JP7032906B2 - Composition for glucose redox reaction and glucose measurement using flavin compound - Google Patents

Composition for glucose redox reaction and glucose measurement using flavin compound Download PDF

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Description

本発明は、フラビン化合物を用いたグルコース酸化還元反応及びフラビン化合物を含む組成物に関する。より詳細には、本発明は、グルコースオキシダーゼやグルコースデヒドロゲナーゼのメディエーターとしてフラビン化合物を用いるグルコース測定法に関する。また本発明は、糖尿病の診断試薬として、グルコースセンサーとして、また、グルコース測定キットに有利に利用され得るフラビン化合物を含むグルコース測定用組成物に関する。 The present invention relates to a glucose redox reaction using a flavin compound and a composition containing the flavin compound. More specifically, the present invention relates to a method for measuring glucose using a flavin compound as a mediator of glucose oxidase or glucose dehydrogenase. The present invention also relates to a composition for measuring glucose containing a flavin compound which can be advantageously used as a diagnostic reagent for diabetes, as a glucose sensor, and in a glucose measuring kit.

グルコース測定は、糖尿病患者の血糖値モニタリングなどに用いられる。グルコースの定量には通常、グルコースオキシダーゼ(以下、GODともいう)やグルコースデヒドロゲナーゼ(以下、GDHともいう)が用いられる。これらは家庭で使用できる血中グルコース濃度の自己測定(SMBG)装置や、持続血糖測定(CGM又はFGMともいう)装置に用いられている。 Glucose measurement is used for blood glucose monitoring of diabetic patients and the like. Glucose oxidase (hereinafter, also referred to as GOD) or glucose dehydrogenase (hereinafter, also referred to as GDH) is usually used for the quantification of glucose. These are used in self-measuring (SMBG) devices for blood glucose concentration and continuous blood glucose measuring (also referred to as CGM or FGM) devices that can be used at home.

グルコースオキシダーゼはβ-D-グルコースをD-グルコノ-1,5-ラクトン(グルコノラクトン)へ酸化する反応を触媒する酸化還元酵素である。グルコースオキシダーゼは酸素を電子受容体とし、また補因子としてフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を用いる。 Glucose oxidase is an oxidoreductase that catalyzes the reaction of oxidizing β-D-glucose to D-glucono-1,5-lactone (gluconolactone). Glucose oxidase uses oxygen as an electron acceptor and flavin adenine dinucleotide (FAD) as a cofactor.

グルコースデヒドロゲナーゼは酸化還元酵素に分類され、グルコース及び電子アクセプターを基質とし、グルコノラクトン及び還元型アクセプターを生成する反応を触媒する。グルコースデヒドロゲナーゼとしてはニコチンアミドジヌクレオチド依存性GDH、ニコチンアミドジヌクレオチドリン酸依存性GDH、ピロロキノリンキノン(PQQ)依存性GDH、FAD依存性GDH(フラビン結合型GDH)等が挙げられる。 Glucose dehydrogenase is classified as an oxidoreductase and uses glucose and electron acceptors as substrates to catalyze reactions that produce gluconolactones and reduced acceptors. Examples of the glucose dehydrogenase include nicotine amide dinucleotide-dependent GDH, nicotine amide dinucleotide phosphate-dependent GDH, pyrroloquinoline quinone (PQQ) -dependent GDH, and FAD-dependent GDH (flavin-bound GDH).

グルコース測定にGODを用いる際、過酸化水素電極を使用することができる。この方法では、過酸化水素電極に+0.6V(vs.Ag/AgCl)~+0.9V(vs.Ag/AgCl)の電圧を印加して、グルコースからグルコノラクトンが生じる際に生成する過酸化水素を測定する。この方法は主としてSMBGやCGMに用いられている。しかしながらこの方法は比較的高い電圧を印加するため、測定溶液に含まれるアスコルビン酸などの夾雑物質の影響を受けるという問題があった。 When using GOD for glucose measurement, a hydrogen peroxide electrode can be used. In this method, a voltage of +0.6 V (vs. Ag / AgCl) to + 0.9 V (vs. Ag / AgCl) is applied to the hydrogen peroxide electrode to generate peroxidation when gluconolactone is generated from glucose. Measure hydrogen. This method is mainly used for SMBG and CGM. However, since this method applies a relatively high voltage, there is a problem that it is affected by contaminants such as ascorbic acid contained in the measurement solution.

そこで過酸化水素に代えて人工電子メディエーター(以下、単にメディエーターともいう)を用いる方法が開発された。この方法では、酵素的にグルコースがグルコノラクトンへと変換される際に、酸化型メディエーターが還元型となる。そして還元型メディエーターが電極に電子を受け渡し、酸化型に戻る。メディエーターを用いる方法の利点として印加電圧を過酸化水素電極の場合と比較して低くすることができる。しかし、従来のメディエーターは高価であったり毒性であるという問題があった。例えば典型的なメディエーターであるフェリシアン化カリウム等の金属錯体はヒトの体内に入ると有害である。 Therefore, a method has been developed in which an artificial electron mediator (hereinafter, also simply referred to as a mediator) is used instead of hydrogen peroxide. In this method, the oxidized mediator becomes reduced when glucose is enzymatically converted to gluconolactone. Then, the reduced mediator transfers an electron to the electrode and returns to the oxidized form. As an advantage of the method using a mediator, the applied voltage can be made lower than that in the case of the hydrogen peroxide electrode. However, conventional mediators have the problem of being expensive and toxic. For example, metal complexes such as potassium ferricyanide, which is a typical mediator, are harmful when they enter the human body.

その他の従来のメディエーターとしては、キノン類、フェナジン類、ビオロゲン類、シトクロム類、フェノキサジン類、フェノチアジン類、フェリシアン化物、例えばフェリシアン化カリウム、フェレドキシン類、フェロセンまたはフェロセン誘導体、オスミウム錯体などが知られていた。 Other conventional mediators known include quinones, phenazines, viologens, cytochromes, phenoxazines, phenothiazines, ferricyanides such as potassium ferricyanide, ferredoxins, ferrocene or ferrocene derivatives, osmium complexes and the like. rice field.

GODやGDHは、補因子FADが酵素分子の内部に埋没していることが多いため、これらをグルコース測定に用いる場合には通常、メディエーターが存在しないと電極へと電子を受け渡すことができない。ところがメディエーターは高価であり、また、電極表面に固定化するのが困難である。例えば糖尿病患者のグルコース測定において、メディエーターを電極に固定化せずにCGM機器やFGM機器に用いようとすると、測定溶液中に存在するメディエーターが体内へ流入する可能性があるが、メディエーターは多くの場合、生体適合性を有しない又は毒性であり、これが体内へ流入することは望ましくない。そのため、従来のメディエーターを用いるグルコース測定法はCGMやFGMの機器には向いておらず、メディエーターが体内へ流入しないような工夫が別途必要となる。 In GOD and GDH, the cofactor FAD is often embedded inside the enzyme molecule, so when these are used for glucose measurement, electrons cannot usually be transferred to the electrode without a mediator. However, the mediator is expensive and difficult to immobilize on the electrode surface. For example, in glucose measurement of diabetic patients, if a mediator is used for a CGM device or an FGM device without being immobilized on an electrode, the mediator present in the measurement solution may flow into the body, but many mediators are used. If it is not biocompatible or toxic, it is not desirable for it to flow into the body. Therefore, the conventional glucose measurement method using a mediator is not suitable for CGM and FGM devices, and it is necessary to take a separate measure to prevent the mediator from flowing into the body.

特許文献1は、試薬の保存期間の前後で電流値の変化が抑制されるメディエーター化合物を記載している。
特許文献2は酸化還元酵素を用いたバイオセンサを記載している。メディエーター化合物としてはフェロシアン化合物等が用いられている。
特許文献3は電子移動剤を用いる酸化還元反応を記載している。
Patent Document 1 describes a mediator compound in which a change in current value is suppressed before and after the storage period of a reagent.
Patent Document 2 describes a biosensor using an oxidoreductase. As the mediator compound, a ferrocyanide compound or the like is used.
Patent Document 3 describes a redox reaction using an electron transfer agent.

燃料電池への関心が高まっているが、従来の燃料電池は白金を使用することが多く、また電子伝達メディエーターとしてオスミウム錯体等の人工化合物が使用されることが多かった。白金は高価であり、また人工化合物は毒性であるなど廃棄処理コストを伴う。そのような中で、白金の代わりに酵素電極を用いた燃料電池が報告されている(例えば特許文献4)。特許文献4で使用されているメディエーターは金属錯体である。 Although interest in fuel cells is increasing, conventional fuel cells often use platinum, and artificial compounds such as osmium complexes are often used as electron transfer mediators. Platinum is expensive, and artificial compounds are toxic and have disposal costs. Under such circumstances, a fuel cell using an enzyme electrode instead of platinum has been reported (for example, Patent Document 4). The mediator used in Patent Document 4 is a metal complex.

FAD依存性GDH(フラビン結合型GDH)は、それをコードするmRNAからポリペプチドが合成されフォールディングする際、FAD結合部位にFADが取り込まれることが知られている。したがって活性を有するFAD依存性GDHはFADと非共有結合的に結合している(ホロ酵素)。また、FADと結合していないFAD依存性GDHは安定に存在しないことが知られている(アポ酵素)。一方、NAD依存性GDHは、アポ酵素としても存在でき、活性を示すにはNADを外部から添加する必要がある。FAD依存性GODは、一般に、タンパク質発現時にFAD結合部位にFADが取り込まれることが知られている。ただし、一部、アポ型として存在するものもあり得る。 FAD-dependent GDH (flavin-bound GDH) is known to incorporate FAD into the FAD binding site when a polypeptide is synthesized from the mRNA encoding it and folded. Therefore, the active FAD-dependent GDH is non-covalently bound to FAD (holoenzyme). Further, it is known that FAD-dependent GDH that is not bound to FAD does not exist stably (apoenzyme). On the other hand, NAD-dependent GDH can also exist as an apoenzyme, and it is necessary to add NAD from the outside in order to exhibit its activity. FAD-dependent GOD is generally known to incorporate FAD into the FAD binding site during protein expression. However, there may be some that exist as an apo type.

国際公開第2012/042903号International Publication No. 2012/042903 特表2007-509355号(特許第4839219号)Special Table 2007-509355 (Patent No. 4839219) 特開平1-317425号(特許第3071790号)Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-317425 (Patent No. 3071790) 特開2008-71584号Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-71584

ある実施形態において本発明は、上記の問題を解消しうる、グルコースの電気化学的測定方法及びグルコース測定用組成物を提供することを課題とする。別の実施形態において本発明は、改良されたグルコース燃料電池及び発電方法を提供することを課題とする。 In certain embodiments, it is an object of the present invention to provide a method for electrochemically measuring glucose and a composition for measuring glucose, which can solve the above-mentioned problems. In another embodiment, it is an object of the present invention to provide an improved glucose fuel cell and a power generation method.

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意努力した結果、フラビン化合物が、酵素により触媒されるグルコースの酸化還元反応に関し、驚くべきことにメディエーターとして機能しうることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent efforts to solve the above problems, the present inventor has found that a flavin compound can surprisingly function as a mediator in an enzyme-catalyzed redox reaction of glucose. Completed.

特定の理論に拘束されることを望むものではないが、化合物にはそれぞれ固有の酸化還元電位があり、一般的には遊離型のフラビン化合物の酸化還元電位の方が、フラボタンパク質中のフラビン化合物の酸化還元電位よりもマイナス側にある(酸化還元電位が低い)。例えば遊離型FADの酸化還元電位(-0.219V(vs. NHE))はフラボタンパク質中のFADの酸化還元電位(~0 V(vs. NHE))よりも低電位側にある(ヴォート生化学(上)第2版、第15章参照)。このような場合、理論上、酸化還元電位の高い化合物から低い化合物へと電子が移動することはないと考えられる。ところが本発明において、フラボタンパク質と遊離型のフラビン化合物とを混合した系について電気化学的測定を行ったところ、電流が観察された。これは上記に鑑みれば驚くべき知見である。 Although not bound by any particular theory, each compound has its own redox potential, and in general the redox potential of a free flavin compound is the flavin compound in the flavoprotein. It is on the minus side of the redox potential of (the redox potential is low). For example, the redox potential of free FAD (-0.219 V (vs. NHE)) is lower than the redox potential of FAD in flavoproteins (~ 0 V (vs. NHE)) (Vote biochemistry). (Top) See Chapter 15, 2nd Edition). In such a case, it is theoretically considered that electrons do not move from the compound having a high redox potential to the compound having a low redox potential. However, in the present invention, when an electrochemical measurement was performed on a system in which a flavoprotein and a free flavin compound were mixed, an electric current was observed. This is a surprising finding in light of the above.

本発明は以下を包含する。
[1] 遊離型のフラビン化合物を含み、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコース測定用組成物、
ただし該組成物は、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まない、又は
(iii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上の電子メディエーターを含まない、
前記グルコース測定用組成物。
[2] 遊離型のフラビン化合物を含み、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含む、アノード電極、
ただし該電極は、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まない、又は
(iii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上の電子メディエーターを含まない、
前記アノード電極。
[3] 2に記載のアノード電極、カソード電極、及び、グルコースを含む燃料槽を有する、グルコース燃料電池。
[4] 遊離型のフラビン化合物及び、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを有する、グルコースセンサー、
ただし該センサーは、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まない、又は
(iii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上の電子メディエーターを含まない、前記センサー。
[5] フラビン化合物が固相中に固定化されている非酵素型のフラビン化合物である、2に記載の電極、3に記載の電池又は4に記載のセンサー。
[6] 精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼが固相中に固定化されている、2又は5に記載の電極、3又は5に記載の電池或いは4又は5に記載のセンサー。
[7] フラビン化合物が以下の化学式(I)

Figure 0007032906000001
[式中、Rは存在しないか又は-CH、若しくは
Figure 0007032906000002
であり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しておりかつRはHであり、
は存在しないか、又はHであり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しており、
は、H、リン酸基、又は
Figure 0007032906000003
である]
で表される化合物である、1に記載の組成物、2、5若しくは6に記載の電極、3、5若しくは6に記載の電池又は4、5若しくは6に記載のセンサー。
[8] フラビン化合物が、フラビンモノヌクレオチド、リボフラビン、ルミクロム、フラビンアデニンジヌクレオチド又はルミフラビンである、1若しくは7に記載の組成物、2、5、6若しくは7に記載の電極、3、5、6若しくは7に記載の電池又は4、5、6若しくは7に記載のセンサー。
[9] 前記(i)において、人工電子メディエーターーが、キノン類、フェナジン類、ビオロゲン類、シトクロム類、チオレドキシン類、フェノキサジン類、フェノチアジン類、フェリシアン化物、フェレドキシン類、フェロセン、フェロセン誘導体、及び金属錯体である、
前記(ii)において、非水溶性の電子メディエーターーがフェロセン、非水溶性のキノン類、非水溶性のフェナジン類、非水溶性のビオロゲン類、非水溶性のチオレドキシン類、非水溶性のフェノキサジン類、非水溶性のフェノチアジン類、非水溶性のフェレドキシン類、及び非水溶性のフェロセン誘導体である、又は
前記(iii)において、さらに、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを含まない、
1、7若しくは8に記載の組成物、2、5、6、7若しくは8に記載の電極、3、5、6、7若しくは8に記載の電池又は4、5、6、7若しくは8に記載のセンサー。
[10] グルコースを含みうる試料と、遊離型のフラビン化合物と、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼとを接触させる工程、及び電流を測定する工程を含む、グルコースの電気化学的測定方法、
ただし該方法は、
(i) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを外部から添加しない、
(ii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる非水溶性の電子メディエーターを外部から添加しない、又は
(iii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上の電子メディエーターを外部から添加しない、
前記方法。
[11] 遊離型のフラビン化合物を電子メディエーターとして用いる発電方法であって、アノード及びカソードを使用し、
電解質に接触しているアノードにフラビン化合物を供給し、グルコース燃料を供給する工程を有し、
該アノードが、精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼを有する電極である、該発電方法、
ただし該方法は、
(i) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを外部から添加しない、
(ii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる非水溶性の電子メディエーターを外部から添加しない、又は
(iii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上の電子メディエーターを外部から添加しない、
前記方法。
[12] 該フラビン化合物が固相中に固定化されている非酵素型のフラビン化合物である、10又は11に記載の方法。
[13] 精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼが固相中に固定化されている、10~12のいずれかに記載の方法。
[14] フラビン化合物が以下の化学式(I)
Figure 0007032906000004
[式中、Rは存在しないか又は-CH、若しくは
Figure 0007032906000005
であり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しておりかつRはHであり、
は存在しないか、又はHであり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しており、
は、H、リン酸基、又は
Figure 0007032906000006
である]
で表される化合物である、10~13のいずれかに記載の方法。
[15] フラビン化合物が、フラビンモノヌクレオチド、リボフラビン、ルミクロム、フラビンアデニンジヌクレオチド又はルミフラビンである、10~14のいずれかに記載の方法。
[16] 前記(i)において、人工電子メディエーターが、キノン類、フェナジン類、ビオロゲン類、シトクロム類、チオレドキシン類、フェノキサジン類、フェノチアジン類、フェリシアン化物、フェレドキシン類、フェロセン、フェロセン誘導体、及び金属錯体である、
前記(ii)において、非水溶性の電子メディエーターがフェロセン、非水溶性のキノン類、非水溶性のフェナジン類、非水溶性のビオロゲン類、非水溶性のチオレドキシン類、非水溶性のフェノキサジン類、非水溶性のフェノチアジン類、非水溶性のフェレドキシン類、及び非水溶性のフェロセン誘導体である、又は
前記(iii)において、さらに、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを外部から添加しない、
10~15のいずれかに記載の方法。 The present invention includes the following.
[1] A composition for measuring glucose, which comprises a free flavin compound and contains a purified FAD-dependent glucose oxidase or a purified FAD-dependent glucose dehydrogenase.
However, the composition is
(i) does not contain artificial electron mediators, which are externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
(ii) Does not contain or contain water-insoluble electron mediators that are externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
(iii) Does not contain an electron mediator having an oxidation-reduction potential of 0.3 V or higher, which is externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
The composition for measuring glucose.
[2] An anode electrode comprising a free flavin compound and containing purified FAD-dependent glucose oxidase or purified FAD-dependent glucose dehydrogenase.
However, the electrode is
(i) does not contain artificial electron mediators, which are externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
(ii) Does not contain or contain water-insoluble electron mediators that are externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
(iii) Does not contain an electron mediator having an oxidation-reduction potential of 0.3 V or higher, which is externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
The anode electrode.
[3] A glucose fuel cell having the anode electrode, the cathode electrode, and the fuel tank containing glucose according to 2.
[4] A glucose sensor having a free flavin compound and a purified FAD-dependent glucose oxidase or a purified FAD-dependent glucose dehydrogenase.
However, the sensor is
(i) does not contain artificial electron mediators, which are externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
(ii) Does not contain or contain water-insoluble electron mediators that are externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
(iii) The sensor, which is externally added and does not contain an electron mediator having a redox potential of 0.3 V or higher, which can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
[5] The electrode according to 2, the battery according to 3, or the sensor according to 4, wherein the flavin compound is a non-enzymatic flavin compound immobilized in a solid phase.
[6] The electrode according to 2 or 5 or the battery or 4 or 5 according to 3 or 5 in which purified FAD-dependent glucose oxidase or purified FAD-dependent glucose dehydrogenase is immobilized in a solid phase. The sensor described in.
[7] The flavin compound has the following chemical formula (I).
Figure 0007032906000001
[In the formula, R 1 does not exist or -CH 3 or
Figure 0007032906000002
In the absence of R 1 , the nitrogen atom depicted with R 1 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom and R 2 is H.
If R 2 is absent or H and R 2 is absent, the nitrogen atom depicted with R 2 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom.
R3 is H , a phosphate group, or
Figure 0007032906000003
Is]
The composition according to 1, the electrode according to 2, 5 or 6, the battery according to 3, 5 or 6, or the sensor according to 4, 5 or 6, which is a compound represented by 1.
[8] The composition according to 1 or 7, the electrode according to 2, 5, 6 or 7, wherein the flavin compound is a flavin mononucleotide, riboflavin, lumichrome, flavin adenine dinucleotide or lumiflavin. Or the battery according to 7 or the sensor according to 4, 5, 6 or 7.
[9] In (i) above, the artificial electronic mediator is a quinone, a phenazine, a viologen, a cytochrome, a thioredoxin, a phenoxazine, a phenothiazine, a ferricianide, a ferredoxin, a ferrocene, a ferrocene derivative, and It is a metal complex,
In (ii) above, the water-insoluble electronic mediators are ferrosene, water-insoluble quinones, water-insoluble phenazines, water-insoluble viologens, water-insoluble thioredoxins, and water-insoluble phenoxazine. , Water-insoluble phenothiazines, water-insoluble ferredoxins, and water-insoluble ferrocene derivatives, or in (iii) above, further free of electron mediators with a redox potential of 0.2 V or higher.
The composition according to 1, 7 or 8, the electrode according to 2, 5, 6, 7 or 8, the battery according to 3, 5, 6, 7 or 8 or the battery according to 4, 5, 6, 7 or 8. Sensor.
[10] Glucose comprising a step of contacting a sample which may contain glucose with a free flavin compound and a purified FAD-dependent glucose oxidase or a purified FAD-dependent glucose dehydrogenase, and a step of measuring a current. Electrochemical measurement method,
However, this method is
(i) No external addition of artificial electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone.
(ii) No external addition of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone, or
(iii) No external addition of an electron mediator having a redox potential of 0.3 V or higher, which can receive electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone.
The method.
[11] A power generation method using a free flavin compound as an electron mediator, using an anode and a cathode.
It has a step of supplying a flavin compound to an anode in contact with an electrolyte and supplying glucose fuel.
The power generation method, wherein the anode is an electrode having purified FAD-dependent glucose dehydrogenase or purified FAD-dependent glucose oxidase.
However, this method is
(i) No external addition of artificial electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone.
(ii) No external addition of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone, or
(iii) No external addition of an electron mediator having a redox potential of 0.3 V or higher, which can receive electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone.
The method.
[12] The method according to 10 or 11, wherein the flavin compound is a non-enzymatic flavin compound immobilized in a solid phase.
[13] The method according to any of 10 to 12, wherein purified FAD-dependent glucose oxidase or purified FAD-dependent glucose dehydrogenase is immobilized in a solid phase.
[14] The flavin compound has the following chemical formula (I).
Figure 0007032906000004
[In the formula, R 1 does not exist or -CH 3 or
Figure 0007032906000005
In the absence of R 1 , the nitrogen atom depicted with R 1 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom and R 2 is H.
If R 2 is absent or H and R 2 is absent, the nitrogen atom depicted with R 2 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom.
R3 is H , a phosphate group, or
Figure 0007032906000006
Is]
The method according to any one of 10 to 13, which is a compound represented by.
[15] The method according to any of 10 to 14, wherein the flavin compound is flavin mononucleotide, riboflavin, lumichrome, flavin adenine dinucleotide or lumiflavin.
[16] In (i) above, the artificial electron mediator is a quinone, a phenazine, a viologen, a cytochrome, a thioredoxin, a phenoxazine, a phenothiazine, a ferricianide, a ferredoxin, a ferrocene, a ferrocene derivative, and a metal. It is a complex,
In (ii) above, the water-insoluble electron mediator is ferrosene, water-insoluble quinones, water-insoluble phenazines, water-insoluble viologens, water-insoluble thioredoxins, water-insoluble phenoxazines. , Water-insoluble phenothiazines, water-insoluble ferredoxins, and water-insoluble ferrosene derivatives, or in (iii) above, further, do not add an electron mediator having a redox potential of 0.2 V or more from the outside. ,
The method according to any one of 10 to 15.

