insulating substrate is a substrate provided with an electrode comprising at least a working electrode and a counter electrode, located on the surface of the electrode bottom insulation substrate side arranged such that, more preferably mediator layer or microorganisms on the working electrode and / or its periphery - is used that arranged mediator mixture layer. Unlike a general sensor, such a sensor has electrodes so as to be in contact with the sample liquid surface or soaked in the sample liquid. Therefore, particulate matter such as gravel is present in the sample liquid. There is an effect that the influence on the measurement value due to the deposition on the electrode surface can be eliminated. Furthermore, by placing a stirring stone in the reaction tank of the sensor and providing a stirring system below the sensor, it is possible to continuously stir the reaction solution. Therefore, it is possible to improve the reaction efficiency and repeatability. In addition, accurate electrochemical measurement can be performed by stopping stirring during measurement.

電流値の測定は、有機物質を含有する溶液と微生物等を反応させた後、正確に0〜60分まで、好ましくは0.5〜30.5分までの経時的な電流値の変化を、例えば北斗電工社製品SHV−100、BAS社製品CHI-1202などの電気化学アナライザーを使用し、電気化学測定法、例えばクロノアンペロメトリー法などを用いて、電極間に負荷した電位に対する生成した還元型メディエーターによる応答を確認することにより行われる。電極間に負荷する電位は、特に限定されないが、生成される過酸化水素も併せて測定することを目的とする場合には、0.7〜1.1V、好ましくは0.8〜1.0Vが選択される。   The current value is measured by reacting a solution containing an organic substance with a microorganism, etc., and then measuring the change in current value over time from 0 to 60 minutes, preferably from 0.5 to 30.5 minutes. Using electrochemical analyzers such as the product SHV-100 and BAS product CHI-1202, using electrochemical measurement methods such as chronoamperometry, the response of the generated reduced mediator to the potential applied between the electrodes It is done by confirming. The potential applied between the electrodes is not particularly limited, but 0.7 to 1.1 V, preferably 0.8 to 1.0 V is selected for the purpose of measuring the generated hydrogen peroxide together.

電極端子は、測定装置に接続され、電極間に生じた電気的な値を測定する。この測定装置には、電極における電気的な値を計測する計測部と、計測された値を表示する表示部が備えられる。この計測部における計測方法としては、上述した如くクロノアンペロメトリー法などを用いることができる。   The electrode terminal is connected to a measuring device and measures an electrical value generated between the electrodes. This measuring apparatus includes a measuring unit that measures an electrical value at the electrode and a display unit that displays the measured value. As a measuring method in this measuring unit, a chronoamperometry method or the like can be used as described above.

また、この装置には計測値を保存するためのメモリーを備えることもできる。さらに、測定値を遠隔的に管理する場合には、計測部に計測データを送信する無線手段、好ましくは非接触型ICカードまたは短距離無線通信(例えば、ブルートゥース;登録商標)などの無線手段を搭載することもできる。   The apparatus can also be equipped with a memory for storing measured values. Further, when managing the measured values remotely, wireless means for transmitting measurement data to the measurement unit, preferably wireless means such as a non-contact type IC card or short-range wireless communication (for example, Bluetooth; registered trademark) is used. It can also be installed.

次に、実施例について本発明を説明する。   Next, the present invention will be described with reference to examples.

実施例1
凍結乾燥されたパン酵母菌体(日清製粉製品)をスパーテルで極少量取り、18mm径×180mmの試験管に入れたYPD液体培地(酵母エキス10g、ポリペプトン20g、グルコース20gを純水に溶解して全量を1,000mlにした後、121℃、15分間の条件下でオートクレーブ滅菌したもの)2mlに接種し、シリコ栓で蓋をして28℃、180rpm、好気条件下で18時間振とう培養を行った。次いで、YPD寒天培地(酵母エキス2g、ポリペプトン4g、グルコース4g、寒天4gを純水に溶解して全量を200mlにした後、121℃、15分間の条件下でオートクレーブ滅菌したもの)を、クリーンベンチ内でシャーレに約20mlずつ入れ、恒温器(アーンスト・ハンセン商会製品BARNSTEAD/THERMOLYNE LAB-LINE 120-5JPN)内で乾燥させたものに、乾燥酵母から培養を行った酵母液を白金耳で網目模様に接種し、28℃で二晩前培養を行った。
Example 1
Take a very small amount of freeze-dried baker's yeast cells (Nisshin Flour Milled Product) with a spatula and put them in a YPD liquid medium (yeast extract 10 g, polypeptone 20 g, glucose 20 g dissolved in pure water) in a 18 mm × 180 mm test tube. Inoculate 2 ml after autoclaving at 121 ° C for 15 minutes), cover with a silico stopper, and shake culture at 28 ° C, 180 rpm, aerobic conditions for 18 hours. Went. Next, YPD agar medium (2 g yeast extract, 4 g polypeptone, 4 g glucose, 4 g agar was dissolved in pure water to make a total volume of 200 ml and autoclaved at 121 ° C for 15 minutes) About 20ml each in a petri dish and dried in a thermostat (ARNSTEAD / THERMOLYNE LAB-LINE 120-5JPN) in a thermostat, and the yeast solution cultured from dry yeast is a mesh pattern with platinum ears And pre-cultured at 28 ° C. for 2 nights.

YPD寒天培地上のコロニーから菌体を白金耳でYPD液体培地2mlに接種し、28℃、180rpm、好気条件下で13〜14時間振とう培養を行い、さらに500ml容量の坂口フラスコ中で、YPD液体培地50mlに最終濃度が0.5%となるよう前培養液を接種し、シリコ栓で蓋をして、28℃、120rpm、好気条件下で9〜10時間本培養を行った。細胞の増殖相は、対数増殖期(OD600=0.9以上)に達していた。 Inoculate 2 ml of YPD liquid medium with a platinum loop from a colony on a YPD agar medium, shake culture at 28 ° C., 180 rpm, aerobic conditions for 13-14 hours, and further in a 500 ml Sakaguchi flask, A preculture solution was inoculated into 50 ml of YPD liquid medium to a final concentration of 0.5%, capped with a silico stopper, and main culture was performed at 28 ° C., 120 rpm, aerobic conditions for 9 to 10 hours. The growth phase of the cells reached the logarithmic growth phase (OD 600 = 0.9 or more).

本培養液全量を遠沈管に移した後、4℃、3000rpmの条件下で3分間の遠心分離を行い、集菌を行った。集菌後、0.9%生理食塩水で3回洗浄を行った後、ペレット状の酵母を25mlの0.9%生理食塩水で懸濁し、50ml遠沈管内で2時間エアレーションを行い、再び洗浄操作を三回繰り返した。洗浄後、最終菌体濃度がOD600=15〜75.7となるように0.9%生理食塩水を加え、酵母液をボルテクスミキサーとピペッティングでよく分散させて菌体懸濁液(酵母液)を調製した。 After transferring the entire amount of the main culture to a centrifuge tube, the cells were collected by centrifugation at 4 ° C. and 3000 rpm for 3 minutes. After collection, the cells were washed 3 times with 0.9% physiological saline, then the pelleted yeast was suspended in 25 ml of 0.9% physiological saline, aerated in a 50 ml centrifuge tube for 2 hours, and washed again. Repeated times. After washing, add 0.9% physiological saline so that the final cell concentration is OD 600 = 15-75.7, and disperse the yeast solution well by vortex mixer and pipetting to prepare a cell suspension (yeast solution) did.

センサーチップ内に、調製されたOD600=15の酵母液30μl、フェリシアン化カリウム(和光純薬工業製品)158mgをpH7.0のPBS緩衝液2mlに溶解した0.24Mフェリシアン化カリウム50μl、LB培地(酵母エキス0.25g、ポリペプトン0.5g、NaCl 0.25gを純水に溶解し、水酸化ナトリウム水溶液でpH7.0に調整した後、全量を純水で50mlにして、121℃、15分間の条件下でオートクレーブ滅菌したもの)60μlおよびメナジオン(MP Biomedicals社製品)3.5mgを純水40μlおよびエタノール960μlの混合溶液(96%エタノール)に溶解した20mMメナジオン1.5μlに反応液総量が300μlとなるようにPBS緩衝液を加えてピペットマンを用いて十分に撹拌後、電位を0.9Vに設定し、0.5分後、5.5分後、15.5分後および30.5分後における電流値の測定が北斗電工社製品SHV−100を用いて行われた。 In the sensor chip, 30 μl of OD 600 = 15 prepared yeast solution, 158 mg of potassium ferricyanide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 2 ml of pH 7.0 PBS buffer, 50 μl of 0.24 M potassium ferricyanide, LB medium (yeast extract) Dissolve 0.25g, polypeptone 0.5g, NaCl 0.25g in pure water, adjust to pH 7.0 with sodium hydroxide aqueous solution, make the whole volume 50ml with pure water, autoclave sterilization under conditions of 121 ° C for 15 minutes PBS buffer solution so that the total reaction volume is 300 μl in 1.5 μl of 20 mM menadione in which 60 μl and menadione (MP Biomedicals product) 3.5 mg are dissolved in pure water 40 μl and ethanol 960 μl mixed solution (96% ethanol). In addition, after thoroughly stirring using a pipetman, the electric potential was set to 0.9 V, and the current value measured after 0.5 minutes, 5.5 minutes, 15.5 minutes and 30.5 minutes was measured using Hokuto Denko SHV-100. It was conducted.