本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2016-205889号の開示内容を包含する。 This specification includes the disclosure content of Japanese Patent Application No. 2016-205889, which is the basis of the priority of the present application.

本発明のフラビン化合物は、フェリシアン化カリウムのような従来のメディエーターと異なり、一般的には生体内に存在するものであり生体適合性が高く、人体に対する毒性がないか又は毒性が低いと考えられる。そのため、本発明のフラビン化合物を含む組成物や該フラビン化合物を用いる測定方法は、体内埋め込み型の連続グルコース測定に用いることができる。また本発明のフラビン化合物はグルコース燃料電池に応用することができる。 Unlike conventional mediators such as potassium ferricyanide, the flavin compound of the present invention is generally present in the living body, has high biocompatibility, and is considered to have no toxicity to the human body or low toxicity. Therefore, the composition containing the flavin compound of the present invention and the measuring method using the flavin compound can be used for the continuous glucose measurement of the implantable type in the body. Further, the flavin compound of the present invention can be applied to a glucose fuel cell.

AtGLD及び種々のフラビン化合物を用いた場合の応答電流を示す。The response current when AtGLD and various flavin compounds are used is shown. GLD1及び種々のフラビン化合物を用いた場合の応答電流を示す。The response current when GLD1 and various flavin compounds are used is shown. GOD及び種々のフラビン化合物を用いた場合の応答電流を示す。The response current when GOD and various flavin compounds are used is shown. MpGDH及び種々のフラビン化合物を用いた場合の応答電流を示す。The response current when MpGDH and various flavin compounds are used is shown. 種々の濃度のグルコースを含む試料について、GLD1及びFMNを用いた場合の応答電流を示す。The response currents when GLD1 and FMN are used for samples containing various concentrations of glucose are shown. 種々の濃度のグルコースを含む試料について、GDH-M2及びFMNを用いた場合の応答電流を示す。The response currents when GDH-M2 and FMN are used for samples containing various concentrations of glucose are shown. 種々の濃度のグルコースを含む試料について、GLD1及びFADを用いた場合の応答電流を示す。The response currents when GLD1 and FAD are used for samples containing various concentrations of glucose are shown. 種々の濃度のグルコースを含む試料について、GDH-M2及びRFを用いた場合の応答電流を示す。The response currents when GDH-M2 and RF are used for samples containing various concentrations of glucose are shown. 種々の濃度のグルコースを含む試料について、GLD1及びLCを用いた場合の応答電流を示す。The response currents when GLD1 and LC are used for samples containing various concentrations of glucose are shown.

(フラビン化合物及びフラビン化合物を含む組成物)
ある実施形態において本発明はフラビン化合物を提供する。別の実施形態において本発明はフラビン化合物を含むグルコース測定用組成物を提供する。本発明のフラビン化合物は、グルコースオキシダーゼやグルコースデヒドロゲナーゼにより触媒されるグルコース酸化還元反応において、メディエーターとして機能する。メディエーターとして機能するとは、フラビン化合物が電子移動に与ることをいい、例えば電極を用いる系では、本発明のフラビン化合物は、GOD又はGDHから電子を受け取って還元型となり、電極に電子を渡して酸化型に戻る。このような観点から、本発明のフラビン化合物のことを電子移動媒介剤と呼ぶこともできる。本明細書においてこれらの用語は同義とする。
(Flavin compound and composition containing flavin compound)
In certain embodiments, the present invention provides flavin compounds. In another embodiment, the present invention provides a composition for measuring glucose containing a flavin compound. The flavin compound of the present invention functions as a mediator in a glucose redox reaction catalyzed by glucose oxidase or glucose dehydrogenase. To function as a mediator means that the flavin compound contributes to electron transfer. For example, in a system using an electrode, the flavin compound of the present invention receives an electron from GOD or GDH, becomes a reduced form, and transfers an electron to the electrode. Return to oxidized form. From this point of view, the flavin compound of the present invention can also be referred to as an electron transfer mediator. These terms are synonymous herein.

FAD依存性の、GODやGDHは、補酵素であるフラビン系化合物FADと共にホロ酵素を形成する。本明細書においてGODという場合、特に断らない限り、これはFAD依存性GODをいうものとする。本明細書においてGDHという場合、特に断らない限り、これはFAD依存性GDHをいうものとする。ホロ酵素においてFADは非共有結合により酵素と複合体を形成しており、通常、酵素中に埋没している。すなわちホロ酵素に含まれるFADは、溶液中に遊離していない。補酵素を有しないGODやGDHはアポ酵素と呼ばれグルコースに対する活性を示さない。本明細書において本発明のフラビン化合物というとき、これはホロ酵素中に含まれる補酵素を包含しないものとする。すなわち本発明のフラビン化合物は酵素から遊離している状態で存在する。特に断らない限り、本明細書において本発明のフラビン化合物というとき、これは遊離状態のフラビン化合物、遊離型のフラビン化合物をいうものとする。また、その裏返しとして、GODやGDHのホロ酵素中に含有される補酵素FADは、本明細書にいう「本発明のフラビン化合物」に該当しない。 FAD-dependent GOD and GDH form a holoenzyme together with the flavin-based compound FAD, which is a coenzyme. Unless otherwise specified, the term GOD as used herein refers to FAD-dependent GOD. Unless otherwise specified, the term GDH as used herein refers to FAD-dependent GDH. In holoenzyme, FAD forms a complex with the enzyme by non-covalent bond and is usually buried in the enzyme. That is, the FAD contained in the holoenzyme is not released in the solution. GOD and GDH without coenzymes are called apoenzymes and do not show activity against glucose. As used herein, the flavin compound of the present invention does not include the coenzyme contained in the holoenzyme. That is, the flavin compound of the present invention exists in a state of being free from the enzyme. Unless otherwise specified, the flavin compound of the present invention is referred to as a free flavin compound or a free flavin compound. On the flip side, the coenzyme FAD contained in the holoenzymes of GOD and GDH does not fall under the "flavin compound of the present invention" as used herein.

なお、ある実施形態において、本発明のフラビン化合物は、電極表面など固相中に固定化して使用することができる。このような場合にも、当該固定化されたフラビン化合物は、ホロ酵素中に含まれておらず、GODやGDH酵素と独立して存在する。したがって、このような固定化されたフラビン化合物も、便宜上、本明細書において、「遊離型のフラビン化合物」との用語に包含されるものとする。また、このようなGODやGDH酵素と独立して存在するフラビン化合物を、非酵素型フラビン化合物、非酵素結合型フラビン化合物、ということがある。非酵素型フラビン化合物や非酵素結合型フラビン化合物もまた、固相中に固定化されていてもよい。 In a certain embodiment, the flavin compound of the present invention can be used by being immobilized in a solid phase such as an electrode surface. Even in such a case, the immobilized flavin compound is not contained in the holoenzyme and exists independently of the GOD and GDH enzymes. Therefore, such an immobilized flavin compound is also included in the present specification by the term "free flavin compound" for convenience. Further, such flavin compounds existing independently of GOD and GDH enzymes may be referred to as non-enzyme type flavin compounds and non-enzyme-bound flavin compounds. Non-enzyme-type flavin compounds and non-enzyme-bound flavin compounds may also be immobilized in the solid phase.

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物は下記の一般式Iの化合物でありうる:

Figure 0007032906000007
[式中、Rは存在しないか又は-CH、若しくは
Figure 0007032906000008
であり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しておりかつRはHであり、
は存在しないか、又はHであり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しており、
は、H、リン酸基、又は
Figure 0007032906000009
である]。 In certain embodiments, the flavin compounds of the invention can be compounds of the following general formula I:
Figure 0007032906000007
[In the formula, R 1 does not exist or -CH 3 or
Figure 0007032906000008
In the absence of R 1 , the nitrogen atom depicted with R 1 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom and R 2 is H.
If R 2 is absent or H and R 2 is absent, the nitrogen atom depicted with R 2 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom.
R3 is H , a phosphate group, or
Figure 0007032906000009
Is].

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物はリボフラビン(RF)である(CAS 83-88-5)。

Figure 0007032906000010
In certain embodiments, the flavin compound of the invention is riboflavin (RF) (CAS 83-88-5).
Figure 0007032906000010

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物はフラビンモノヌクレオチド(FMN)である(CAS 146-17-8)。

Figure 0007032906000011
In certain embodiments, the flavin compound of the invention is a flavin mononucleotide (FMN) (CAS 146-17-8).
Figure 0007032906000011

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物はルミクロム(LC)である(CAS 1086-80-2)。

Figure 0007032906000012
In certain embodiments, the flavin compound of the invention is lumichrome (LC) (CAS 1086-80-2).
Figure 0007032906000012

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物はフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)である(CAS 146-14-5)。

Figure 0007032906000013
In certain embodiments, the flavin compound of the invention is flavin adenine dinucleotide (FAD) (CAS 146-14-5).
Figure 0007032906000013

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物はルミフラビン(LF)である(CAS 1088-56-8)。

Figure 0007032906000014
In certain embodiments, the flavin compound of the invention is lumiflavin (LF) (CAS 1088-56-8).
Figure 0007032906000014

フラビン化合物には、一般に、3種の酸化還元状態及び3種のイオン化状態があることが知られている。上記の化学式では、本発明のフラビン化合物を、中性型で酸化型の形態で記載した。しかしながらこの形態のみならず、本発明のフラビン化合物は、酸化型(キノン型)、セミキノン型、又は還元型(ヒドロキノン型)であり得る。また、本発明のフラビン化合物は、中性型、又はアニオン型でありうる。便宜上、本発明のフラビン化合物、例えば上記化学式で表される本発明のフラビン化合物という場合、これは、中性型、又はアニオン型の、酸化型、セミキノン型、又は還元型の形態のものを包含するものとする。例えば、測定系に、本発明のフラビン化合物として中性型で酸化型の化合物を添加した後、溶液のpHやプロトン授受によりそれが酸化型でアニオン型の化合物に変化することがあり得るが、そのような化合物も本発明のフラビン化合物に包含されるものとする。 It is generally known that flavin compounds have three types of redox states and three types of ionization states. In the above chemical formula, the flavin compound of the present invention is described in a neutral and oxidized form. However, not only in this form, the flavin compound of the present invention can be an oxidized type (quinone type), a semi-quinone type, or a reduced type (hydroquinone type). Further, the flavin compound of the present invention may be a neutral type or an anion type. For convenience, the flavin compounds of the invention, eg, the flavin compounds of the invention represented by the above chemical formulas, include neutral or anionic, oxidized, semiquinone or reduced forms. It shall be. For example, after adding a neutral and oxidized compound as the flavin compound of the present invention to the measurement system, it may be changed to an oxidized and anionic compound by the pH of the solution or proton transfer. Such compounds are also included in the flavin compounds of the present invention.

本発明のフラビン化合物は、人工合成してもよく、天然物を取得してもよい。また市販されているものであってもよい。 The flavin compound of the present invention may be artificially synthesized or a natural product may be obtained. It may also be commercially available.

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物は、グルコースデヒドロゲナーゼと共に使用しうる(FAD依存性GDH)。別の実施形態において、本発明のフラビン化合物は、グルコースオキシダーゼと共に使用しうる(FAD依存性GOD)。別の実施形態において、本発明のフラビン化合物を含む組成物は、グルコースデヒドロゲナーゼ又はグルコースオキシダーゼをさらに含む。GDH又はGODは溶液中に遊離していてもよく、固相に固定化された状態でもよい。GDH又はGODは、単独で存在してもよく、別の化合物やタンパク質、例えば酵素や抗体に連結されたものでもよい。 In certain embodiments, the flavin compounds of the invention can be used with glucose dehydrogenase (FAD-dependent GDH). In another embodiment, the flavin compounds of the invention can be used with glucose oxidase (FAD-dependent GOD). In another embodiment, the composition comprising the flavin compound of the present invention further comprises glucose dehydrogenase or glucose oxidase. GDH or GOD may be free in the solution or may be immobilized on a solid phase. GDH or GOD may be present alone or linked to another compound or protein, such as an enzyme or antibody.

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物を含む組成物は、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを含まない、
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる非水溶性の電子メディエーターを含まない、又は
(iii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上の電子メディエーターを含まない。ある実施形態において、本発明の電極及び本発明のセンサーについても同様である。なお、本明細書では特に断らない限り、酸化還元電位は、銀塩化銀電極を基準としたものとする。
In certain embodiments, the composition comprising the flavin compound of the present invention is:
(i) does not contain an externally added artificial electron mediator that can alone receive electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
(ii) Excludes externally added, water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone, or
(iii) It does not contain an electron mediator having an oxidation-reduction potential of 0.3 V or more, which is externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase. The same applies to the electrodes of the present invention and the sensors of the present invention in certain embodiments. Unless otherwise specified in the present specification, the redox potential is based on the silver-silver chloride electrode.

また、ある実施形態において、本発明のフラビン化合物を用いたグルコースの電気化学的測定方法及び発電方法は、
(i) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを外部から添加しない、
(ii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる非水溶性の電子メディエーターを外部から添加しない、又は
(iii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上の電子メディエーターを外部から添加しない。なおここでいう外部から添加とは、測定直前や測定中の添加も、測定試薬調製における添加も包含する。
Further, in a certain embodiment, the method for electrochemically measuring glucose and the method for generating electricity using the flavin compound of the present invention are used.
(i) No external addition of artificial electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone.
(ii) No external addition of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone, or
(iii) No external electron mediator having a redox potential of 0.3 V or higher, which can receive electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone, is not added. The term “external addition” as used herein includes addition immediately before and during measurement, and addition in preparation of measurement reagents.