ここで、センサーとしては、図1に示される形状の外寸法40×18×4.5mm、反応槽寸法10×12.5×4.5mm(反応槽内容積562.5mm3)であるセンサーチップが用いられた。具体的には、厚さ188μmの透明なポリエチレンチレフタレートを、図2 I)に示されるような35mm×18mmの本体および16mm×6.0mmの支持部11となるように打ち抜き、底部絶縁性基板10を作製した。この底部絶縁性基板上に、II)に示されるように厚さ1mmで10mm×12.5mmのスペース13を有する、底部絶縁性基板と同一外形の下部スペーサー12をアクリル系接着剤(日東製品 No.5000N)を用いて接着した。下部スペーサー上には、厚さ25μmの接着剤層が設けられ、上部絶縁性基板14をさらに接着した。この上部絶縁性基板は、底部絶縁性基板と同じ厚さの同素材を用い、III)に示されるように、40mm×18mmの本体、21mm×6.0mmの支持部11および3mmの間隔を空けて8mm×3mmのくし状基板部を有する10mm×12.5mmのスペース13を形成したものであり、この底部絶縁性基板側の表面上には、2本のくし状基板部分に、7.5mm×2mmの導電体15 2本を、また支持部においては、21mm×2.6mmの2本の導電体15を0.6mmの間隔を空けて、厚さ10μmのカーボンインクをスクリーン印刷法により形成した。上部絶縁性基板上には、下部スペーサーと同一素材で同一形状の上部スペーサー 3枚を接着剤を用いて貼り合わせた。このようにして作製されたバイオセンサの反応スペース内容積は、上述の如く約560mm3であった。 Here, a sensor chip having an outer size of 40 × 18 × 4.5 mm and a reaction vessel size of 10 × 12.5 × 4.5 mm (reaction vessel internal volume 562.5 mm 3 ) having the shape shown in FIG. 1 was used as the sensor. Specifically, a transparent polyethylene styrene phthalate having a thickness of 188 μm is punched out so as to become a main body of 35 mm × 18 mm and a support portion 11 of 16 mm × 6.0 mm as shown in FIG. Was made. On this bottom insulating substrate, a lower spacer 12 having the same outer shape as the bottom insulating substrate and having a space 13 of 10 mm × 12.5 mm with a thickness of 1 mm as shown in II) is an acrylic adhesive (Nitto Product No. 5000N). On the lower spacer, an adhesive layer having a thickness of 25 μm was provided, and the upper insulating substrate 14 was further bonded. This upper insulating substrate is made of the same material as the bottom insulating substrate, and as shown in III), with a 40 mm x 18 mm body, a 21 mm x 6.0 mm support 11 and a 3 mm gap. A space 13 of 10 mm × 12.5 mm having an 8 mm × 3 mm comb-shaped substrate portion is formed. On the surface of the bottom insulating substrate side, two comb-shaped substrate portions are arranged with 7.5 mm × 2 mm. A carbon ink having a thickness of 10 μm was formed by a screen printing method with two conductors 15 and two conductors 15 of 21 mm × 2.6 mm at intervals of 0.6 mm in the support portion. On the upper insulating substrate, three upper spacers having the same material and shape as the lower spacer were bonded together using an adhesive. The internal volume of the reaction space of the biosensor produced in this way was about 560 mm 3 as described above.

比較例1
実施例1において、メナジオンが用いられなかった。
Comparative Example 1
In Example 1, menadione was not used.

比較例2
実施例1において、フェリシアン化カリウムが用いられなかった。
Comparative Example 2
In Example 1, no potassium ferricyanide was used.

以上の実施例1および比較例1〜2で得られた結果は、図1に示される。図1に示されるように、メディエーターとしてフェリシアン化カリウムを単独で用いた場合には、LB培地中に含まれる有機物質を代謝することによる代謝活性を経時的な変化として確認することができないものの、フェリシアン化カリウムとともにメナジオンが用いられた場合には、反応時間が経過するに従って、応答値が高くなることが示され、LB培地中に含まれる有機物質を代謝することによる代謝活性を経時的な変化として確認することが可能であった。   The results obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIG. As shown in FIG. 1, when potassium ferricyanide is used alone as a mediator, the metabolic activity due to the metabolism of the organic substance contained in the LB medium cannot be confirmed as a change with time. When menadione is used together with potassium cyanide, it is shown that the response value increases as the reaction time elapses, and the metabolic activity due to metabolism of organic substances contained in LB medium is confirmed as a change over time It was possible to do.