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物を含む組成物、電極、及びセンサーは、外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.3V以上、0.2V以上、0.1V以上、または0V以上、0.8V以下、0.7V以下、0.6V以下の電子メディエーターを含まない。別の実施形態では、本発明のフラビン化合物を含む組成物、電極、及びセンサーは、外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0~0.8V、0~0.7V、0~0.6V、0.1~0.7V、0.2~0.6V、0.3~0.8V、0.3~0.7V、0.3~0.6Vの電子メディエーターを含まない。ある実施形態において本発明のフラビン化合物を用いる方法についても同様にこれらは除外される。 In certain embodiments, the compositions, electrodes, and sensors containing the flavin compounds of the invention are externally added, redox, capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase. Does not include electron mediators with potentials of 0.3 V or higher, 0.2 V or higher, 0.1 V or higher, or 0 V or higher, 0.8 V or lower, 0.7 V or lower, and 0.6 V or lower. In another embodiment, the composition, electrode, and sensor containing the flavin compound of the present invention are externally added and can receive electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, oxidation. The reduction potential is 0 to 0.8V, 0 to 0.7V, 0 to 0.6V, 0.1 to 0.7V, 0.2 to 0.6V, 0.3 to 0.8V, 0.3 to 0. Does not contain 0.7V, 0.3-0.6V electronic mediators. Similarly, the methods using the flavin compounds of the present invention in certain embodiments are excluded.

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物を含む組成物、電極、及びセンサーは、外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まない。非水溶性の電子メディエーターとしては、フェロセン、非水溶性のキノン類、例えばフェナントロリンキノン、非水溶性のフェナジン類、例えばフェナジン、非水溶性のビオロゲン類、非水溶性のチオレドキシン類、非水溶性のフェノキサジン類、非水溶性のフェノチアジン類、非水溶性のフェレドキシン類、及び非水溶性のフェロセン誘導体等が挙げられるがこれに限らない。ある実施形態において本発明のフラビン化合物を用いる方法についても同様にこれらは除外される。 In certain embodiments, the compositions, electrodes, and sensors containing the flavin compounds of the invention are water-insoluble, externally added, capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase. Does not include sex electronic mediators. Water-insoluble electronic mediators include ferrocene, water-insoluble quinones such as phenanthroline quinones, water-insoluble phenazines such as phenazine, water-insoluble viologens, water-insoluble thioredoxins, and water-insoluble. Examples thereof include, but are not limited to, phenoxazines, water-insoluble phenothiazines, water-insoluble ferredoxins, and water-insoluble ferrocene derivatives. Similarly, the methods using the flavin compounds of the present invention in certain embodiments are excluded.

ある実施形態において、本発明のフラビン化合物を含む組成物、電極、及びセンサーは、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる従来の人工電子メディエーターを含まない。ある実施形態において、本発明のフラビン化合物を用いる方法についても同様にこれらは除外される。単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる従来の人工電子メディエーターとしては、系に人工的に外部から添加される、フェリシアン化カリウム、キノン類、アントラキノン類、フェナジン類、ビオロゲン類、シトクロム類、チオレドキシン類、フェノキサジン類、フェノチアジン類、フェリシアン化物、例えばフェリシアン化カリウム、フェレドキシン類、フェロセンまたはフェロセン誘導体、オスミウム錯体、コバルト錯体、ルテニウム錯体、鉄錯体、バナジウム錯体などの金属錯体であって、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできるものが挙げられる。これらの化合物や誘導体は、スルホニル基、スルホ基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、イミノ基、ニトロ基、ニトロソ基、ヒドロキシ基、アルキル基(例えばC1~C16アルキル、例えばメチル基)、アルコキシル基、アシル基、シアノ基、ハロゲン基などの官能基を一又は複数、有しうる。具体的な電子メディエーター化合物としては、例えば1,1’-ジメチルフェロセン、フェロセンカルボン酸、フェロセンカルボキシアルデヒド、ベンゾキノン、ヒドロキノン、フェリシアン/フェロシアン化物(K若しくはNa塩、例えばフェリシアン化カリウム)、フェリシニウム/フェロセン、フェナジンメトサルフェート、1-メトキシ-5-メチルフェナジウムメチルサルフェイト、2,6-ジクロロフェノールインドフェノール、クロラニル(Chloranil)、ブロマニル(Bromanyl)、フェナントロリンキノン、アントラキノン、オクタシアノタングステン酸イオン、オクタシアノモリブデン酸イオン、[Ni(PQ3)]2+イオン、例えば[Ni(PQ3)]Cl2、[Ni(PQ)3]Br2、[Os(dmo)2(1-ビニルイミダゾール)X]X、[Os(dmo)2(1-ビニルイミダゾール)X]X2、[Os(dmo)2(イミダゾール)X]X、[Os(dmo)2(イミダゾール)X]X2、[Os(dmo)2(1-メチルイミダゾール)X]X2、及び[Os(dmo)2(メチルイミダゾール)X]X2(これらの化合物においてdmoは4,4′-ジメトキシ-2,2′-ビピリジンであり、Xはハロゲンである)であって、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできるもの等が挙げられる。 In certain embodiments, the compositions, electrodes, and sensors containing the flavin compounds of the invention alone do not include conventional artificial electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone. Similarly, in certain embodiments, the methods using the flavin compounds of the present invention are excluded. Conventional artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase include potassium ferricyanide, quinones, anthraquinones, and phenazines that are artificially added to the system from the outside. , Viologens, cytochromes, thioredoxins, phenoxazines, phenothiazines, ferricyanides such as potassium ferricyanide, ferredoxins, ferrocene or ferrocene derivatives, osmium complexes, cobalt complexes, ruthenium complexes, iron complexes, vanadium complexes and the like. Examples thereof include complexes that can independently receive electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase. These compounds and derivatives include a sulfonyl group, a sulfo group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an imino group, a nitro group, a nitroso group, a hydroxy group, an alkyl group (for example, C1-C16 alkyl, for example, a methyl group), and an alkoxyl group. , It may have one or more functional groups such as an acyl group, a cyano group and a halogen group. Specific examples of the electron mediator compound include 1,1'-dimethylferrocene, ferrocenecarboxylic acid, ferrocenecarboxyaldehyde, benzoquinone, hydroquinone, ferricyan / ferrocyanide (K or Na salt, for example, potassium ferricyanide), and ferricinium / ferrocene. , Phenazine methsulfate, 1-methoxy-5-methylphenadium methylsulfate, 2,6-dichlorophenol indophenol, chloranil, Bromanyl, phenanthrolinquinone, anthraquinone, octacyanotantistate ion, octacyano Molybdenate ion, [Ni (PQ 3 )] 2+ ion, eg [Ni (PQ 3 )] Cl 2 , [Ni (PQ) 3 ] Br 2 , [Os (dmo) 2 (1-vinylimidazole) X] X, [Os (dmo) 2 (1-vinylimidazole) X] X 2 , [Os (dmo) 2 (imidazole) X] X, [Os (dmo) 2 (imidazole) X] X 2 , [Os (dmo) ) 2 (1-methylimidazole) X] X 2 and [Os (dmo) 2 (methylimidazole) X] X 2 (dmo in these compounds is 4,4'-dimethoxy-2,2'-bipyridine. , X is a halogen), and examples thereof include those capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone.

ある実施形態において、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターは、フェリシアン化カリウム、フェロセン、[Ni(PQ3)]Cl2、及び[Ni(PQ)3]Br2である。したがって、ある実施形態において、本発明のフラビン化合物を含む組成物、電極、及びセンサーは、フェリシアン化カリウム、フェロセン、[Ni(PQ3)]Cl2、及び[Ni(PQ)3]Br2を含まない。またある実施形態において、本発明の方法ではこれらは添加されない。 In certain embodiments, artificial electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone are potassium ferricyanide, ferrocene, [Ni (PQ 3 )] Cl 2 , and [Ni (PQ 3)]. ) 3 ] Br 2 . Thus, in certain embodiments, the composition, electrode, and sensor containing the flavin compound of the invention comprises potassium ferricyanide, ferrocene, [Ni (PQ 3 )] Cl 2 , and [Ni (PQ) 3 ] Br 2 . do not have. Also, in certain embodiments, they are not added by the method of the invention.

ルテニウム錯体を単独の電子メディエーターとした場合、所定の電位を印加しても、FAD依存性GDHはルテニウム錯体から電子を受け取らないことが知られている。一方で、ルテニウム錯体及びFAD依存性GDHを含む系に1-mPMSを添加すると、所定の電位を印加した場合、ルテニウム錯体が電子を受け取ることができるようになることが知られている(特開2013-083634参照)。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、ルテニウム錯体とFAD依存性GDH間における相互作用により、GDHに含有されているFADに、ルテニウム錯体が電子を受け取ることができる程度に十分に近接することができないと考えられる。そのため、ルテニウム錯体を単独の電子メディエーターとしてFAD依存性GDHと共に使用した場合、所定の電位を印加しても応答電流が観測されないものと考えられる。他方で、この系に単独で電子をFAD依存性GDHから直接受け取ることのできる別の人工電子メディエーターである1-mPMSが存在すると、まず、1-mPMSがFAD依存性GDHから電子を受け取り、次いでルテニウム錯体に電子を受け渡すと考えられる。このとき、単独の電子メディエーターとしてのルテニウム錯体及びFAD依存性GDHを含む系にあっては、ルテニウム錯体は、本明細書にいう「単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーター」に該当しない。しかしながら、系に1-mPMSがさらに存在するとルテニウム錯体は電子を受け取ることができるようになる。そのため、電子メディエーターとして1-mPMS及びルテニウム錯体を含み、FAD依存性GDHを含む系にあっては、1-mPMS及びルテニウム錯体の組み合わせは、電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることができる。このとき、1-mPMSの代わりに本発明のフラビン化合物を用いると、FAD依存性GDHから溶液中に存在する遊離型のフラビン化合物が電子を受け取り、次いで該フラビン化合物が該電子をルテニウム錯体に受け渡すことができるようになると考えられる。ある実施形態において、本発明は、このような電子メディエーターと本発明のフラビン化合物の組み合わせを含む。すなわち、ある実施形態において、本発明のグルコース測定用組成物は、遊離型のフラビン化合物を含み、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含み、単独では電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることができないが、本発明のフラビン化合物との共存下では、本発明のフラビン化合物から電子を受け取ることのできるルテニウム錯体、例えばヘキサアンミンルテニウムを含む。また、逆にいうと、このような電子メディエーターと本発明のフラビン化合物の組み合わせは本発明から除外されない。したがって、本発明の組成物からは、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターは除かれるが、FAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから電子を受け取った遊離型の本発明のフラビン化合物から電子をさらに受け取ることのできる従来の人工電子メディエーターは除かれない(本発明に含まれる)。別の言い方をすると、本発明の組成物からは、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから直接受け取ることのできる人工電子メディエーターは除かれる。本発明の電極、センサー、方法についても同様である。 It is known that when the ruthenium complex is used as a single electron mediator, the FAD-dependent GDH does not receive electrons from the ruthenium complex even when a predetermined potential is applied. On the other hand, it is known that when 1-mPMS is added to a system containing a ruthenium complex and a FAD-dependent GDH, the ruthenium complex can receive electrons when a predetermined potential is applied (Japanese Patent Laid-Open No. See 2013-083634). Although not bound by any particular theory, the interaction between the ruthenium complex and the FAD-dependent GDH is sufficient to allow the ruthenium complex to receive electrons in the FAD contained in the GDH. It is considered that they cannot be in close proximity. Therefore, when the ruthenium complex is used together with FAD-dependent GDH as a single electron mediator, it is considered that no response current is observed even if a predetermined potential is applied. On the other hand, if there is another artificial electron mediator 1-mPMS in this system that can alone receive electrons directly from FAD-dependent GDH, then 1-mPMS first receives electrons from FAD-dependent GDH and then It is thought that electrons are transferred to the ruthenium complex. At this time, in a system containing a ruthenium complex as a single electron mediator and a FAD-dependent GDH, the ruthenium complex refers to "alone electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase" as used herein. It does not fall under the category of "artificial electronic mediators that can be received". However, the additional presence of 1-mPMS in the system allows the ruthenium complex to receive electrons. Therefore, in a system containing 1-mPMS and a ruthenium complex as an electron mediator and containing a FAD-dependent GDH, the combination of 1-mPMS and a ruthenium complex can transfer electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase. You can receive it. At this time, when the flavin compound of the present invention is used instead of 1-mPMS, the free flavin compound present in the solution receives an electron from the FAD-dependent GDH, and then the flavin compound receives the electron in the ruthenium complex. It is thought that it will be possible to pass it. In certain embodiments, the invention includes a combination of such an electron mediator and a flavin compound of the invention. That is, in certain embodiments, the composition for measuring glucose of the present invention contains a free flavin compound, contains purified FAD-dependent glucose oxidase or purified FAD-dependent glucose dehydrogenase, and alone FAD electrons. It comprises a ruthenium complex that cannot be received from dependent glucose oxidase or FAD dependent glucose dehydrogenase, but is capable of receiving electrons from the flavin compounds of the invention in the coexistence with the flavin compounds of the invention, such as hexaammine ruthenium. Conversely, such a combination of an electron mediator and a flavin compound of the present invention is not excluded from the present invention. Thus, the compositions of the invention exclude artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, but from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase. Conventional artificial electron mediators capable of further receiving electrons from the free flavin compound of the present invention that has received the electrons are not excluded (included in the present invention). In other words, the compositions of the invention exclude artificial electron mediators that can alone receive electrons directly from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase. The same applies to the electrodes, sensors, and methods of the present invention.

なお、上記において、組成物または測定系に外部から添加される、とは、グルコース濃度測定において、応答電流に影響を及ぼしうる濃度での添加をいう(グルコース測定上有効な量での添加)。例えばグルコース濃度測定において、応答電流に影響を及ぼさない程度の微少量の人工電子メディエーターを外部から本発明の組成物に添加したとしても、それは本発明の組成物を用いたグルコース濃度測定に何ら影響を及ぼすものではなく、したがって本発明に包含される。また、本発明の組成物が、外部添加される人工電子メディエーターを含まない、とは、外部添加される人工電子メディエーターを実質的に含まないことを意味し、すなわち、応答電流に影響を及ぼさない程度の微少量の人工電子メディエーターを含んでもよいが、応答電流に影響を及す実質的な量の人工電子メディエーターは含まないことをいう。したがってある実施形態において、応答電流に影響を及す実質的な量の単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを含む組成物は本発明から除かれる。また、人体に関連するグルコース濃度測定において、人体に悪影響を及ぼさず許容される量であって、応答電流に影響を及ぼさない程度のごく微少量の単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを外部から本発明の組成物に添加したとしても、それは本発明の組成物を用いたグルコース濃度測定に何ら影響を及ぼすものではなく、したがって本発明に包含される。本発明の電極、センサー、及び方法についても同様である。 In the above, "added to the composition or the measuring system from the outside" means addition at a concentration that can affect the response current in the glucose concentration measurement (addition in an amount effective for glucose measurement). For example, in glucose concentration measurement, even if a very small amount of artificial electron mediator that does not affect the response current is externally added to the composition of the present invention, it has no effect on the glucose concentration measurement using the composition of the present invention. And therefore is included in the present invention. Further, the fact that the composition of the present invention does not contain an externally added artificial electron mediator means that the composition does not contain an externally added artificial electron mediator, that is, it does not affect the response current. It may contain a small amount of artificial electron mediator, but does not contain a substantial amount of artificial electron mediator that affects the response current. Thus, in certain embodiments, compositions comprising an artificial electron mediator capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone in a substantial amount affecting the response current are excluded from the invention. Be taken. In addition, in the measurement of glucose concentration related to the human body, a very small amount of electrons that are acceptable without adversely affecting the human body and do not affect the response current alone are FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent. Even if an artificial electron mediator that can be received from sex glucose dehydrogenase is added to the composition of the present invention from the outside, it does not affect the measurement of glucose concentration using the composition of the present invention, and therefore, the present invention has no effect. Be included. The same applies to the electrodes, sensors, and methods of the present invention.

本発明者は、以前にFAD依存性GDHをシトクロムと連結した融合タンパク質について報告した(国際公開第2017/094776号)。当該文献では融合タンパク質は、Cytb-GDHやGDH-Cytbと表記されている。ある実施形態では、FAD依存性GDHとしてこのような融合タンパク質を使用しうる。このとき、融合タンパク質(Cytb-GDH等)に包含されるシトクロム部分は、融合タンパク質の一部であって、本明細書にいう、外部から添加されるシトクロムに該当しない。したがってある実施形態では、遊離型のフラビン化合物を含み、精製されたグルコースデヒドロゲナーゼ-シトクロム融合タンパク質を含む、グルコース測定用組成物が提供され、ただし、この組成物は外部から添加されるシトクロムを含まない。 The present inventor previously reported on a fusion protein in which FAD-dependent GDH was linked to cytochrome (International Publication No. 2017/094776). In this document, fusion proteins are referred to as Cytb-GDH and GDH-Cytb. In certain embodiments, such fusion proteins can be used as FAD-dependent GDH. At this time, the cytochrome moiety included in the fusion protein (Cytb-GDH or the like) is a part of the fusion protein and does not correspond to the cytochrome added from the outside as referred to in the present specification. Thus, in certain embodiments, a glucose measurement composition comprising a free flavin compound and a purified glucose dehydrogenase-cytochrome fusion protein is provided, provided that the composition does not contain externally added cytochromes. ..

(GDH又はGODの固定化方法)
GDHやGODは任意の公知の方法により固相に固定化されうる。例えばGDHやGODをビーズや膜、電極表面に固定化してもよい。固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどがあり、ポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。典型的には、グルタルアルデヒドを用いてGOD又はGDHをカーボン電極上に固定化した後、アミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドをブロッキングする。固定化するGDHやGODの量は、電気化学的測定或いは燃料電池発電に必要な電流を生じうる量とすることができ、適宜決定しうる。
(Method of immobilizing GDH or GOD)
GDH and GOD can be immobilized on the solid phase by any known method. For example, GDH or GOD may be immobilized on a bead, a film, or an electrode surface. Immobilization methods include a method using a cross-linking reagent, a method of encapsulating in a polymer matrix, a method of coating with a dialysis membrane, a photocrosslinkable polymer, a conductive polymer, a redox polymer, etc. It may be adsorbed and fixed on the top, or these may be used in combination. Typically, GOD or GDH is immobilized on a carbon electrode with glutaraldehyde and then treated with a reagent having an amine group to block glutaraldehyde. The amount of GDH or GOD to be immobilized can be an amount capable of generating a current required for electrochemical measurement or fuel cell power generation, and can be appropriately determined.

(本発明のフラビン化合物の固定化方法)
ある実施形態において、本発明のフラビン化合物は、溶液中に単独で存在していてもよく、また、ビーズや膜、電極表面等の固相に固定化されていてもよい。固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどがあり、ポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。固定化するフラビン化合物の量は、電気化学的測定或いは燃料電池発電に必要な電流を生じうる量とすることができ、適宜決定しうる。
(Method for immobilizing flavin compound of the present invention)
In certain embodiments, the flavin compound of the present invention may be present alone in a solution, or may be immobilized on a solid phase such as a bead, a film, or an electrode surface. Immobilization methods include a method using a cross-linking reagent, a method of encapsulating in a polymer matrix, a method of coating with a dialysis membrane, a photocrosslinkable polymer, a conductive polymer, a redox polymer, etc. It may be adsorbed and fixed on the top, or these may be used in combination. The amount of the flavin compound to be immobilized can be an amount that can generate a current required for electrochemical measurement or fuel cell power generation, and can be appropriately determined.

ある実施形態では、本発明のフラビン化合物が固定化され、さらにGDH又はGODが固定化されていてもよい。この場合、これらは同一又は異なる方法により固定化されていてもよい。 In certain embodiments, the flavin compounds of the invention may be immobilized and further GDH or GOD may be immobilized. In this case, they may be immobilized by the same or different methods.

試料溶液に添加する本発明のフラビン化合物の終濃度は特に限定されず、例えば、0.01~200mM、0.02~150mM、0.03~100mM、0.04~80mM、0.05~60mM、0.06~50mM、0.08~40mM、0.1mM~30mM、0.15~20mM、0.2~10mM、0.3~5mM、0.4~3mM、例えば0.05~10mMの範囲であり得る。試料溶液に添加する本発明のフラビン化合物の終濃度は特に限定されず、例えば0.001~5%(w/v)、0.003~3%(w/v)、0.005~1%(w/v)、0.01~0.5%(w/v)、0.02~0.3%(w/v)、0.03~0.1%(w/v)であり得る。なお、フラビン化合物と他の酵素や試薬との添加順序は制限されず、同時でも逐次添加でもよい。 The final concentration of the flavin compound of the present invention added to the sample solution is not particularly limited, and is, for example, 0.01 to 200 mM, 0.02 to 150 mM, 0.03 to 100 mM, 0.04 to 80 mM, 0.05 to 60 mM. , 0.06 to 50 mM, 0.08 to 40 mM, 0.1 mM to 30 mM, 0.15 to 20 mM, 0.2 to 10 mM, 0.3 to 5 mM, 0.4 to 3 mM, for example 0.05 to 10 mM. It can be a range. The final concentration of the flavin compound of the present invention added to the sample solution is not particularly limited, and is, for example, 0.001 to 5% (w / v), 0.003 to 3% (w / v), 0.005 to 1%. (W / v), 0.01 to 0.5% (w / v), 0.02 to 0.3% (w / v), 0.03 to 0.1% (w / v). .. The order of addition of the flavin compound and other enzymes or reagents is not limited, and the flavin compound may be added simultaneously or sequentially.

フラビン化合物をGODと共に使用する場合、試料に含まれる又は試料中に生成すると推定される還元型のメディエーターの濃度範囲に対応して、電気化学的測定用試薬の各成分の濃度を調節することができる。 When the flavin compound is used with GOD, the concentration of each component of the electrochemical measurement reagent can be adjusted according to the concentration range of the reduced mediator contained in the sample or estimated to be produced in the sample. can.

特に断らない限り、本発明の組成物に含まれるグルコースデヒドロゲナーゼ又はグルコースオキシダーゼは、精製された酵素である。GOD又はGDHを含む細胞抽出物や細胞破砕液、粗酵素抽出液は、GODやGDH以外にも様々な夾雑物質を含む。例えば微生物では粗酵素抽出液中のリボフラビン量は約53~133μMとの報告がある(J Indust Micro Biotech 1999,22,pp.8-18)。このような粗酵素抽出液等は、そのまま電気化学的測定に供すると、夾雑物質が電子を受け取るなどして電極への電子の授受が妨害されるため、粗酵素抽出液において、このリボフラビン濃度では正確な電気化学的測定は困難である。そこで本発明の電気化学的グルコース測定法では、夾雑物質が除去されたGOD又はGDHを使用する。本明細書においてGOD又はGDHが精製されている、又は精製酵素である、とは、必ずしもタンパク質が純品である必要はなく、グルコースの電気化学的測定が可能な程度に酵素標品から夾雑物質が除去されていることをいう。 Unless otherwise specified, the glucose dehydrogenase or glucose oxidase contained in the composition of the present invention is a purified enzyme. The cell extract containing GOD or GDH, the cell disruption solution, and the crude enzyme extract contain various contaminants other than GOD and GDH. For example, in the case of microorganisms, it has been reported that the amount of riboflavin in the crude enzyme extract is about 53 to 133 μM (J Indust Micro Biotech 1999, 22, pp. 8-18). If such a crude enzyme extract or the like is subjected to electrochemical measurement as it is, the transfer of electrons to the electrode is hindered by the contaminating substance receiving electrons, so that the riboflavin concentration in the crude enzyme extract is used. Accurate electrochemical measurements are difficult. Therefore, in the electrochemical glucose measurement method of the present invention, GOD or GDH from which contaminants have been removed is used. As used herein, GOD or GDH is purified or is a purified enzyme, which means that the protein does not necessarily have to be a pure product, and is a contaminant from the enzyme preparation to the extent that an electrochemical measurement of glucose is possible. Is removed.

(グルコースデヒドロゲナーゼ)
グルコースデヒドロゲナーゼは天然に広く存在し、微生物や動植物起源の酵素を探索することにより得ることができる。微生物においては、例えば、糸状菌、酵母または細菌等から得ることができる。本発明のグルコースデヒドロゲナーゼは例えば、ケカビ亜門、ケカビ綱、ケカビ目、ケカビ科に分類される微生物、例えばムコール(Mucor)属、アブシジア(Absidia)属、アクチノムコール(Actinomucor)属、カラクサケカビ(Circinella)属などの生物種に由来するGDHまたはその改変体であり得る。
(Glucose dehydrogenase)
Glucose dehydrogenase is widespread in nature and can be obtained by searching for enzymes of microbial and animal and plant origin. In the case of microorganisms, it can be obtained from, for example, filamentous fungi, yeast, bacteria and the like. The glucose dehydrogenase of the present invention is, for example, a microorganism classified into the subphylum Mucor, Mucorales, Mucorales, Mucoraceae, for example, Mucor, Absidia, Actinomucor, Circinella. It can be GDH or a variant thereof derived from a species such as a genus.

ムコール(Mucor)属の微生物としては、ムコール・プライニ(Mucor prainii)、ムコール・シルシネロイデス(Mucor circinelloides)、ムコール・ヒエマリス(Mucor hiemalis)、ムコール・サブチリスマス(Mucor subtilissimus)、ムコール・ギリエルモンディ(Mucor guilliermondii)、ムコール・ジャバニカス(Mucor javanicus)、ムコール・ダイモルフォスポラス(Mucor dimorphosporus)が挙げられる。Absidia属の微生物としては、アブシジア・シリンドロスポラ(Absidia cylindrospora)、アブシジア・ヒアロスポラ(Absidia hyalospora)を挙げることができる。Actinomucor属微生物としては、アクチノムコール・エレガンス(Actinomucor elegans)を挙げることができる。カラクサケカビ(Circinella)属の微生物としては、シルシネラ・シンプレックス(Circinella simplex)、シルシネラ属種(Circinella sp.)、シルシネラ・アンガレンシス(Circinella angarensis)、シルシネラ・シネンシス(Circinella chinensis)、シルシネラ・ラクリミスポラ(Circinella lacrymispora)、シルシネラ・マイナー(Circinella minor)、シルシネラ・ムコロイデス(Circinella mucoroides)、シルシネラ・リジダ(Circinella rigida)、シルシネラ・アンベラータ(Circinella umbellata)及びシルシネラ・ムスカエ(Circinella muscae)を挙げることができる。ある実施形態において、GDHはAspergillus oryzae由来のものでありうる。ある実施形態において、GDHはBBI社の製品コードGLD1のGDHでありうる(Aspergillus oryzae由来)。ある実施形態においてGDHはAspergillus terreus由来GDHでありうる(特許第5020070号参照)。 Microorganisms of the genus Mucor include Mucor plainii, Mucor cilcinelloides, Mucor hiemalis, Mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor mucor ), Mucor javanicus, Mucor dimorphosporus, and the like. Examples of the microorganism belonging to the genus Absidia include Absidia cylindrospora and Absidia hyalospora. Examples of Actinomucor microorganisms include Actinomucor elegance. Circinella genus Circinella includes circinella simplex, circinella sp., circinella angalensis, circinella angalensis, circinella cinella cinella cinella cinella , Circinella minor, Circinella mucoroides, Circinella rigida, Circinella circinella can be circinella circinella and circinella circinella. In certain embodiments, GDH can be derived from Aspergillus oryzae. In certain embodiments, GDH can be GDH of BBI product code GLD1 (derived from Aspergillus oryzae). In certain embodiments, the GDH can be an Aspergillus terreus-derived GDH (see Patent No. 5020070).

(グルコースオキシダーゼ)
グルコースオキシダーゼは天然に広く存在し、微生物や動植物起源の酵素を探索することにより得ることができる。微生物においては、例えば、糸状菌、酵母または細菌等から得ることができる。本発明のグルコースオキシダーゼは例えば、アスペルギルス属、ペニシリウム属、ミツバチ(Apis)属、ムコール属、フザリウム属、ストレプトマイセス属、タラロマイセス属などの生物種に由来するGODまたはその改変体であり得る。ある実施形態において、GODは東洋紡社のカタログ番号GLO-201のものでありうる(アスペルギルス属由来)。なお、GLO-201の製品カタログの構造(Structure)の欄には、2モルのFADを伴った糖タンパク質(Glycoprotein with 2 moles of FAD)とあり、これはホロ酵素である。
(Glucose oxidase)
Glucose oxidase is widespread in nature and can be obtained by searching for enzymes of microbial and animal-plant origin. In the case of microorganisms, it can be obtained from, for example, filamentous fungi, yeast, bacteria and the like. The glucose oxidase of the present invention can be, for example, a GOD derived from a species such as Aspergillus, Penicillium, Apis, Mucor, Fuzarium, Streptomyces, Talaromyces, or a variant thereof. In certain embodiments, the GOD can be of Toyobo's catalog number GLO-201 (derived from the genus Aspergillus). In addition, in the column of the structure (Structure) of the product catalog of GLO-201, there is a glycoprotein (Glycoprotein with 2 moles of FAD) with 2 moles of FAD, which is a holoenzyme.

(GOD又はGDH遺伝子)
GOD又はGDHをコードする遺伝子を得るには、通常一般的に用いられている遺伝子のクローニング方法が用いられる。例えば、GOD又はGDH生産能を有する微生物菌体や種々の細胞から常法、例えば、Current Protocols in Molecular Biology(WILEY Interscience,1989)記載の方法により、染色体DNAまたはmRNAを抽出することができる。さらにmRNAを鋳型としてcDNAを合成することができる。このようにして得られた染色体DNAまたはcDNAを用いて、染色体DNAまたはcDNAのライブラリーを作製することができる。
(GOD or GDH gene)
To obtain a gene encoding GOD or GDH, a commonly used gene cloning method is usually used. For example, chromosomal DNA or mRNA can be extracted from microbial cells or various cells capable of producing GOD or GDH by a conventional method, for example, by the method described in Current Protocols in Molecular Biology (WILEY Interscience, 1989). Furthermore, cDNA can be synthesized using mRNA as a template. Using the chromosomal DNA or cDNA thus obtained, a library of chromosomal DNA or cDNA can be prepared.

次いで、GOD又はGDHのアミノ酸配列に基づき、適当なプローブDNAを合成し、これを用いて染色体DNAまたはcDNAのライブラリーからGDH遺伝子を選抜する方法、あるいは、アミノ酸配列に基づき、適当なプライマーDNAを作製して、5’RACE法や3’RACE法などの適当なポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)により、目的の遺伝子断片を含むDNAを増幅させ、これらのDNA断片を連結させて、目的遺伝子の全長を含むDNAを得ることができる。 Then, a method of synthesizing an appropriate probe DNA based on the amino acid sequence of GOD or GDH and selecting the GDH gene from a library of chromosomal DNA or cDNA using this, or an appropriate primer DNA based on the amino acid sequence. The DNA containing the target gene fragment is amplified by an appropriate polymerase chain reaction (PCR method) such as the 5'RACE method or the 3'RACE method, and these DNA fragments are ligated to form the full length of the target gene. DNA containing the above can be obtained.

GDHをコードする遺伝子としては公知のあらゆる遺伝子が使用可能であり、例えばMucor属由来のGDH遺伝子(特許第4648993号に記載のもの)が挙げられる。この遺伝子を改変したものを用いてもよく、例えば国際公開第2012/169512号及び国際公開第2015/099112号に記載の改変遺伝子などが挙げられる。また特許第4648993号に記載のMucor prainii由来のGDH(MpGDHともいう)にT387A/I545T変異を導入した変異体を用いてもよい。またGDHをコードする遺伝子の例として、Aspergillus terreus由来のGDH遺伝子(AtGLD)が挙げられる(特許第5020070号)。 Any known gene can be used as the gene encoding GDH, and examples thereof include the GDH gene derived from the genus Mucor (described in Japanese Patent No. 4648993). A modified version of this gene may be used, and examples thereof include the modified genes described in International Publication No. 2012/169512 and International Publication No. 2015/099112. Further, a variant in which the T387A / I545T mutation is introduced into GDH (also referred to as MpGDH) derived from Mucor plainii described in Japanese Patent No. 4648993 may be used. Further, as an example of the gene encoding GDH, the GDH gene (AtGLD) derived from Aspergillus terreus can be mentioned (Patent No. 5020070).

GODをコードする遺伝子としては公知のあらゆる遺伝子が使用可能であり、例えばアスペルギルス属由来のGOD遺伝子が挙げられる。遺伝子は改変されたものでもよい。 Any known gene can be used as the gene encoding GOD, and examples thereof include the GOD gene derived from the genus Aspergillus. The gene may be modified.

これらの遺伝子は、各種ベクターに連結または挿入してもよく、染色体やゲノムに組み入れてもよい。ベクターを用いる場合、ベクターへのクローニングには、TA Cloning Kit(インビトロジェン社)やIn-Fusion HD Cloning Kit(クロンテック社)などの市販のキット;pUC119(タカラバイオ社)、pUC18(タカラバイオ社)、pBR322(タカラバイオ社)、pBluescript SK+(ストラタジーン社)、pYES2/CT(インビトロジェン社)などの市販のプラスミドベクターDNA;λEMBL3(ストラタジーン社)などの市販のバクテリオファージベクターDNAが使用できる。該組換え体DNAを用いて、宿主生物、例えば、大腸菌(Escherichia coli)、好ましくは大腸菌JM109株(タカラバイオ社)や大腸菌DH5α株(タカラバイオ社)を形質転換する。得られた形質転換体に含まれる組換え体DNAを、QIAGEN Plasmid Mini Kit(キアゲン社)などを用いて精製する。 These genes may be ligated or inserted into various vectors, or may be integrated into chromosomes or genomes. When using a vector, for cloning into the vector, commercially available kits such as TA Cloning Kit (Invitrogen) and In-Fusion HD Cloning Kit (Clontech); pUC119 (Takarabio), pUC18 (Takarabio), Commercially available plasmid vector DNAs such as pBR322 (TakaraBio), pBluescript SK + (Stratagene), pYES2 / CT (Invitrogen); and commercially available bacterial plunger vector DNAs such as λEMBL3 (Stratagene) can be used. The recombinant DNA is used to transform a host organism such as Escherichia coli, preferably Escherichia coli JM109 strain (Takara Bio Inc.) or Escherichia coli DH5α strain (Takara Bio Inc.). The recombinant DNA contained in the obtained transformant is purified using QIAGEN Plasmamid Mini Kit (Qiagen) or the like.

(GOD又はGDHの製造)
GOD又はGDHは、上述のように取得した形質転換細胞を培養し、前記細胞中に含まれるGOD又はGDH遺伝子を発現させ、次いで、前記培養物から発現タンパク質を単離することにより製造すればよい。
(Manufacturing of GOD or GDH)
GOD or GDH may be produced by culturing the transformed cells obtained as described above, expressing the GOD or GDH gene contained in the cells, and then isolating the expressed protein from the culture. ..

糸状菌を培養する通常の培地、すなわち炭素源、窒素源、無機物、その他の栄養素を適切な割合で含有するものであれば、合成培地及び天然培地のいずれでも使用できる。また、上記微生物宿主細胞を培養する培地としては、例えば、酵母エキス、トリプトン、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカーあるいは大豆若しくは小麦ふすまの浸出液等の1種以上の窒素源に、塩化ナトリウム、リン酸第1カリウム、リン酸第2カリウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化第2鉄、硫酸第2鉄あるいは硫酸マンガン等の無機塩類の1種以上を添加し、さらに必要により糖質原料、ビタミン等を適宜添加したものが用いられる。 Any of a synthetic medium and a natural medium can be used as long as it contains a normal medium for culturing filamentous fungi, that is, a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance, and other nutrients in an appropriate ratio. The medium for culturing the above-mentioned microbial host cells is, for example, yeast extract, tripton, peptone, meat extract, corn steep liquor, or one or more nitrogen sources such as soybean or wheat bran leachate, and sodium chloride and phosphoric acid. Add one or more of inorganic salts such as primary potassium, secondary potassium phosphate, magnesium sulfate, magnesium chloride, ferric chloride, ferrous sulfate or manganese sulfate, and if necessary, add sugar raw materials, vitamins, etc. Those added as appropriate are used.

培養条件は、当業者により通常知られる糸状菌の培養条件を採用すればよく、例えば、培地の初発pHは5~10に調整し、培養温度は20~40℃、培養時間は数時間~数日間、好ましくは1~7日間、より好ましくは2~5日間など、適宜設定することができる。培養手段は特に限定されず、通気撹拌深部培養、振盪培養、静地培養などを採用することができるが、溶存酸素が十分になるような条件で培養することが好ましい。例えば、アスペルギルス属微生物を培養する場合の培地及び培養条件の一例として、後述する実施例に記載があるDPY培地を用いた、30℃、160rpmでの3~5日間の振盪培養が挙げられる。微生物宿主細胞を培養する際は、10~42℃の培養温度、好ましくは25℃前後の培養温度で4~24時間、さらに好ましくは25℃前後の培養温度で4~8時間、通気攪拌深部培養、振盪培養、静置培養等により実施すればよい。 As the culturing conditions, the culturing conditions for filamentous fungi usually known by those skilled in the art may be adopted. For example, the initial pH of the medium is adjusted to 5 to 10, the culturing temperature is 20 to 40 ° C., and the culturing time is several hours to several hours. It can be appropriately set for days, preferably 1 to 7 days, more preferably 2 to 5 days, and the like. The culturing means is not particularly limited, and aeration-stirred deep culture, shaking culture, static culture and the like can be adopted, but culturing is preferably performed under conditions such that the dissolved oxygen is sufficient. For example, as an example of the medium and culture conditions for culturing Aspergillus microorganisms, shaking culture at 30 ° C. and 160 rpm for 3 to 5 days using the DPY medium described in Examples described later can be mentioned. When culturing microbial host cells, a deep culture with aeration stirring is performed at a culture temperature of 10 to 42 ° C., preferably a culture temperature of about 25 ° C. for 4 to 24 hours, and more preferably a culture temperature of about 25 ° C. for 4 to 8 hours. , Shaking culture, static culture, etc. may be carried out.