実施例2
センサーチップ内に、調製されたOD600=15の酵母液50μl、0.05% Triton-X 100 10μl、0.24Mフェリシアン化カリウム83μl、LB培地100μlおよびエタノールに溶解した20mMメナジオン2.5μlに反応液総量が500μlとなるようにPBS緩衝液を加えてピペットマンを用いて十分に撹拌後、0.5分後、5.5分後、15.5分後および30.5分後における電流値の測定が実施例1と同様に行われた。なお、センサーとしては実施例1で用いられたセンサーにおいて、下部スペーサーを3枚に、また上部スペーサーを1枚に変更したものが用いられた。
Example 2
In the sensor chip, 50 μl of prepared yeast solution with OD 600 = 15, 10 μl of 0.05% Triton-X 100, 83 μl of 0.24 M potassium ferricyanide, 100 μl of LB medium and 2.5 μl of 20 mM menadione dissolved in ethanol, total reaction volume of 500 μl PBS buffer solution was added and the current value was measured in the same manner as in Example 1 after 0.5 minutes, 5.5 minutes, 15.5 minutes and 30.5 minutes after thorough stirring using Pipetteman. As the sensor, the sensor used in Example 1 with the lower spacer changed to three and the upper spacer changed to one was used.

実施例3
実施例2において、LB培地として純水を用いて7/10濃度としたものが同量用いられた。
Example 3
In Example 2, the same amount of LB medium with 7/10 concentration using pure water was used.

実施例4
実施例2において、LB培地として純水を用いて4/10濃度としたものが同量用いられた。
Example 4
In Example 2, the same amount was used as the LB medium with 4/10 concentration using pure water.

実施例5
実施例2において、LB培地として純水を用いて1/10濃度としたものが同量用いられた。
Example 5
In Example 2, the same amount was used as the LB medium at 1/10 concentration using pure water.

実施例6
実施例2において、LB培地として純水を用いて1/20濃度としたものが同量用いられた。
Example 6
In Example 2, the same amount of LB medium with a 1/20 concentration using pure water was used.

実施例7
実施例2において、LB培地が用いられなかった。
Example 7
In Example 2, no LB medium was used.

実施例8
実施例2において、さらにSuperoxide Dismutase Solution(和光純薬工業製品)4500UをPBS緩衝液450μlに溶解したSOD溶液5μlが用いられた。
Example 8
In Example 2, 5 μl of SOD solution in which 4500 U of Superoxide Dismutase Solution (Wako Pure Chemical Industries) was dissolved in 450 μl of PBS buffer was used.

以上の実施例2〜8で得られた結果は、図2に示される。図2に示されるように、有機物質量の増加に伴う微生物の代謝活性の高まりを、応答値(出力電流値)により測定できることが示された。また、さらにSuperoxide Dismutaseを用いることで、応答値を大幅に増強できることが示された。   The results obtained in Examples 2-8 above are shown in FIG. As shown in FIG. 2, it was shown that the increase in the metabolic activity of the microorganism accompanying the increase in the amount of organic substance can be measured by the response value (output current value). Furthermore, it was shown that the response value can be greatly enhanced by using Superoxide Dismutase.

実施例9
実施例1と同様に酵母の培養・洗浄が行われ、最終菌体濃度がOD600=45となるように0.9%生理食塩水を加え、酵母液をボルテクスミキサーとピペッティングでよく分散させて酵母液を調製した。また、センサーとしては実施例2で用いられたセンサーが、チップの下に微小な撹拌機(アズワン社製、セルスターCC-303)を配置させた上で用いられた。
Example 9
The yeast was cultured and washed in the same manner as in Example 1, 0.9% physiological saline was added so that the final cell concentration would be OD 600 = 45, and the yeast solution was well dispersed by vortex mixer and pipetting. A liquid was prepared. As the sensor, the sensor used in Example 2 was used after placing a minute stirrer (manufactured by ASONE, Cellstar CC-303) under the chip.

センサーチップ内に、調製された酵母液25μl、10倍PBS緩衝液で調製した0.48Mフェリシアン化カリウム41.5μl、測定試料液350μl、0.05%(w/v)Triton-X 100 5μl、エタノールに溶解した20mMメナジオン5μl、純水48.5μlを混合した混合液500μlを加え、撹拌石による撹拌を15分間行い、電気化学測定器(BAS社製、CHI-1202)を使用したクロノアンペロメトリー法により電位を0.9Vに設定し、電流値の測定が行われた。測定は各標準溶液につき3回行った。   In the sensor chip, 25 μl of prepared yeast solution, 41.5 μl of 0.48 M potassium ferricyanide prepared with 10-fold PBS buffer, 350 μl of measurement sample solution, 5 μl of 0.05% (w / v) Triton-X 100, 20 mM dissolved in ethanol Add 500 μl of a mixture of 5 μl of menadione and 48.5 μl of pure water, stir with a stirring stone for 15 minutes, and adjust the potential to 0.9 by chronoamperometry using an electrochemical measuring instrument (BAS, CHI-1202). The current value was measured with V set. The measurement was performed 3 times for each standard solution.