培養終了後、該培養物よりGOD又はGDHを採取する。これには、通常の公知の酵素採取手段を用いればよい。例えば、培地上清画分を回収するか、または、常法により菌体を、超音波破壊処理、磨砕処理等するか、又はリゾチーム等の溶菌酵素を用いて本酵素を抽出するか、又はトルエン等の存在下で振盪若しくは放置して溶菌を行わせ、本酵素を菌体外に排出させることができる。そして、この溶液を濾過、遠心分離等して固形部分を除去し、必要によりストレプトマイシン硫酸塩、プロタミン硫酸塩、若しくは硫酸マンガン等により核酸を除去したのち、これに硫安、アルコール、アセトン等を添加して分画し、沈澱物を採取し、GOD又はGDHの粗酵素を得る。 After the culture is completed, GOD or GDH is collected from the culture. For this, a usual known enzyme collecting means may be used. For example, the supernatant fraction of the medium is collected, the cells are subjected to ultrasonic destruction treatment, grinding treatment, etc. by a conventional method, or the enzyme is extracted using a lytic enzyme such as lysozyme. The enzyme can be excreted from the cells by shaking or leaving it to lyse in the presence of toluene or the like. Then, this solution is filtered, centrifuged, etc. to remove the solid portion, and if necessary, the nucleic acid is removed with streptomycin sulfate, protamine sulfate, manganese sulfate, etc., and then ammonium sulfate, alcohol, acetone, etc. are added thereto. Fractionate, and the precipitate is collected to obtain a crude enzyme of GOD or GDH.

粗酵素を、公知の任意の手段を用いてさらに精製することもできる。精製された酵素標品を得るには、例えば、セファデックス、ウルトロゲル若しくはバイオゲル等を用いるゲルろ過法;イオン交換体を用いる吸着溶出法;ポリアクリルアミドゲル等を用いる電気泳動法;ヒドロキシアパタイトを用いる吸着溶出法;蔗糖密度勾配遠心法等の沈降法;疎水性クロマトグラフィー法;アフィニティクロマトグラフィー法;分子ふるい膜若しくは中空糸膜等を用いる分画法等を適宜選択し、又はこれらを組み合わせて実施することにより、精製された酵素標品を得ることができる。 The crude enzyme can also be further purified using any known means. To obtain a purified enzyme preparation, for example, a gel filtration method using cefadex, ultrogel, biogel, etc .; an adsorption elution method using an ion exchanger; an electrophoresis method using a polyacrylamide gel, etc .; an adsorption method using hydroxyapatite. Elution method; Precipitation method such as vine sugar density gradient centrifugation method; Hydrophobic chromatography method; Affinity chromatography method; Fractionation method using molecular sieve membrane or hollow yarn membrane, etc. is appropriately selected, or a combination thereof is carried out. Thereby, a purified enzyme preparation can be obtained.

酵素が精製されているか否かの判断は、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法及び染色により行ってもよく、また、濃度既知のグルコース試料を用いて適性にグルコースの電気化学的測定ができるか試験することにより行ってもよい。 Whether or not the enzyme has been purified may be determined by polyacrylamide gel electrophoresis and staining, and a glucose sample having a known concentration should be used to test whether glucose can be appropriately measured electrochemically. May be done by.

(GDHの活性測定)
GDH(EC 1.1.99.10)は、グルコースの水酸基を酸化してグルコノ-δ-ラクトンを生成する反応を触媒する。このとき電子受容体が電子を受け取り、還元型電子受容体になる。GDHの活性は、この作用原理を利用し、例えば、電子受容体としてフェナジンメトサルフェート(PMS)及び2,6-ジクロロインドフェノール(DCIP)を用いた以下の測定系を用いて測定することができる。
(反応1) D-グルコ-ス + PMS(酸化型)
→ D-グルコノ-δ-ラクトン + PMS(還元型)
(反応2) PMS(還元型)+ DCIP(酸化型)
→ PMS(酸化型)+ DCIP(還元型)
(Measurement of GDH activity)
GDH (EC 1.1.99.10) catalyzes the reaction of oxidizing the hydroxyl groups of glucose to produce glucono-δ-lactone. At this time, the electron acceptor receives an electron and becomes a reduced electron acceptor. The activity of GDH can be measured by utilizing this principle of action, for example, using the following measurement system using phenazinemethsulfate (PMS) and 2,6-dichloroindophenol (DCIP) as electron acceptors. ..
(Reaction 1) D-glucose + PMS (oxidized type)
→ D-glucono-δ-lactone + PMS (reduced form)
(Reaction 2) PMS (reduced type) + DCIP (oxidized type)
→ PMS (oxidized type) + DCIP (reduced type)

具体的には、まず、(反応1)において、D-グルコースの酸化に伴い、PMS(還元型)が生成する。続いて進行する(反応2)により、PMS(還元型)が酸化されるのに伴ってDCIPが還元される。この「DCIP(酸化型)」の消失度合を波長600nmにおける吸光度の変化量として検知し、この変化量に基づいて酵素活性を求めることができる。 Specifically, first, in (Reaction 1), PMS (reduced form) is produced with the oxidation of D-glucose. By the subsequent progress (reaction 2), DCIP is reduced as PMS (reduced form) is oxidized. The degree of disappearance of this "DCIP (oxidized type)" can be detected as the amount of change in absorbance at a wavelength of 600 nm, and the enzyme activity can be determined based on this amount of change.

GDHの活性は、以下の手順に従って測定することができる。100mM リン酸緩衝液(pH7.0)2.05mL、1M D-グルコース溶液 0.6mLおよび2mM DCIP溶液 0.15mLを混合し、37℃で5分間保温する。次いで、15mM PMS溶液 0.1mL及び酵素サンプル溶液0.1mLを添加し、反応を開始する。反応開始時、および、経時的な吸光度を測定し、酵素反応の進行に伴う600nmにおける吸光度の1分間あたりの減少量(ΔA600)を求め、次式に従いGDH活性を算出する。この際、GDH活性は、37℃において濃度200mMのD-グルコース存在下で1分間に1μmolのDCIPを還元する酵素量を1Uと定義する。 The activity of GDH can be measured according to the following procedure. Mix 2.05 mL of 100 mM phosphate buffer (pH 7.0), 0.6 mL of 1MD-glucose solution and 0.15 mL of 2 mM DCIP solution, and incubate at 37 ° C. for 5 minutes. Then 0.1 mL of 15 mM PMS solution and 0.1 mL of enzyme sample solution are added to initiate the reaction. The absorbance at the start of the reaction and over time is measured to determine the amount of decrease in absorbance (ΔA600) at 600 nm with the progress of the enzymatic reaction per minute, and the GDH activity is calculated according to the following formula. At this time, GDH activity defines 1 U as the amount of enzyme that reduces 1 μmol of DCIP per minute in the presence of D-glucose at a concentration of 200 mM at 37 ° C.

Figure 0007032906000015
Figure 0007032906000015

なお、式中の3.0は反応試薬+酵素試薬の液量(mL)、16.3は本活性測定条件におけるミリモル分子吸光係数(cm/μmol)、0.1は酵素溶液の液量(mL)、1.0はセルの光路長(cm)、ΔA600blankは100mM リン酸緩衝液(pH7.0)を酵素サンプル溶液の代わりに添加して反応開始した場合の600nmにおける吸光度の1分間あたりの減少量、dfは希釈倍数を表す。 In the formula, 3.0 is the liquid volume of the reaction reagent + enzyme reagent (mL), 16.3 is the mmol molecular extinction coefficient (cm 2 / μmol) under the present activity measurement conditions, and 0.1 is the liquid volume of the enzyme solution. (ML), 1.0 is the optical path length (cm) of the cell, ΔA600 blank is 1 minute of absorbance at 600 nm when a 100 mM phosphate buffer (pH 7.0) was added instead of the enzyme sample solution and the reaction was started. The amount of decrease per unit, df, represents the dilution factor.

(GODの活性測定)
GOD(EC 1.1.3.4)は、グルコースの水酸基を酸化してグルコノ-δ-ラクトン及び過酸化水素を生成する反応を触媒する。
GODの活性は、この作用原理を利用し、生成する過酸化水素をペルオキシダーゼと反応させ、発色剤を発色させることにより測定することができる。
(Measurement of GOD activity)
GOD (EC 11.3.4) catalyzes the reaction of oxidizing the hydroxyl groups of glucose to produce glucono-δ-lactone and hydrogen peroxide.
The activity of GOD can be measured by reacting the generated hydrogen peroxide with peroxidase to develop a color-developing agent by utilizing this principle of action.

グルコースオキシダーゼ活性の測定方法
<試薬>
100mM MES-Na緩衝液pH5.7
0.5% 4-アミノアンチピリン(東京化成工業社製、4AA)溶液
5.0g/L TOOS(N-エチル-N-(2-ヒドロキシ-3-スルホプロピル)-m-トルイジンナトリウム、同仁化学社製)溶液
400U/mL パーオキシダーゼ(キッコーマン社製、POD)溶液
1.2M D-グルコース溶液
上記MES-Na緩衝液30.0mL、4AA溶液0.3mL、TOOS溶液0.3m
L、POD溶液0.3mL、D―グルコース溶液6.0mLを混合して反応試薬とする。
Method for measuring glucose oxidase activity <Reagent>
100 mM MES-Na buffer pH 5.7
0.5% 4-aminoantipyrine (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., 4AA) solution 5.0 g / L TOOS (N-ethyl-N- (2-hydroxy-3-sulfopropyl) -m-toluidine sodium, Dojin Kagaku Co., Ltd. MES-Na buffer solution 30.0 mL, 4AA solution 0.3 mL, TOOS solution 0.3 m
L, POD solution 0.3 mL, and D-glucose solution 6.0 mL are mixed to prepare a reaction reagent.

<測定条件>
反応試薬3mLを37℃で5分間予備加温する。GOD溶液0.1mLを添加しゆるやかに混和後、水を対照に37℃に制御された分光光度計で、555nmにおける吸光度を測定する。測定値は、555nmにおける1分後から3分後の1分間あたりの吸光度変化とする。37℃、1分当たりに生成される過酸化水素のマイクロモル数を酵素液中の活性単位(U)とし、下記の式に従って算出する。
活性(U/ml)={(ΔAs-ΔA0)×3.1×df}÷(32.8×0.5×0.1)
ΔAs : 反応液の1分間あたりの吸光度変化
ΔA0 : 対照液の1分間あたりの吸光度変化
32.8: 反応により生成されるキノンイミン色素の
ミリモル吸光係数(mM-1・cm-1
0.5 : 1molの過酸化水素による生成されるキノンイミン色素のmol数
df : 希釈係数
<Measurement conditions>
Preheat 3 mL of the reaction reagent at 37 ° C. for 5 minutes. After adding 0.1 mL of GOD solution and mixing gently, the absorbance at 555 nm is measured with a spectrophotometer controlled at 37 ° C. using water as a control. The measured value is the change in absorbance per minute after 1 minute to 3 minutes at 555 nm. The number of micromoles of hydrogen peroxide produced per minute at 37 ° C. is defined as the active unit (U) in the enzyme solution, and the calculation is performed according to the following formula.
Activity (U / ml) = {(ΔAs-ΔA0) × 3.1 × df} ÷ (32.8 × 0.5 × 0.1)
ΔAs: Change in absorbance per minute of the reaction solution ΔA0: Change in absorbance of the control solution per minute 32.8: Of the quinoneimine dye produced by the reaction
Millimole absorption coefficient (mM -1 · cm -1 )
0.5: Mol number of quinoneimine dye produced by 1 mol of hydrogen peroxide df: Dilution coefficient

(グルコースアッセイキット)
ある実施形態において本発明は、本発明のフラビン化合物を含むグルコースアッセイキットを提供する。ある実施形態において、このキットはGDHを含む。別の実施形態においてこのキットはGODを含む。このキットを用いることにより、GOD又はGDHを用いて血中のグルコース(血糖値)を測定することができる。測定は連続的に行ってもよい。
(Glucose assay kit)
In certain embodiments, the present invention provides a glucose assay kit comprising the flavin compound of the present invention. In certain embodiments, the kit comprises GDH. In another embodiment the kit comprises GOD. By using this kit, blood glucose (blood glucose level) can be measured using GOD or GDH. The measurement may be performed continuously.

本発明のグルコースアッセイキットは、少なくとも1回のアッセイに十分な量の本発明のフラビン化合物を含む。典型的には、本発明のグルコースアッセイキットは、本発明のフラビン化合物に加えて、GOD又はGDH、アッセイに必要な緩衝液、キャリブレーションカーブ作製のためのグルコース標準溶液、ならびに指針を含む。ある実施形態において、本発明のグルコースアッセイキット、例えばSMBG用、CGM用、またはFGM用のグルコースアッセイキットは、本発明のフラビン化合物とGOD又はGDHとを同一試薬として含む。別の実施形態において、本発明のグルコースアッセイキットは、フラビン化合物とGOD又はGDHとを別々の試薬として含む。本発明のフラビン化合物は種々の形態で、例えば、凍結乾燥された試薬として、ビーズや電極表面に固定化された試薬として、または適切な保存溶液中の溶液、好ましくは遮光されている溶液として提供することができる。 The glucose assay kit of the present invention contains a sufficient amount of the flavin compound of the present invention for at least one assay. Typically, the glucose assay kit of the invention includes, in addition to the flavin compounds of the invention, GOD or GDH, the buffer required for the assay, a glucose standard solution for making a calibration curve, and guidelines. In certain embodiments, the glucose assay kit of the invention, eg, a glucose assay kit for SMBG, CGM, or FGM, comprises the flavin compound of the invention and GOD or GDH as the same reagent. In another embodiment, the glucose assay kit of the invention comprises a flavin compound and GOD or GDH as separate reagents. The flavin compounds of the invention are provided in various forms, for example, as lyophilized reagents, as reagents immobilized on the surface of beads or electrodes, or as solutions in suitable storage solutions, preferably shaded solutions. can do.

グルコース濃度の測定は、比色式グルコースアッセイキットの場合は、例えば、以下のように行うことができる。グルコースアッセイキットの反応層にはGDH、そして反応促進剤としてN-(2-アセトアミド)イミド2酢酸(ADA)、ビス(2-ヒドロキシエチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン(Bis-Tris)、炭酸ナトリウムおよびイミダゾールからなる群より選ばれる1以上の物質を含む液状もしくは固体状の組成物を保持させておく。ここで、必要に応じてpH緩衝剤、発色試薬(変色試薬)を添加する。ここにグルコースを含む試料を加え、一定時間反応させる。この間、GDHより電子を直接受け取ることによって重合し生成する色素もしくは還元された色素の最大吸収波長に相当する吸光度をモニタリングする。レート法であれば、吸光度の時間あたりの変化率から、エンドポイント法であれば、試料中のグルコースがすべて酸化された時点までの吸光度変化から、予め標準濃度のグルコース溶液を用いて作製したキャリブレーションカーブを元にして、試料中のグルコース濃度を算出することができる。 In the case of the colorimetric glucose assay kit, the glucose concentration can be measured, for example, as follows. GDH is used in the reaction layer of the glucose assay kit, and N- (2-acetamide) imide 2 acetic acid (ADA), bis (2-hydroxyethyl) iminotris (hydroxymethyl) methane (Bis-Tris), and sodium carbonate are used as reaction promoters. And a liquid or solid composition containing one or more substances selected from the group consisting of imidazole is retained. Here, a pH buffer and a color-developing reagent (color-changing reagent) are added as needed. A sample containing glucose is added thereto, and the mixture is reacted for a certain period of time. During this period, the absorbance corresponding to the maximum absorption wavelength of the dye produced by polymerizing or reduced dye by directly receiving electrons from GDH is monitored. Calibration prepared in advance using a glucose solution of standard concentration from the rate of change in absorbance per hour in the rate method and from the change in absorbance up to the point when all glucose in the sample is oxidized in the endpoint method. The glucose concentration in the sample can be calculated based on the ion curve.

この方法において使用できる発色試薬(変色試薬)としては、たとえば2,6-ジクロロインドフェノール(DCIP)を電子受容体として添加し、600nmにおける吸光度の減少をモニタリングすることでグルコースの定量が可能である。また、発色試薬としてニトロテトラゾリウムブルー(NTB)を加え、570nm吸光度を測定することにより生成するジホルマザンの量を決定し、グルコース濃度を算出することが可能である。なお、いうまでもなく、使用する発色試薬(変色試薬)はこれらに限定されない。 As a color-developing reagent (color-changing reagent) that can be used in this method, glucose can be quantified by adding, for example, 2,6-dichloroindophenol (DCIP) as an electron acceptor and monitoring the decrease in absorbance at 600 nm. .. Further, it is possible to determine the amount of diformazan produced by adding nitrotetrazolium blue (NTB) as a color-developing reagent and measuring the absorbance at 570 nm, and to calculate the glucose concentration. Needless to say, the color-developing reagent (color-changing reagent) used is not limited to these.

(グルコースセンサー)
ある実施形態において本発明は、本発明のフラビン化合物を用いるグルコースセンサーを提供する。本発明のグルコースセンサーは、本発明のフラビン化合物及びGDH又はGODを有する。グルコースセンサーの電極としては、カーボン電極、金電極、白金電極などを用い、この電極上にGOD又はGDH酵素を塗布または固定化することができる。さらに、或いはこれと独立して、本発明のフラビン化合物を電極上に塗布または固定化してもよい。固定化方法としては、上記の「GDH又はGODの固定化方法」の段落を参照のこと。
(Glucose sensor)
In certain embodiments, the present invention provides a glucose sensor using the flavin compound of the present invention. The glucose sensor of the present invention has the flavin compound of the present invention and GDH or GOD. As the electrode of the glucose sensor, a carbon electrode, a gold electrode, a platinum electrode or the like is used, and GOD or GDH enzyme can be applied or immobilized on the electrode. Further, or independently, the flavin compound of the present invention may be applied or immobilized on the electrode. For the immobilization method, refer to the paragraph "GDH or GOD immobilization method" above.