測定試料として、実河川水が用いられた。実河川水は、東京都八王子市を流れる湯殿川(東橋、平成18年8月30日9時40分、天候:曇、気温:29.5℃、湿度81.1%)から採水したものを使用した。現場において採水を調べたところ、水温24.8℃、pH7.2、溶存酸素8.8mg O2/l、CODMn 6mg O2/l、導電率0.24mS/cm、塩濃度0%であり、実河川水のCODMn値が極めて低いことから、測定試料液としては、実河川水とGGA標準溶液を9:1の割合で混合したものが用いられた。GGA標準溶液としては、1,500mg O2/l GGA溶液、750mg O2/l GGA溶液および0mg O2/l GGA溶液(純水)の3種類を使用した。測定は各試料液について3回ずつ行われた。 Actual river water was used as a measurement sample. The actual river water was taken from the Yudon River (Higashi Bridge, 9:40 on August 30, 2006, weather: cloudy, temperature: 29.5 ° C, humidity 81.1%) flowing in Hachioji City, Tokyo. Examination of the water sampling in the field, a water temperature 24.8 ° C., pH 7.2, dissolved oxygen 8.8mg O 2 / l, COD Mn 6mg O 2 / l, conductivity of 0.24ms / cm, was 0% salt concentration, the actual river Since the COD Mn value of water was extremely low, a 9: 1 mixture of actual river water and GGA standard solution was used as the measurement sample solution. Three types of GGA standard solutions were used: 1,500 mg O 2 / l GGA solution, 750 mg O 2 / l GGA solution, and 0 mg O 2 / l GGA solution (pure water). The measurement was performed three times for each sample solution.

得られた電流値について、同センサーを用いて予め作成された検量線に基づきBODの算出が行われた。ここで、検量線の作成試料液としてはグルコース15.0mg、グルタミン酸15.0mgを純水10.0mlに溶解し、細孔が0.22μmのメンブランフィルターにより滅菌した、BOD値が2,200mg O2/lを示すグルコース・グルタミン酸(GGA)標準溶液を純水で10倍に希釈して調製した220mg O2/l標準溶液および、GGAを含まない0mg O2/l標準溶液が用いられた。 With respect to the obtained current value, BOD was calculated based on a calibration curve prepared in advance using the sensor. Here, as a sample solution for preparing a calibration curve, 15.0 mg of glucose and 15.0 mg of glutamic acid were dissolved in 10.0 ml of pure water and sterilized by a membrane filter having a pore of 0.22 μm, and the BOD value is 2,200 mg O 2 / l. A 220 mg O 2 / l standard solution prepared by diluting a glucose / glutamic acid (GGA) standard solution 10-fold with pure water and a 0 mg O 2 / l standard solution containing no GGA were used.

算出結果を、図5に示す。図5には、同測定試料液についてBOD5法(JIS K 0102準拠)を用いて測定した結果と本発明のセンサーを用いて3回測定した結果を対応させて、センサー応答値の平均値をプロットとして、また標準偏差の値をエラーバーとして示している。実河川水に純水を加えた試料液についての明確なセンサー応答は得られなかったものの、センサー法とBOD5法の相関はきわめて良好であることがわかった(y=0.922x-6.71、r=0.998)。この結果は、本発明のセンサーを用いて実淡水の測定ができる可能性を示唆している。 The calculation results are shown in FIG. FIG. 5 shows the average value of the sensor response values by associating the results of measurement using the BOD 5 method (based on JIS K 0102) with the results of three measurements using the sensor of the present invention. The values of standard deviation are shown as error bars as plots. Although a clear sensor response was not obtained for the sample liquid obtained by adding pure water to actual river water, the correlation between the sensor method and the BOD 5 method was found to be very good (y = 0.922x-6.71, r = 0.998). This result suggests the possibility of measuring actual fresh water using the sensor of the present invention.

実施例10
実施例9において、実試料液として海水が用いられ、検量線の作成試料液および測定試料液には純水の代わりに人工海水(2.65% NaCl, 0.326% MgCl2, 0.207% MgSO4, 0.136% CaSO4, 0.0714% KCl)が用いられた。実海水は東京都江東区お台場(平成18年8月31日18時30分、天候:晴、気温:27.1℃、湿度61.2%)から採水したものを使用した。現場において採水を調べたところ、水温25.4℃、pH8.0、溶存酸素7.58mg O2/l、CODMn 7.5mg O2/l、導電率29.6mS/cm、塩濃度3.28%であった。
Example 10
In Example 9, seawater was used as the actual sample solution, and artificial seawater (2.65% NaCl, 0.326% MgCl 2 , 0.207% MgSO 4 , 0.136%) was used instead of pure water as the sample solution for preparing the calibration curve and the measurement sample solution. CaSO 4 , 0.0714% KCl) was used. The actual seawater was taken from Odaiba, Koto-ku, Tokyo (18:30 on August 31, 2006, weather: fine, temperature: 27.1 ° C, humidity 61.2%). Examination of the water sampling in the field, a water temperature 25.4 ° C., pH 8.0, dissolved oxygen 7.58mg O 2 / l, COD Mn 7.5mg O 2 / l, conductivity of 29.6mS / cm, was the salt concentration 3.28%.