本発明のフラビン化合物及びGOD又はGDHは、ポテンショスタットやガルバノスタットなどを用いることにより、種々の電気化学的な測定手法に用いることができる。電気化学的測定法としては、アンペロメトリー、例えばクロノアンペロメトリー、ボルタンメトリー、例えばサイクリックボルタンメトリー、ポテンショメトリー、クーロメトリーなどの様々な手法が挙げられる。例えばアンペロメトリー法により、グルコースが還元される際の電流を測定することで、試料中のグルコース濃度を算出することができる。印加電圧は条件や装置の設定にもよるが、例えば-1000mV~+1000mV(vs.Ag/AgCl)などとすることができる。 The flavin compound and GOD or GDH of the present invention can be used in various electrochemical measurement methods by using potentiostat, galvanostat and the like. Electrochemical measurement methods include various methods such as amperometry, such as chronoamperometry, voltammetry, such as cyclic voltammetry, potentiometer, and coulometry. For example, by measuring the current when glucose is reduced by the amperometry method, the glucose concentration in the sample can be calculated. The applied voltage may be, for example, −1000 mV to +1000 mV (vs. Ag / AgCl), although it depends on the conditions and the setting of the apparatus.

(グルコースの電気化学的測定)
ある実施形態において、本発明は、グルコースを含みうる試料と、遊離型フラビン化合物と、精製されたグルコースオキシダーゼ又は精製されたグルコースデヒドロゲナーゼとを接触させる工程及び電流を測定する工程を含む、グルコースの電気化学的測定方法を提供する。該フラビン化合物及び/又は酵素は固相中に固定化されていてもよい。
(Electrochemical measurement of glucose)
In certain embodiments, the present invention comprises contacting a sample that may contain glucose with a free flavin compound with purified glucose oxidase or purified glucose dehydrogenase and measuring the current of glucose. Provided is a chemical measurement method. The flavin compound and / or enzyme may be immobilized in the solid phase.

例えばグルコース濃度の電気化学的測定は、以下のようにして行うことができる。恒温セルに緩衝液を入れ、一定温度に維持する。作用電極としてGDH又はGODを固定化した電極を用い、対極(例えば白金電極)および参照電極(例えばAg/AgCl電極やAg/Ag+電極)を用いる。反応液に本発明のフラビン化合物を添加する。カーボン電極に一定の電圧を印加して、電流が定常になった後、グルコースを含む試料を加えて電流の増加を測定する。標準濃度のグルコース溶液により作製したキャリブレーションカーブに従い、試料中のグルコース濃度を計算することができる。印加する電位は、例えば+800mV以下、+700mV以下、+600mV以下、+500mV以下、+400mV以下、+300mV以下、+200mV以下、+100mV以下、+50mV以下とすることができ、-200mV以上、-100mV以上、-50mV以上、例えば0mV以上、とすることができ、例えば+800mV~-200mV、+800mV~-100mV、+800mV~-50mV、+600mV~0mV、+500mV~0mV、+400mV~0mV、+300mV~0mV、+200mV~0mVとすることができる(いずれも銀塩化銀参照電極に対し)。 For example, the electrochemical measurement of glucose concentration can be performed as follows. Put buffer in a constant temperature cell and keep it at a constant temperature. A GDH or GOD-immobilized electrode is used as the working electrode, and a counter electrode (for example, a platinum electrode) and a reference electrode (for example, an Ag / AgCl electrode or an Ag / Ag + electrode) are used. The flavin compound of the present invention is added to the reaction solution. A constant voltage is applied to the carbon electrode, and after the current becomes steady, a sample containing glucose is added and the increase in current is measured. The glucose concentration in the sample can be calculated according to the calibration curve prepared with the glucose solution of the standard concentration. The applied potential can be, for example, +800 mV or less, +700 mV or less, +600 mV or less, +500 mV or less, +400 mV or less, +300 mV or less, +200 mV or less, +100 mV or less, +50 mV or less, -200 mV or more, -100 mV or more, -50 mV or more, For example, it can be 0 mV or more, for example, +800 mV to −200 mV, +800 mV to -100 mV, +800 mV to -50 mV, + 600 mV to 0 mV, + 500 mV to 0 mV, + 400 mV to 0 mV, + 300 mV to 0 mV, + 200 mV to 0 mV. (Both against silver chloride reference electrode).

具体的な例としては、グラッシーカーボン(GC)電極に0.2U~150U、より好ましくは、0.5U~100UのGDH又はGODを固定化し、グルコース濃度に対する応答電流値を測定する。電解セル中に、100mM リン酸カリウム緩衝液(pH6.0)10.0mlを添加する。GC電極をポテンショスタットBAS100B/W(BAS製)に接続し、37℃で溶液を撹拌し、銀塩化銀参照電極に対して+500mVを印加する。これらの系に1M D-グルコース溶液を終濃度が5、10、20、30、40、50mMになるよう添加し、添加ごとに定常状態の電流値を測定する。この電流値を既知のグルコース濃度(5、10、20、30、40、50mM)に対してプロットし、検量線を作成する。これよりGDH又はGOD酵素固定化電極でグルコースの定量が可能となる。 As a specific example, a GDH or GOD of 0.2U to 150U, more preferably 0.5U to 100U is immobilized on a glassy carbon (GC) electrode, and the response current value with respect to the glucose concentration is measured. In the electrolytic cell, 10.0 ml of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.0) is added. A GC electrode is connected to the potentiostat BAS100B / W (manufactured by BAS), the solution is stirred at 37 ° C., and + 500 mV is applied to the silver chloride reference electrode. A 1MD-glucose solution is added to these systems so that the final concentration is 5, 10, 20, 30, 40, 50 mM, and the steady-state current value is measured for each addition. This current value is plotted against a known glucose concentration (5, 10, 20, 30, 40, 50 mM) to create a calibration curve. This makes it possible to quantify glucose with a GDH or GOD enzyme-immobilized electrode.

さらに電気化学測定のために印刷電極を用いることもできる。これにより測定に必要な溶液量を低減することができる。この場合、電極は絶縁基板上に形成されてなることが好ましい。具体的には、フォトリゾグラフィ技術や、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷などの印刷技術により、電極を基板上に形成させることが望ましい。また、絶縁基板の素材としては、シリコン、ガラス、セラミック、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどが挙げられるが、各種の溶媒や薬品に対する耐性の強いものを用いるのがより好ましい。作用極の面積は、所望の応答電流に応じて設定することができる。例えばある実施形態では、作用極の面積を1mm以上、1.5mm以上、2mm以上、2.5mm以上、3mm以上、4mm以上、5mm以上、6mm以上、7mm以上、8mm以上、9mm以上、10mm以上、12mm以上、15mm以上、20mm以上、30mm以上、40mm以上、50mm以上、1cm以上、2cm以上、3cm以上、4cm以上、5cm以上、例えば10cm以上とすることができる。ある実施形態では、作用極の面積を10cm以下、5cm以下、例えば1cm以下、とすることができる。対極も同様でありうる。 Further, a printed electrode can be used for electrochemical measurement. This makes it possible to reduce the amount of solution required for measurement. In this case, the electrodes are preferably formed on an insulating substrate. Specifically, it is desirable to form the electrodes on the substrate by a photolithography technique or a printing technique such as screen printing, gravure printing, or flexographic printing. Examples of the material of the insulating substrate include silicon, glass, ceramic, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyester and the like, but it is more preferable to use a material having strong resistance to various solvents and chemicals. The area of the working electrode can be set according to the desired response current. For example, in one embodiment, the area of the working electrode is 1 mm 2 or more, 1.5 mm 2 or more, 2 mm 2 or more, 2.5 mm 2 or more, 3 mm 2 or more, 4 mm 2 or more, 5 mm 2 or more, 6 mm 2 or more, 7 mm 2 or more. , 8mm 2 or more, 9mm 2 or more, 10mm 2 or more, 12mm 2 or more, 15mm 2 or more, 20mm 2 or more, 30mm 2 or more, 40mm 2 or more, 50mm 2 or more, 1cm 2 or more, 2cm 2 or more, 3cm 2 or more, 4cm It can be 2 or more, 5 cm 2 or more, for example, 10 cm 2 or more. In certain embodiments, the area of the working electrode can be 10 cm 2 or less, 5 cm 2 or less, for example 1 cm 2 or less. The opposite pole can be similar.

ある実施形態では、本発明のグルコースセンサーを有する持続血糖測定装置を提供する。持続血糖測定装置は、24時間を通した血糖値の変動を把握することが可能となるCGM(continuous glucose monitoring)デバイスやFGM(Flash glucose monitoring)デバイスを含みうる。またある実施形態において、本発明は、本発明の組成物、電極又はセンサーを用いる連続グルコースモニタリング方法を提供する。 In one embodiment, a continuous blood glucose measuring device having the glucose sensor of the present invention is provided. The continuous blood glucose measuring device may include a CGM (continuous glucose monitoring) device and an FGM (Flash glucose monitoring) device that can grasp the fluctuation of the blood glucose level over 24 hours. Also in certain embodiments, the present invention provides a continuous glucose monitoring method using the compositions, electrodes or sensors of the present invention.

ある実施形態において、本発明のCGMデバイスは、皮膚の下に配置するためのグルコースセンサーを有しうる。センサーは一定期間、例えば1日~3週間、装着されうる。センサーは使い捨て型であってもよく、再利用可能であってもよい。センサーは、組織と酵素の直接接触を防ぐためのセンサーメンブレン層を有し得る。センサーは、アプリケーターを用いて腹部に挿入するよう設計しうる。ある実施形態において、本発明は発信機及びセンサーから発信機への連結部をさらに有するCGMデバイスを提供する。発信機はインプラントせずともよい。好ましくは発信機は、電波受信機と通信可能である。CGMデバイスはさらに、グルコースレベルを連続的に表示する電気的受信機を有し得る。CGMデバイスは場合により、キャリブレーション用のフィンガースティック(指先穿刺部材)を有し得る。CGMデバイスは使用説明書を有し得る。 In certain embodiments, the CGM device of the invention may have a glucose sensor for placement under the skin. The sensor can be worn for a period of time, eg 1 day to 3 weeks. The sensor may be disposable or reusable. The sensor may have a sensor membrane layer to prevent direct contact of the tissue with the enzyme. The sensor can be designed to be inserted into the abdomen using an applicator. In certain embodiments, the present invention provides a CGM device further comprising a transmitter and a sensor-to-transmitter connection. The transmitter does not have to be implanted. Preferably the transmitter is capable of communicating with the radio receiver. The CGM device may further have an electrical receiver that continuously displays glucose levels. The CGM device may optionally have a finger stick for calibration. CGM devices may have instructions for use.

(本発明の燃料電池)
ある実施形態において本発明は、本発明のフラビン化合物や、フラビン化合物を含む組成物を有する燃料電池用のアノード及び当該アノードを備えた燃料電池を提供する。ある実施形態において本発明は、本発明のフラビン化合物や、フラビン化合物を含む組成物、または該アノードを使用し、グルコースを燃料とする発電方法を提供する。
(Fuel cell of the present invention)
In certain embodiments, the present invention provides an anode for a fuel cell having the flavin compound of the present invention or a composition containing the flavin compound, and a fuel cell provided with the anode. In certain embodiments, the present invention provides a glucose-fueled power generation method using the flavin compound of the present invention, a composition containing the flavin compound, or the anode.

本発明の燃料電池は、本発明のフラビン化合物、燃料槽、カソード、GOD又はGDHを有するアノード、及び電解質を備えている。また本発明の燃料電池は、必要に応じて、アノードとカソードとの間に負荷抵抗を配置することができ、そのための配線を備えうる。ある実施形態において負荷抵抗は、本発明の燃料電池の一部である。ある実施形態において、負荷抵抗は、本発明の燃料電池の一部ではなく、本発明の燃料電池は、適当な負荷抵抗に接続できるよう構成されている。本発明の燃料電池においてGOD又はGDHはアノードの一部を構成する。例えばGOD又はGDHはアノードに近接若しくは接触していてもよく、固定化されていてもよく、又は吸着していてもよい。燃料槽はグルコースを含む。すなわち本明細書において燃料電池という場合、特に断らない限りこれはグルコースを燃料とするものをいう。GOD又はGDHの作用によりグルコースが酸化され還元型メディエーターが生じ、これが電極に電子を受け渡すと電流が流れる。ある実施形態において本発明の燃料電池はアノードとカソードを分離するイオン交換膜を有し得る。イオン交換膜は1nm~20nmの孔を有し得る。アノードは炭素電極のような一般的な電極であり得る。例えば、カーボンブラック、グラファイト、活性炭等の導電性炭素質からなる電極や、金、白金等の金属からなる電極を用いることができる。具体的には、カーボンペーパー、グラッシーカーボン、HOPG(高配向性熱分解グラファイト)等が挙げられる。対をなすカソードとしては、例えば、白金や白金合金等、燃料電池において一般的に用いられている電極触媒を、カーボンブラック、グラファイト、活性炭のような炭素質材料、又は金、白金等からなる導電体に担持させた電極や、白金や白金合金等の電極触媒そのものからなる導電体をカソード電極として用い、酸化剤(カソード側基質、酸素等)を電極触媒に供給するような形態とすることができる。 The fuel cell of the present invention comprises the flavin compound of the present invention, a fuel tank, a cathode, an anode having a GOD or GDH, and an electrolyte. Further, the fuel cell of the present invention can arrange a load resistance between the anode and the cathode, if necessary, and can be provided with wiring for that purpose. In certain embodiments, the load resistance is part of the fuel cell of the present invention. In certain embodiments, the load resistance is not part of the fuel cell of the invention, and the fuel cell of the invention is configured to be connectable to a suitable load resistance. In the fuel cell of the present invention, GOD or GDH constitutes a part of the anode. For example, GOD or GDH may be in close proximity to or in contact with the anode, may be immobilized, or may be adsorbed. The fuel tank contains glucose. That is, when the term "fuel cell" is used in the present specification, it means a fuel cell that uses glucose as fuel unless otherwise specified. Glucose is oxidized by the action of GOD or GDH to generate a reduced mediator, and when this transfers an electron to an electrode, an electric current flows. In certain embodiments, the fuel cell of the invention may have an ion exchange membrane that separates the anode and cathode. The ion exchange membrane may have pores of 1 nm to 20 nm. The anode can be a common electrode such as a carbon electrode. For example, an electrode made of a conductive carbon substance such as carbon black, graphite, or activated carbon, or an electrode made of a metal such as gold or platinum can be used. Specific examples thereof include carbon paper, glassy carbon, and HOPG (highly oriented pyrolytic graphite). As the paired cathode, for example, an electrode catalyst generally used in a fuel cell such as platinum or platinum alloy is used as a carbonaceous material such as carbon black, graphite or activated carbon, or a conductive material made of gold, platinum or the like. It is possible to use an electrode carried on the body or a conductor made of an electrode catalyst itself such as platinum or a platinum alloy as a cathode electrode, and supply an oxidizing agent (catalyst side substrate, oxygen, etc.) to the electrode catalyst. can.

別の実施形態では、上記のような基質酸化型酵素電極からなるアノードと対をなすカソードとして、基質還元型酵素電極を使用しうる。酸化剤を還元する酸化還元酵素としては、ラッカーゼやビリルビンオキシターゼなど公知の酵素が挙げられる。酸化剤を還元する触媒として酸化還元酵素を用いる場合には、必要に応じて、公知の電子伝達メディエーターを用いてもよい。カソード用メディエーターはアノード用メディエーターと同一でも異なってもよい。酸化剤としては、酸素、過酸化水素等が挙げられる。 In another embodiment, the substrate reducing enzyme electrode can be used as the cathode paired with the anode composed of the substrate oxidizing enzyme electrode as described above. Examples of the redox enzyme that reduces the oxidizing agent include known enzymes such as laccase and bilirubin oxidase. When an oxidoreductase is used as a catalyst for reducing the oxidant, a known electron transfer mediator may be used, if necessary. The cathode mediator may be the same as or different from the anode mediator. Examples of the oxidizing agent include oxygen and hydrogen peroxide.

ある実施形態において、カソードにおける電極反応を妨害する不純物(アスコルビン酸や尿酸等)による影響を回避するために、酸素選択性の膜(例えばジメチルポリシロキサンの膜)をカソード電極の周囲に配置することができる。 In certain embodiments, an oxygen-selective membrane (eg, a dimethylpolysiloxane membrane) is placed around the cathode electrode to avoid the effects of impurities (such as ascorbic acid and uric acid) that interfere with the electrode reaction at the cathode. Can be done.

本発明の発電方法は、GOD又はGDHを有するアノードに燃料となるグルコースを供給する工程を含む。GOD又はGDHを有するアノードにグルコースが供給されると、グルコースが酸化され、D-グルコノ-δ-ラクトンとなり、同時に生成した電子を、GOD又はGDHは、該酸化酵素と電極との間の電子伝達を仲介する電子伝達メディエーター、例えばフラビン化合物へと受け渡し、該電子伝達メディエーターによって導電性基材(アノード電極)へ電子が受け渡される。アノード電極から配線(外部回路)を通って電子がカソード電極に到達することで、電流が発生する。 The power generation method of the present invention includes a step of supplying glucose as a fuel to an anode having GOD or GDH. When glucose is supplied to the anode having GOD or GDH, the glucose is oxidized to D-glucono-δ-lactone, and the simultaneously generated electrons are transferred by GOD or GDH to the electron transfer between the oxidase and the electrode. Is transferred to an electron transfer mediator, for example, a flavine compound, and electrons are transferred to a conductive substrate (anode electrode) by the electron transfer mediator. An electric current is generated when electrons reach the cathode electrode from the anode electrode through wiring (external circuit).

上記過程において発生するプロトン(H)は、電解質溶液内をカソード電極まで移動する。そして、カソード電極では、電解質溶液内をアノードから移動してきたプロトンと、外部回路を経てアノード側から移動してきた電子と、酸素や過酸化水素等の酸化剤(カソード側基質)とが反応して水が生成される。これを利用し発電を行うことができる。 The protons (H + ) generated in the above process move in the electrolyte solution to the cathode electrode. Then, at the cathode electrode, the protons that have moved from the anode in the electrolyte solution, the electrons that have moved from the anode side through the external circuit, and the oxidizing agent (cathode side substrate) such as oxygen and hydrogen peroxide react with each other. Water is produced. This can be used to generate electricity.