得られた結果を図6に示す。図6には、同測定試料液についてBOD5法を用いて測定した結果と本発明のセンサーを用いて1回測定した結果を対応して示している。実施例9と同様に、センサー法とBOD5法の相関が得られることが示された(y=1.24x-31.9、r=0.989)。また、センサー法では、9:1の割合で実海水に人工海水を加えた試料液に対するセンサー応答はBOD5法と比べ高い応答を示した。一方、実海水に150mg O2/l GGAとなるように調製した試料液に対して得られたBOD5法の結果は、150mg O2/lよりも低い値を示したが、センサー法とBOD5法の相関は得られることがわかった。従って、実施例9と同様に本発明のセンサーを用いて実海水の測定ができる可能性が示唆された。 The obtained result is shown in FIG. FIG. 6 shows the results of measuring the sample solution using the BOD 5 method and the results of measuring it once using the sensor of the present invention. As in Example 9, it was shown that the correlation between the sensor method and the BOD 5 method was obtained (y = 1.24x-31.9, r = 0.989). In the sensor method, the sensor response to the sample solution in which artificial seawater was added to actual seawater at a ratio of 9: 1 showed a higher response than the BOD 5 method. On the other hand, the results of the BOD 5 method obtained for the sample solution prepared to 150 mg O 2 / l GGA in real seawater showed values lower than 150 mg O 2 / l, but the sensor method and BOD It was found that the correlation of 5 methods was obtained. Therefore, the possibility that real seawater could be measured using the sensor of the present invention as in Example 9 was suggested.

実施例11
実施例9において、メナジオンを溶解させる溶媒としてジメチススルホキシド(DMSO)が用いられ、測定試料として純水が用いられた場合の電流値が測定された。得られた結果は、メナジオン溶媒としてエタノールを用いた場合とともに表1に示される。メナジオンを溶解させるための溶媒をエタノールからDMSOに変えることで、0ppmと220ppmに対するセンサー応答に、より大きな差を得ることが示され、DMSOの使用により、エタノールと比べ、ベースラインが低く、より正確なセンサー応答を得ることが出来ることが示された。

Figure 0004798502
Example 11
In Example 9, dimethis sulfoxide (DMSO) was used as a solvent for dissolving menadione, and the current value was measured when pure water was used as a measurement sample. The obtained results are shown in Table 1 together with the case of using ethanol as the menadione solvent. Changing the solvent for dissolving menadione from ethanol to DMSO has been shown to provide a greater difference in sensor response to 0 ppm and 220 ppm, and the use of DMSO has a lower baseline and more accuracy than ethanol. It was shown that a good sensor response can be obtained.
Figure 0004798502

実施例12
実施例1と同様に酵母の培養・洗浄が行われ、最終菌体濃度がOD600=75.7となるように0.9%生理食塩水を加え、酵母液をボルテクスミキサーとピペッティングでよく分散させて酵母液を調製した。また、センサーとしては実施例2で用いられたセンサーが、チップの下に微小な撹拌機(アズワン社製、セルスターCC-303)を配置させた上で用いられた。
Example 12
The yeast was cultured and washed in the same manner as in Example 1. 0.9% physiological saline was added so that the final cell concentration would be OD 600 = 75.7, and the yeast solution was well dispersed by vortex mixer and pipetting. A liquid was prepared. As the sensor, the sensor used in Example 2 was used after placing a minute stirrer (manufactured by ASONE, Cellstar CC-303) under the chip.

センサーチップ内に、混合試薬液として純水305μl、0.05%(w/v)Triton-X 100を5μl、pH 7.0の100mMPB緩衝液50μl、純水に溶解した0.4Mフェリシアン化カリウム50μl、DMSOに溶解した20mMメナジオン5μlおよび2200mg O2/l GGA標準液35μlを撹拌石による撹拌で混合し、最後に反応の開始剤として、上記酵母液50μlを混合液の中へ加え、チップ内の反応液の体積を500μlとした。撹拌条件下で反応を正確に10分間行い、電気化学測定器(CHI-1202)を使用したクロノアンペロメトリー法により電位を0.9Vに設定し、反応時と同じ撹拌条件下で電流値の測定が行われた。測定は各標準溶液につき3回行われた。 In the sensor chip, 305 μl of pure water as mixed reagent solution, 5 μl of 0.05% (w / v) Triton-X 100, 50 μl of 100 mM MPB buffer at pH 7.0, 50 μl of 0.4 M potassium ferricyanide dissolved in pure water, dissolved in DMSO Mix 5 μl of 20 mM menadione and 35 μl of 2200 mg O 2 / l GGA standard solution with stirring stone, add 50 μl of the above yeast solution into the mixed solution as the initiator of the reaction, and add the volume of the reaction solution in the chip. 500 μl. The reaction was carried out accurately for 10 minutes under stirring conditions, the potential was set to 0.9 V by chronoamperometry using an electrochemical measuring instrument (CHI-1202), and the current value was measured under the same stirring conditions as during the reaction. Was done. The measurement was performed three times for each standard solution.

実施例13
実施例12において、またPBの代わりにpH7.0の10倍PBSが同量用いられた。
Example 13
In Example 12, the same amount of 10 times PBS with pH 7.0 was used instead of PB.

以上の実施例12〜13で得られた結果は表2に示される。この表に示されるように、PBSと比べ、塩ストレスの少ないPBのほうがGGAに対して高い応答が得られた。

Figure 0004798502
The results obtained in Examples 12 to 13 are shown in Table 2. As shown in this table, PB with less salt stress gave a higher response to GGA than PBS.
Figure 0004798502

実施例14
実施例12において、純水量が40μlに、フェリシアン化カリウムとしてpH 7.0の10mMPB緩衝液に溶解した0.4Mフェリシアン化カリウム同量が、GGA標準液として濃度が0、5.5、11、22、55、110または220mg O2/lのもの350μlが、また酵母液としてOD600=71.8のものにそれぞれ変更されて用いられて測定が行われた。
Example 14
In Example 12, the amount of pure water was 40 μl, and 0.4 M potassium ferricyanide dissolved in 10 mM PB buffer at pH 7.0 as potassium ferricyanide had a concentration of 0, 5.5, 11, 22, 55, 110 or 220 mg as a GGA standard solution. The measurement was carried out using 350 μl of O 2 / l and changing to OD 600 = 71.8 for the yeast solution.

以上の実施例14で得られた結果は図7に示される。この図に示されるように、GGA標準液の濃度の増加に伴う微生物の代謝活性の高まりを、電極応答値により測定できることが示された。ここで、各標準溶液を3回測定して得た検出の上限は220mg O2/l GGA、下限は5.5mg O2/l GGA、変動係数(CV値)は0.86%(0mg O2/l GGA)、0.48%(5.5mg O2/l GGA)、2.22%(11mg O2/l GGA)、0.52%(22mg O2/l GGA)、2.70%(55mg O2/l GGA)、2.00%(110mg O2/l GGA)、0.72%(220mg O2/l GGA)であり、その平均値は1.36%、相関係数はr=0.995であった。以上より、GGAに対しては極めて広い範囲で正の相関を示す応答が得られることが示された。 The results obtained in Example 14 are shown in FIG. As shown in this figure, it was shown that the increase in the metabolic activity of the microorganism accompanying the increase in the concentration of the GGA standard solution can be measured by the electrode response value. Here, the upper limit of detection obtained by measuring each standard solution three times is 220 mg O 2 / l GGA, the lower limit is 5.5 mg O 2 / l GGA, and the coefficient of variation (CV value) is 0.86% (0 mg O 2 / l GGA), 0.48% (5.5mg O 2 / l GGA), 2.22% (11mg O 2 / l GGA), 0.52% (22mg O 2 / l GGA), 2.70% (55mg O 2 / l GGA), 2.00% (110 mg O 2 / l GGA), 0.72% (220 mg O 2 / l GGA), the average value was 1.36%, and the correlation coefficient was r = 0.95. From the above, it was shown that a response showing a positive correlation with GGA can be obtained in a very wide range.

実施例で用いられたセンサーチップの正面図である。It is a front view of the sensor chip used in the example. 実施例で用いられたセンサーチップの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sensor chip used in the Example. メナジオンの有無による応答性を示すグラフである。It is a graph which shows the responsiveness by the presence or absence of menadione. 各LB培地濃度に対する応答性を示すグラフである。It is a graph which shows the responsiveness with respect to each LB culture medium concentration. GGA標準液を添加して調製した実河川水を使用し、センサー法およびBOD5法で測定した結果を対応させて示す図である。Using the actual river water prepared by adding GGA standard solution is a diagram showing in correspondence the results of measurement by the sensor method and BOD 5 method. 人工海水で調製したGGA標準液を添加して調製した実海水を使用し、センサー法およびBOD5法で測定した結果を対応させて示す図である。It is a figure which shows corresponding the result measured by the sensor method and BOD 5 method using the real seawater prepared by adding GGA standard solution prepared with artificial seawater. GGA標準液による応答性を示すグラフである。It is a graph which shows the responsiveness by a GGA standard solution.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサーチップ
2 反応槽
3 電極
4 端子
10 底部絶縁性基板
11 支持部
12 下部スペーサー
13 スペース
14 上部絶縁性基板
15 導電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor chip 2 Reaction tank 3 Electrode 4 Terminal 10 Bottom part insulating substrate 11 Support part 12 Lower spacer 13 Space 14 Upper insulating substrate 15 Conductor