本発明のフラビン化合物や、フラビン化合物を含む組成物は、試料中のグルコース濃度測定に使用することができ、これは例えば糖尿病の診断や血糖値の自己モニタリングに役立てることができる。また、本発明の組成物は酵素電極と共に使用することができ、種々の電気化学的測定に用いることができる。また、本発明の組成物は酵素センサーと共に使用することができる。また、本発明の組成物はグルコース測定キットやグルコースセンサーに利用することができる。さらに本発明のフラビン化合物や、フラビン化合物を含む組成物は、燃料電池に用いることができる。すなわち本発明のフラビン化合物や、フラビン化合物を含む組成物は、グルコースを燃料とする発電方法に使用することができる。これは例示であり、本発明のフラビン化合物又はフラビン化合物を含む組成物の用途はこれに限られない。 The flavin compound of the present invention and the composition containing the flavin compound can be used for measuring the glucose concentration in a sample, which can be useful for, for example, diagnosis of diabetes and self-monitoring of blood glucose level. In addition, the composition of the present invention can be used together with an enzyme electrode and can be used for various electrochemical measurements. In addition, the composition of the present invention can be used together with an enzyme sensor. In addition, the composition of the present invention can be used for a glucose measurement kit or a glucose sensor. Further, the flavin compound of the present invention and the composition containing the flavin compound can be used for a fuel cell. That is, the flavin compound of the present invention and the composition containing the flavin compound can be used in a power generation method using glucose as fuel. This is an example, and the use of the flavin compound of the present invention or the composition containing the flavin compound is not limited to this.

以下の実施例により、本発明をさらに例証する。ただし、本発明の技術的範囲は、それらの例により何ら限定されるものではない。 The invention is further illustrated by the following examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to those examples.

[実施例1]
1.Mucor属由来GDH遺伝子の宿主への導入とGDH活性の確認
まず特許第4648993号に記載のMucor属由来GDH(MpGDH)にT387A/I545Tの各変異を導入したGDH変異体をコードする遺伝子を取得した。MpGDH変異体のアミノ酸配列は配列番号1に示し、その遺伝子の塩基配列は配列番号2に示す。プラスミドpUC19のマルチクローニングサイトに対象遺伝子であるMpGDH変異体遺伝子を常法により挿入させたDNAコンストラクトを作製した。具体的には、pUC19は、In-Fusion HD Cloning Kit(クロンテック社)に付属されているpUC19 linearized Vectorを用いた。pUC19のマルチクローニングサイトにあるIn-Fusion Cloning Siteにて、MpGDH変異体遺伝子を、上記したIn-Fusion HD Cloning Kitを使用して、キットに添付されたプロトコールに従って連結して、コンストラクト用プラスミド(pUC19-MpGDH変異体)を得た。
[Example 1]
1. 1. Introduction of Mucor-derived GDH gene into a host and confirmation of GDH activity First, a gene encoding a GDH mutant in which each mutation of T387A / I545T was introduced into Mucor-derived GDH (MpGDH) described in Japanese Patent No. 4648993 was obtained. .. The amino acid sequence of the MpGDH mutant is shown in SEQ ID NO: 1, and the base sequence of the gene is shown in SEQ ID NO: 2. A DNA construct was prepared by inserting the MpGDH mutant gene, which is the target gene, into the multi-cloning site of the plasmid pUC19 by a conventional method. Specifically, as pUC19, the pUC19 linearized Vector attached to the In-Fusion HD Cloning Kit (Clontech) was used. At the In-Fusion Cloning Site at the multi-cloning site of pUC19, the MpGDH mutant gene was ligated using the In-Fusion HD Cloning Kit described above according to the protocol attached to the kit, and the plasmid for construction (pUC19). -MpGDH mutant) was obtained.

また、Mucor属由来GDH(MpGDH、配列番号1)にN66Y/N68G/C88A/Q233R/T387C/E554D/L557V/S559Kの各変異を導入した改変GDH(MpGDH-M1)をコードする遺伝子を取得した。MpGDH-M1のアミノ酸配列は配列番号3に示し、その遺伝子の塩基配列は配列番号4に示す。プラスミドpUC19のマルチクローニングサイトに対象遺伝子であるMpGDH-M1遺伝子を常法により挿入させたDNAコンストラクトを作製した。上記と同様に、pUC19のマルチクローニングサイトにあるIn-Fusion Cloning Siteにて、MpGDH-M1遺伝子を、上記したIn-Fusion HD Cloning Kitを使用して、キットに添付されたプロトコールに従って連結して、コンストラクト用プラスミド(pUC19-MpGDH-M1)を得た。 In addition, a gene encoding modified GDH (MpGDH-M1) was obtained by introducing each mutation of N66Y / N68G / C88A / Q233R / T387C / E554D / L557V / S559K into GDH (MpGDH, SEQ ID NO: 1) derived from the genus Mucor. The amino acid sequence of MpGDH-M1 is shown in SEQ ID NO: 3, and the base sequence of the gene is shown in SEQ ID NO: 4. A DNA construct was prepared by inserting the MpGDH-M1 gene, which is the target gene, into the multi-cloning site of the plasmid pUC19 by a conventional method. Similarly, at the In-Fusion Cloning Site at the multi-cloning site of pUC19, the MpGDH-M1 gene was ligated using the above-mentioned In-Fusion HD Cloning Kit according to the plasmid attached to the kit. A plasmid for construct (pUC19-MpGDH-M1) was obtained.

得られた組換え体プラスミドpUC19-MpGDH-M1を鋳型として、配列番号7-12の合成オリゴヌクレオチド、KOD-Plus-(東洋紡社製)を用い、以下の条件でPCR反応を行った。 Using the obtained recombinant plasmid pUC19-MpGDH-M1 as a template and KOD-Plus- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), a synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 7-12, a PCR reaction was carried out under the following conditions.

すなわち、10×KOD-Plus-緩衝液を5μl、dNTPが各2mMになるよう調製されたdNTPs混合溶液を5μl、25mMのMgSO4溶液を2μl、鋳型となるMpGDH-M1遺伝子を連結させたDNAコンストラクトを50ng、上記合成オリゴヌクレオチドをそれぞれ15pmol、KOD-Plus-を1Unit加えて、滅菌水により全量を50μlとした。調製した反応液をサーマルサイクラー(エッペンドルフ社製)を用いて、94℃で2分間インキュベートし、続いて、「94℃、15秒」-「50℃、30秒」-「68℃、8分」のサイクルを30回繰り返した。 That is, 5 μl of 10 × KOD-Plus-buffer solution, 5 μl of dNTPs mixed solution prepared so that dNTP is 2 mM each, 2 μl of 25 mM DDL 4 solution, and a DNA construct ligated with the template MpGDH-M1 gene. 50 ng, 15 pmol of each of the above synthetic oligonucleotides, and 1 Unit of KOD-Plus- were added, and the total volume was adjusted to 50 μl with sterile water. Incubate the prepared reaction solution at 94 ° C for 2 minutes using a thermal cycler (manufactured by Eppendorf), and then "94 ° C, 15 seconds"-"50 ° C, 30 seconds"-"68 ° C, 8 minutes". The cycle of was repeated 30 times.

反応液の一部を1.0%アガロースゲルで電気泳動し、約8,000bpのDNAが特異的に増幅されていることを確認した。こうして得られたDNAを制限酵素DpnI(NEW ENGLAND BIOLABS社製)で処理し、残存している鋳型DNAを切断した後、大腸菌JM109を形質転換し、LB-amp寒天培地に展開した。生育したコロニーをLB-amp培地[1%(W/V) バクトトリプトン、0.5%(W/V) ペプトン、0.5%(W/V) NaCl、50μg/ml Ampicillin]2.5mlに接種して、37℃で20時間振とう培養し、培養物を得た。この培養物を7,000rpmで、5分間遠心分離することにより集菌して菌体を得た。次いで、この菌体よりQIAGEN tip-100(キアゲン社製)を用いて組換え体プラスミドを抽出して精製し、DNA2.5μgを得た。該プラスミド中のMpGDH-M1をコードするDNAの塩基配列を、マルチキャピラリーDNA解析システムApplied Biosystems 3130xlジェネティックアナライザ(Life Technologies社製)を用いて決定し、その結果、配列番号1記載のアミノ酸配列の175位のアラニンをシステインに、214位のアスパラギンをシステインに、及び466位のグリシンをアスパラギン酸に置換した変異体であるMpGDH-M1/A175C/N214C/G466D(配列番号5)をコードするDNAコンストラクトを得た(pUC19-MpGDH-M2)(配列番号6)。 A part of the reaction solution was electrophoresed on a 1.0% agarose gel, and it was confirmed that about 8,000 bp of DNA was specifically amplified. The DNA thus obtained was treated with the restriction enzyme DpnI (manufactured by NEW ENGLAND BIOLABS), the remaining template DNA was cleaved, and then Escherichia coli JM109 was transformed and developed on an LB-amp agar medium. Inoculate the grown colonies into LB-amp medium [1% (W / V) bactolipton, 0.5% (W / V) peptone, 0.5% (W / V) NaCl, 50 μg / ml Ampicillin] 2.5 ml. The cells were shake-cultured at 37 ° C. for 20 hours to obtain a culture. The culture was centrifuged at 7,000 rpm for 5 minutes to collect cells and obtain cells. Then, a recombinant plasmid was extracted from this cell using QIAGEN tip-100 (manufactured by Qiagen) and purified to obtain 2.5 μg of DNA. The base sequence of the DNA encoding MpGDH-M1 in the plasmid was determined using a multicapillary DNA analysis system Applied Biosystems 3130xl Genetic Analyzer (manufactured by Life Technologies), and as a result, 175 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 was determined. A DNA construct encoding MpGDH-M1 / A175C / N214C / G466D (SEQ ID NO: 5), which is a variant in which alanin at the position is replaced with cysteine, asparagine at position 214 is replaced with cysteine, and glycine at position 466 is replaced with aspartic acid. Obtained (pUC19-MpGDH-M2) (SEQ ID NO: 6).

これらの遺伝子をコウジカビ(Aspergillus sojae; アスペルギルス・ソーヤ)で発現させ、そのGDH活性を評価した。 These genes were expressed in Aspergillus sojae and their GDH activity was evaluated.

具体的には、MpGDH変異体及びMpGDH-M2を取得することを目的として、GDH遺伝子を用いて、Double-joint PCR(Fungal Genetics and Biology,2004年,第41巻,p973-981)を行い、5’アーム領域~PyrG遺伝子(ウラシル栄養要求性マーカー)~TEF1プロモーター遺伝子~フラビン結合型GDH遺伝子~3’アーム領域から成るカセットを構築し、下記の手順でアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株由来pyrG破壊株(pyrG遺伝子の上流48bp、コード領域896bp、下流240bp欠損株)の形質転換に用いた。500ml容三角フラスコ中の20mMウリジンを含むポリペプトンデキストリン液体培地100mlに、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株由来pyrG破壊株の分生子を接種し、30℃で約20時間振とう培養を行った後、菌体を回収した。回収した菌体からプロトプラストを調製した。得られたプロトプラスト及び20μgの対象遺伝子挿入DNAコンストラクトを用いて、プロトプラストPEG法により形質転換を行い、次いで0.5%(w/v)寒天及び1.2Mソルビトールを含むCzapek-Dox最少培地(ディフコ社;pH6)を用いて、30℃、5日間以上インキュベートし、コロニー形成能があるものとして形質転換アスペルギルス・ソーヤを得た。 Specifically, for the purpose of obtaining MpGDH mutants and MpGDH-M2, Double-joint PCR (Fungal Genetics and Biology, 2004, Vol. 41, p973-981) was performed using the GDH gene. A cassette consisting of the 5'arm region-PyrG gene (uracil nutritional requirement marker) -TEF1 promoter gene-flavin-bound GDH gene-3'arm region was constructed, and the pyrG disrupted strain derived from the Aspergillus soya NBRC4239 strain was constructed by the following procedure. It was used for transformation of the pyrG gene upstream 48 bp, coding region 896 bp, downstream 240 bp deficient strain). 100 ml of a polypeptone dextrin liquid medium containing 20 mM uridine in a 500 ml Erlenmeyer flask was inoculated with conidia of a pyrG-disrupted strain derived from Aspergillus soya NBRC4239 strain, and the cells were cultured by shaking at 30 ° C. for about 20 hours. Collected. Protoplasts were prepared from the recovered cells. Using the obtained protoplast and 20 μg of the target gene-inserted DNA construct, transformation was performed by the protoplast PEG method, and then Czapek-Dox minimal medium containing 0.5% (w / v) agar and 1.2 M sorbitol (Difco). Incubated at 30 ° C. for 5 days or more using pH 6) to obtain transformed Aspergillus soya as having the ability to form colonies.

得られた形質転換アスペルギルス・ソーヤは、ウリジン要求性を相補する遺伝子であるpyrGが導入されることにより、ウリジン無添加培地に生育できるようになることで、目的の遺伝子が導入された株として選択できた。得られた菌株の中から目的の形質転換体を、PCRで確認して選抜した。 The obtained transformed Aspergillus sawyer can be grown in a uridine-free medium by introducing pyrG, which is a gene that complements the uridine requirement, and is selected as a strain into which the target gene is introduced. did it. From the obtained strains, the target transformant was confirmed by PCR and selected.

MpGDH変異体の遺伝子により形質転換した形質転換アスペルギルス・ソーヤを用いて、それぞれのGDH生産を行った。 Each GDH production was carried out using transformed Aspergillus sawyer transformed with the gene of the MpGDH mutant.

200ml容三角フラスコ中のDPY液体培地(1%(w/v)ポリペプトン、2%(w/v)デキストリン、0.5%(w/v)酵母エキス、0.5%(w/v)KHPO4、0.05%(w/v)MgSO・7H0;pH未調整)40mlに、各菌株の分生子を接種し、30℃で4日間、160rpmで振とう培養を行った。次いで、培養後の培養物から菌体をろ過し、得られた培地上清画分をAmicon Ultra-15,30K NMWL(ミリポア社製)で10mLまで濃縮し、150mM NaClを含む20mM リン酸カリウム緩衝液(pH6.5)で平衡化したHiLoad 26/60 Superdex 200pg(GEヘルスケア社製)にアプライし、同緩衝液で溶出させ、GDH活性を示す画分を回収し、MpGDH変異体及びMpGDH-M2の精製標品を得た。なお、この酵素はそのFAD結合部位を介してFADと結合している状態のものである(ホロ酵素)。 DPY liquid medium in a 200 ml Erlenmeyer flask (1% (w / v) polypeptone, 2% (w / v) dextrin, 0.5% (w / v) yeast extract, 0.5% (w / v) KH 2 PO4, 0.05% (w / v) yeast 4.7H 20 ; pH unadjusted) 40 ml was inoculated with the seeds of each strain, and the culture was carried out at 30 ° C. for 4 days at 160 rpm. Then, the cells were filtered from the culture after culturing, and the obtained medium supernatant fraction was concentrated to 10 mL with Amicon Ultra-15,30K NMWL (manufactured by Millipore), and 20 mM potassium phosphate buffer containing 150 mM NaCl was added. Apply to HiRoad 26/60 Superdex 200 pg (manufactured by GE Healthcare) equilibrated with a solution (pH 6.5), elute with the same buffer, collect the fraction showing GDH activity, and collect the MpGDH mutant and MpGDH-. A refined sample of M2 was obtained. This enzyme is in a state of being bound to FAD via its FAD binding site (holoenzyme).

2.Aspergillus terreus由来GDH遺伝子の宿主への導入と精製標品の取得
特許第5020070号に記載のAspergillus terreus由来GDH(AtGLD)遺伝子を上記と同様にAspergillus sojaeで発現させた。さらに上記と同様にGDH生産させ、得られた培地上清画分を精製し、AtGLDの精製標品を得た。なお、この酵素はそのFAD結合部位を介してFADと結合している状態のものである(ホロ酵素)。
2. 2. Introduction of Aspergillus terreus-derived GDH gene into a host and acquisition of purified preparations The Aspergillus terreus-derived GDH (AtGLD) gene described in Japanese Patent No. 5020070 was expressed in Aspergillus sojae in the same manner as above. Further, GDH was produced in the same manner as described above, and the obtained medium supernatant fraction was purified to obtain a purified sample of AtGLD. This enzyme is in a state of being bound to FAD via its FAD binding site (holoenzyme).

3.フラビン系化合物を用いたセンサー評価
MpGDH変異体の精製標品と2種のフラビン化合物(リボフラビン(RF)、フラビンモノヌクレオチド(FMN))を用いて、印刷電極測定によるクロノアンペロメトリーを行った。具体的には、グラッシーカーボンの作用電極(2.64mm)、銀塩化銀の参照電極が印刷されてなる、DEP Chip電極(丸形・カーボン・ダムリング付き;バイオデバイステクノロジー社製)上に、35mg/mlの精製酵素MpGDH変異体溶液を10μL載せた。その後、DEP Chip専用コネクターを用いて、ALS 電気化学アナライザー 814D(BAS社製)に接続した。そして、+300mV(vs.Ag/Ag+)の電圧を印加したクロノアンペロメトリーを行った。具体的には、終濃度50mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)及び20mMグルコース、100μMのRF溶液を10μL電極上に載せて反応を行い、60秒間の電流値を測定した。同様にして、100μMのRFの代わりに1mMのFMNを用いて測定した。また、対照として、RFやFMNを含んでいないグルコース溶液を用いて同様の試験を行った。
3. 3. Sensor evaluation using flavin compounds Chronoamperometry was performed by print electrode measurement using purified preparations of MpGDH mutants and two flavin compounds (riboflavin (RF) and flavin mononucleotide (FMN)). Specifically, on a DEP Chip electrode (round, with carbon damling; manufactured by Biodevice Technology) on which a glassy carbon working electrode (2.64 mm 2 ) and a silver chloride reference electrode are printed. , 35 mg / ml purified enzyme MpGDH variant solution was loaded with 10 μL. After that, it was connected to the ALS electrochemical analyzer 814D (manufactured by BAS) using the DEP Chip dedicated connector. Then, chronoamperometry was performed by applying a voltage of +300 mV (vs. Ag / Ag +). Specifically, a potassium phosphate buffer solution (pH 7.0) having a final concentration of 50 mM, 20 mM glucose, and a 100 μM RF solution were placed on a 10 μL electrode to carry out a reaction, and the current value for 60 seconds was measured. Similarly, measurements were made using 1 mM FMN instead of 100 μM RF. Also, as a control, a similar test was performed using a glucose solution containing no RF or FMN.

結果を図4に示す。図4はMpGDH変異体酵素とRFもしくはFMNを混合したクロノアンペロメトリー測定結果である。RFやFMNを混合しなかった場合と比べて、RFやFMNを添加した場合に有意に高い応答電流が見られた。+300mV(vs.Ag/Ag)の印加電圧で測定開始から60秒後において応答電流がRFやFMNを添加しなかった際は30.6nAであったが、RFを添加した際には33.5nAであり、FMNを添加した際には53.2nAと高い値が示された。 The results are shown in FIG. FIG. 4 shows the results of chronoamperometry measurement in which MpGDH mutant enzyme and RF or FMN were mixed. A significantly higher response current was observed with the addition of RF and FMN as compared to the case without the mixture of RF and FMN. At an applied voltage of +300 mV (vs. Ag / Ag + ), the response current was 30.6 nA when RF or FMN was not added 60 seconds after the start of measurement, but when RF was added 33. It was 5 nA, and when FMN was added, a high value of 53.2 nA was shown.