Claims (11)

酵母により有機物質を代謝させ、該酵母の代謝活性を測定することにより、有機物質を含有する溶液中の有機物質量を検出または定量するBODの測定法において、
酵母が有機物質を代謝する際に、酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーターを存在させ、生成する還元型の親水性メディエーターを電極により検出または定量することを特徴とするBODの測定法。
The organic material was metabolized by yeast by measuring metabolic activity of the yeast, in the measuring method of BOD detecting or quantifying organic mass in a solution containing organic substances,
Measurement of BOD, characterized by the presence of oxidized fat-soluble mediator and oxidized hydrophilic mediator when yeast metabolizes organic substances, and detection or quantification of the reduced hydrophilic mediator produced by electrodes Law.
酵母の有機物質の代謝が、10mM以上のリン酸イオン存在下で行われる請求項1記載のBODの測定法。 The method for measuring BOD according to claim 1, wherein the metabolism of the yeast organic substance is carried out in the presence of 10 mM or more of phosphate ions. 酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーターに加えて、さらにスーパーオキシドジスムターゼを存在させることを特徴とする請求項1記載のBODの測定法。   The method for measuring BOD according to claim 1, further comprising superoxide dismutase in addition to the oxidized fat-soluble mediator and oxidized hydrophilic mediator. 脂溶性メディエーターがジメチルスルホキシドに溶解されて用いられる請求項1記載のBODの測定法。The method for measuring BOD according to claim 1, wherein the fat-soluble mediator is used by being dissolved in dimethyl sulfoxide. 酸化型の脂溶性メディエーターが、キノン類またはベンゾアミン類である請求項1記載のBODの測定法。The method for measuring BOD according to claim 1, wherein the oxidized fat-soluble mediator is a quinone or a benzoamine. キノン類が、2-メチル-1,4-ナフトキノン、ベンゾキノンまたは1,2-ナフトキノンである請求項5記載のBODの測定法。The method for measuring BOD according to claim 5, wherein the quinones are 2-methyl-1,4-naphthoquinone, benzoquinone or 1,2-naphthoquinone. ベンゾアミン類が、2,3,5,6-テトラメチル-1,4-フェニレンジアミンまたはN,N-ジメチル-p-フェニレンジアミンである請求項5記載のBODの測定法。6. The method for measuring BOD according to claim 5, wherein the benzoamine is 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-phenylenediamine or N, N-dimethyl-p-phenylenediamine. 酸化型の親水性メディエーターが、ヘキサシアノ鉄(III)カリウム、ヘキサメチレンテトラミンルテニウムまたはカルボキシメチル化フェロセンである請求項1記載のBODの測定法。The method for measuring BOD according to claim 1, wherein the oxidized hydrophilic mediator is hexacyano iron (III) potassium, hexamethylenetetramine ruthenium or carboxymethylated ferrocene. 電極上に、酵母、酸化型の脂溶性メディエーターおよび酸化型の親水性メディエーターを存在させ、これに有機物質を含有する溶液を添加することにより、有機物質の検出または定量が行われる、基板上に少なくとも作用極および対極からなる電極を設けたBODセンサー。On the substrate, yeast, oxidized fat-soluble mediator and oxidized hydrophilic mediator are present on the electrode, and the organic substance is detected or quantified by adding a solution containing the organic substance to this. A BOD sensor with at least an electrode consisting of a working electrode and a counter electrode. 電極上に、さらにスーパーオキシドジスムターゼを存在させた請求項9記載のBODセンサー。The BOD sensor according to claim 9, wherein superoxide dismutase is further present on the electrode. 底部絶縁性基板上にスペーサーを介して、少なくとも作用極および対極からなる電極を設けた基板である上部絶縁性基板を、電極が底部絶縁性基板側の表面に位置するように配してなる請求項9または10記載のBODセンサー。 An upper insulating substrate, which is a substrate provided with at least an electrode composed of a working electrode and a counter electrode on a bottom insulating substrate via a spacer, and is arranged so that the electrode is positioned on the surface on the bottom insulating substrate side. Item 11. The BOD sensor according to Item 9 or 10.
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