続いて、GDH-M2の精製標品を用いて上記と同様の測定を行った。その結果、RFやFMNを混合しなかった場合と比べて、RFやFMNを添加した場合に有意に高い応答電流が見られた。+300mV(vs.Ag/Ag+)の印加電圧で測定開始から60秒後において応答電流がRFやFMNを添加しなかった際は17.5nAであったが、RFを添加した際には19.2nAであり、FMNを添加した際には19.6nAと高い値が示された。すなわち、バックグラウンドと比較して、測定可能な応答電流が観測された。 Subsequently, the same measurement as above was performed using the purified sample of GDH-M2. As a result, a significantly higher response current was observed when RF and FMN were added as compared with the case where RF and FMN were not mixed. At an applied voltage of +300 mV (vs. Ag / Ag +), the response current was 17.5 nA when RF or FMN was not added 60 seconds after the start of measurement, but 19.2 nA when RF was added. When FMN was added, a high value of 19.6 nA was shown. That is, a measurable response current was observed compared to the background.

続いて、AtGLDの精製標品と4種のフラビン化合物(RF、FMN、ルミクロム(LC)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD))を用いて、上記と同様に印刷電極測定によるクロノアンペロメトリーを行った。ただし、印加電圧を+100mV(vs.Ag/Ag)とし、100μMのRF、1mMのFMN、100μMのLC、1mMのFADをそれぞれ用いた。結果を図1に示す。図1はAtGLD酵素とRFもしくはFMN、LC、FADを混合したクロノアンペロメトリー測定結果である。フラビン化合物を混合しなかった場合と比べて、RFやFMN、LC、FADを添加した場合に有意に高い応答電流が見られた。+100mV(vs.Ag/Ag)の印加電圧で測定開始から60秒後において応答電流がフラビン化合物を添加しなかった際は1.4nAであったが、RFを添加した際には3.3nAであり、FMNを添加した際には17.9nAであり、LCを添加した際には10.3nAであり、FADを添加した際には2.7nAと高い値が示された。すなわち、バックグラウンドと比較して、測定可能な応答電流が観測された。なお、グルコース未添加でフラビン化合物を混合した場合はいずれも、1.4nAより応答電流は下回った。 Subsequently, chronoamperometry by print electrode measurement was performed in the same manner as above using the purified preparation of AtGLD and four flavin compounds (RF, FMN, lumichrome (LC), flavin adenine dinucleotide (FAD)). rice field. However, the applied voltage was +100 mV (vs. Ag / Ag + ), and 100 μM RF, 1 mM FMN, 100 μM LC, and 1 mM FAD were used, respectively. The results are shown in FIG. FIG. 1 is a chronoamperometry measurement result in which AtGLD enzyme and RF or FMN, LC, and FAD are mixed. A significantly higher response current was observed when RF, FMN, LC, and FAD were added as compared with the case where the flavin compound was not mixed. At an applied voltage of +100 mV (vs. Ag / Ag + ), the response current was 1.4 nA when the flavin compound was not added 60 seconds after the start of measurement, but 3.3 nA when RF was added. When FMN was added, it was 17.9 nA, when LC was added, it was 10.3 nA, and when FAD was added, it was as high as 2.7 nA. That is, a measurable response current was observed compared to the background. In all cases where the flavin compound was mixed without adding glucose, the response current was lower than 1.4 nA.

続いて、Glucose Dehydrogenase(FAD-dependent)(BBI社製、Product Code:GLD1、以下GLD1と表記する)と4種のフラビン化合物(RF、FMN、LC、FAD)を用いて、上記と同様に印刷電極測定によるクロノアンペロメトリーを行った。なお、これらのGDHも、そのFAD結合部位を介してFADと結合している状態のものである(ホロ酵素)。ただし、印加電圧を+100mV(vs.Ag/Ag)とした。結果を図2に示す。図2はGLD1酵素とRFもしくはFMN、LC、FADを混合したクロノアンペロメトリー測定結果である。フラビン化合物を混合しなかった場合と比べて、RFやFMN、LC、FADを添加した場合に有意に高い応答電流が見られた。+100mV(vs.Ag/Ag)の印加電圧で測定開始から60秒後において応答電流がフラビン化合物を添加しなかった際は1.1nAであったが、RFを添加した際には2.1nAであり、FMNを添加した際には30.8nAであり、LCを添加した際には3.5nAであり、FADを添加した際には5.7nAと高い値が示された。すなわち、バックグラウンドと比較して、測定可能な応答電流が観測された。 Subsequently, printing is performed in the same manner as above using Glucose Dehydrogenase (FAD-dependent) (manufactured by BBI, Product Code: GLD1, hereinafter referred to as GLD1) and four flavin compounds (RF, FMN, LC, FAD). Chronoamperometry by electrode measurement was performed. These GDHs are also in a state of being bound to FAD via the FAD binding site (holoenzyme). However, the applied voltage was +100 mV (vs. Ag / Ag + ). The results are shown in FIG. FIG. 2 shows the results of chronoamperometry measurement in which GLD1 enzyme and RF or FMN, LC, and FAD are mixed. A significantly higher response current was observed when RF, FMN, LC, and FAD were added as compared with the case where the flavin compound was not mixed. At an applied voltage of +100 mV (vs. Ag / Ag + ), the response current was 1.1 nA when the flavin compound was not added 60 seconds after the start of measurement, but 2.1 nA when RF was added. When FMN was added, it was 30.8 nA, when LC was added, it was 3.5 nA, and when FAD was added, it was as high as 5.7 nA. That is, a measurable response current was observed compared to the background.

続いて、Glucose Oxidase(東洋紡社製、Product Code:GLO-201、以下GODと表記する)と2種のフラビン化合物(RF、FMN)を用いて、上記と同様に印刷電極測定によるクロノアンペロメトリーを行った。なお、これらのGDHも、そのFAD結合部位を介してFADと結合している状態のものである(ホロ酵素)。ただし、印刷電極はカーボンの作用電極(12.6mm)、銀の参照電極が印刷されてなる、SCREEN-PRINTED ELECTRODES(Drop Sense社製、DRP-110)を用い、専用コネクター(Drop Sense社製、DRP-CAC)を用いて、ALS 電気化学アナライザー 814D(BAS社製)に接続した。そして、印加電圧を+100mV(vs.Ag/Ag)とした。結果を図3に示す。図3はGOD酵素とRFもしくはFMNを混合したクロノアンペロメトリー測定結果である。フラビン化合物を混合しなかった場合と比べて、RFやFMNを添加した場合に有意に高い応答電流が見られた。+100mV(vs.Ag/Ag)の印加電圧で測定開始から60秒後において応答電流がフラビン化合物を添加しなかった際は9.8nAであったが、RFを添加した際には25.0nAであり、FMNを添加した際には31.6nAと高い値が示された。すなわち、バックグラウンドと比較して、測定可能な応答電流が観測された。 Subsequently, using Glucose Oxidase (manufactured by Toyobo Co., Ltd., Product Code: GLO-201, hereinafter referred to as GOD) and two flavin compounds (RF, FMN), chronoamperometry by print electrode measurement in the same manner as above. Was done. These GDHs are also in a state of being bound to FAD via the FAD binding site (holoenzyme). However, the printed electrode uses SCREEN-PRINTED ELECTRODES (Drop Sense, DRP-110), which has a carbon working electrode (12.6 mm 2 ) and a silver reference electrode printed on it, and is a dedicated connector (Drop Sense). , DRP-CAC) was used to connect to the ALS Electrochemical Analyzer 814D (manufactured by BAS). Then, the applied voltage was set to +100 mV (vs. Ag / Ag + ). The results are shown in FIG. FIG. 3 shows the results of chronoamperometry measurement in which GOD enzyme and RF or FMN are mixed. A significantly higher response current was observed with the addition of RF and FMN as compared to the case without the flavin compound mixed. At an applied voltage of +100 mV (vs. Ag / Ag + ), the response current was 9.8 nA when the flavin compound was not added 60 seconds after the start of measurement, but 25.0 nA when RF was added. When FMN was added, a high value of 31.6 nA was shown. That is, a measurable response current was observed compared to the background.

以上のように、フラビン系化合物を用いると、GDHやGODがグルコースと反応した際に得られる応答電流が高められ、感度よくグルコースを測定できるといえる。また、応答電流がグルコース濃度に依存していることから、濃度既知のグルコース含有サンプルに基づく応答電流を予め測定して検量線を作成しておき、濃度未知のグルコース含有サンプルの応答電流を測定し、当該検量線から、グルコース濃度を測定することができる。なお、上記はあくまで例証であり、本発明はこれに何ら限定されない。例えば、より大きな応答電流が好ましい場合には、電極面積、例えば作用極の面積をスケールアップすることができる。 As described above, when a flavin-based compound is used, the response current obtained when GDH or GOD reacts with glucose is increased, and it can be said that glucose can be measured with high sensitivity. In addition, since the response current depends on the glucose concentration, the response current based on the glucose-containing sample with a known concentration is measured in advance to create a calibration curve, and the response current of the glucose-containing sample with an unknown concentration is measured. , The glucose concentration can be measured from the calibration curve. The above is just an example, and the present invention is not limited thereto. For example, if a larger response current is preferred, the area of the electrodes, eg the area of the working electrode, can be scaled up.

以上より、フラビン化合物不在下の場合と比較して、本発明のフラビン化合物の存在下で応答電流の増大が観察されたことから、本発明の遊離型フラビン化合物は、メディエーターとして機能し、GOD又はGDHがグルコースをグルコノラクトンへ酸化するときに、電子の受け渡しを媒介していることが裏付けられた。フラビン化合物の酸化還元電位は知られており、相手化合物の酸化還元電位次第で電子の授受が可能であることは知られているが、実際にフラビン化合物をGDHやGODと混合してグルコースを測定した例はこれまで報告されていない。 From the above, since an increase in the response current was observed in the presence of the flavin compound of the present invention as compared with the case of the absence of the flavin compound, the free flavin compound of the present invention functions as a mediator and GOD or It was confirmed that GDH mediates the transfer of electrons when it oxidizes glucose to gluconolactone. The redox potential of the flavin compound is known, and it is known that electrons can be transferred depending on the redox potential of the partner compound, but the flavin compound is actually mixed with GDH or GOD to measure glucose. No examples have been reported so far.

[実施例2]
1.電気化学的測定におけるグルコース濃度依存性の確認
35mg/mlのGLD1溶液を2μL、1.5Mの塩化カリウムを含有した20mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)を3μL、さらに1mMのFMNを5μL、DEP Chip電極に混合して載せた。そして、-400mVから+200mV(vs.Ag/AgCl)の範囲で電圧を掃引したサイクリックボルタンメトリーを行った。掃引速度は10mV/secで行った。続いて、種々のグルコース濃度になるように2Mグルコース溶液を添加し、同様にサイクリックボルタンメトリーを行った。ある特定電位における酸化電流値(I)と還元電流値(I)を足して2で割った値を算出し、この算出値がグルコース濃度依存的に増加するか調べた。一般的に、ある特定電位で印加したクロノアンペロメトリーにて一定の応答電流となった際の値が基質濃度依存的に増加すれば、サイクリックボルタンメトリーにおける先と同じ電位における(I+I)/2の値も同様に増加し、連動することが知られている。
[Example 2]
1. 1. Confirmation of glucose concentration dependence in electrochemical measurement 2 μL of 35 mg / ml GLD1 solution, 3 μL of 20 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1.5 M potassium chloride, and 5 μL of 1 mM FMN. , The mixture was placed on the DEP Chip electrode. Then, cyclic voltammetry was performed in which the voltage was swept in the range of −400 mV to +200 mV (vs. Ag / AgCl). The sweep speed was 10 mV / sec. Subsequently, 2M glucose solutions were added so as to have various glucose concentrations, and cyclic voltammetry was performed in the same manner. The value obtained by adding the oxidation current value ( IO ) and the reduction current value ( IR ) at a specific potential and dividing by 2 was calculated, and it was investigated whether this calculated value increased depending on the glucose concentration. In general, if the value at a constant response current in chronoamperometry applied at a specific potential increases in a substrate concentration-dependent manner, it will be at the same potential as before in cyclic voltammetry ( IO + IR). It is known that the value of) / 2 also increases and is linked.

GLD1とFMNを混合して測定し、グルコース濃度と(I+I)/2値をプロットした結果を図5に示す。その結果、+100mV(vs.Ag/AgCl)においてグルコース濃度依存的に(I+I)/2値も増加していることが確認され、FMNがメディエーターとして機能していることが分かった。さらに、-100mV(vs.Ag/AgCl)においてもグルコース濃度依存的に(I+I)/2値も増加していることが確認された。 GLD1 and FMN were mixed and measured, and the results of plotting the glucose concentration and the ( IO + IR) / 2 value are shown in FIG. As a result, it was confirmed that the ( IO + IR ) / 2 value also increased in a glucose concentration-dependent manner at +100 mV (vs. Ag / AgCl), and it was found that FMN functions as a mediator. Furthermore, it was confirmed that the ( IO + IR ) / 2 value also increased in a glucose concentration-dependent manner even at -100 mV (vs. Ag / AgCl).

なお、本発明のフラビン化合物の代わりに、従来の人工電子メディエーターを用いて上記の条件で応答電流を測定しても、応答電流は観測されないと考えられる。なぜならば、従来の人工電子メディエーターは酸化還元電位が本発明のフラビン化合物のそれと異なり、たとえばフェリシアン化カリウムは、酸化還元電位が250mV前後である。そうすると、フェリシアン化カリウムをメディエーターとして用いても100mV程度の印加電位では応答電流は流れず、応答電流を観察するには約350mV以上の電位を印加する必要があると考えられる。ところが本発明の化合物では、+100mVという低電位でも応答電流が観察された。これは種々の用途において有利となるものである。 It is considered that no response current is observed even if the response current is measured under the above conditions using a conventional artificial electron mediator instead of the flavin compound of the present invention. This is because the conventional artificial electron mediator has a redox potential different from that of the flavin compound of the present invention, and for example, potassium ferricyanide has a redox potential of about 250 mV. Then, even if potassium ferricyanide is used as a mediator, a response current does not flow at an applied potential of about 100 mV, and it is considered necessary to apply a potential of about 350 mV or more in order to observe the response current. However, in the compound of the present invention, a response current was observed even at a low potential of +100 mV. This is advantageous in various applications.

続いて上記と同様に、MpGDH-M2とFMNを混合し、-400mVから+200mV(vs.Ag/AgCl)の範囲で電圧を掃引したサイクリックボルタンメトリーを行った。グルコース濃度と(I+I)/2値をプロットした結果を図6に示す。その結果、+100mV(vs.Ag/AgCl)においてグルコース濃度依存的に(I+I)/2値も増加していることが確認され、FMNがメディエーターとして機能していることが分かった。 Subsequently, in the same manner as above, MpGDH-M2 and FMN were mixed, and cyclic voltammetry was performed in which the voltage was swept in the range of −400 mV to +200 mV (vs. Ag / AgCl). The result of plotting the glucose concentration and the ( IO + IR ) / 2 value is shown in FIG. As a result, it was confirmed that the ( IO + IR ) / 2 value also increased in a glucose concentration-dependent manner at +100 mV (vs. Ag / AgCl), and it was found that FMN functions as a mediator.

続いて、35mg/mlのGLD1溶液を2μL、1.5Mの塩化カリウムを含有した20mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)を3μL、さらに1mMのFADを5μL、DEP Chip電極に混合して載せた。そして、0mVから+600mV(vs.Ag/AgCl)の範囲で電圧を掃引したサイクリックボルタンメトリーを行った。掃引速度は10mV/secで行った。続いて、種々のグルコース濃度になるように2Mグルコース溶液を添加し、同様にサイクリックボルタンメトリーを行った。GLD1とFADを混合して測定し、グルコース濃度と(I+I)/2値をプロットした結果を図7に示す。その結果、+100mV(vs.Ag/AgCl)においてグルコース濃度依存的に(I+I)/2値も増加していることが確認され、FADがメディエーターとして機能していることが分かった。 Subsequently, 2 μL of 35 mg / ml GLD1 solution, 3 μL of 20 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1.5 M potassium chloride, and 5 μL of 1 mM FAD were mixed with the DEP Chip electrode. I put it. Then, cyclic voltammetry was performed in which the voltage was swept in the range of 0 mV to +600 mV (vs. Ag / AgCl). The sweep speed was 10 mV / sec. Subsequently, 2M glucose solutions were added so as to have various glucose concentrations, and cyclic voltammetry was performed in the same manner. FIG. 7 shows the results of measuring GLD1 and FAD in a mixed manner and plotting the glucose concentration and the ( IO + IR) / 2 value. As a result, it was confirmed that the ( IO + IR ) / 2 value also increased in a glucose concentration-dependent manner at +100 mV (vs. Ag / AgCl), and it was found that FAD functions as a mediator.

続いて、35mg/mlのMpGDH―M2溶液を2μL、1.5Mの塩化カリウムを含有した20mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)を3μL、さらに100μMのRFを5μL、DEP Chip電極に混合して載せた。そして、0mVから+600mV(vs.Ag/AgCl)の範囲で電圧を掃引したサイクリックボルタンメトリーを行った。掃引速度は10mV/secで行った。続いて、種々のグルコース濃度になるように2Mグルコース溶液を添加し、同様にサイクリックボルタンメトリーを行った。MpGDH―M2とRFを混合して測定し、グルコース濃度と(I+I)/2値をプロットした結果を図8に示す。その結果、+500mV(vs.Ag/AgCl)においてグルコース濃度依存的に(I+I)/2値も増加していることが確認され、FADがメディエーターとして機能していることが分かった。さらに、+400mV(vs.Ag/AgCl)においても同様にグルコース濃度依存性が確認された。 Subsequently, 2 μL of 35 mg / ml MpGDH-M2 solution, 3 μL of 20 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1.5 M potassium chloride, and 5 μL of 100 μM RF were mixed with the DEP Chip electrode. And put it on. Then, cyclic voltammetry was performed in which the voltage was swept in the range of 0 mV to +600 mV (vs. Ag / AgCl). The sweep speed was 10 mV / sec. Subsequently, 2M glucose solutions were added so as to have various glucose concentrations, and cyclic voltammetry was performed in the same manner. MpGDH -M2 and RF were mixed and measured, and the results of plotting the glucose concentration and the ( IO + IR) / 2 value are shown in FIG. As a result, it was confirmed that the ( IO + IR ) / 2 value also increased in a glucose concentration-dependent manner at +500 mV (vs. Ag / AgCl), and it was found that FAD functions as a mediator. Furthermore, glucose concentration dependence was also confirmed at +400 mV (vs. Ag / AgCl).

続いて、35mg/mlのGLD1溶液を2μL、1.5Mの塩化カリウムを含有した20mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)を3μL、さらに100μMのLCを5μL、DEP Chip電極に混合して載せた。そして、0mVから+600mV(vs.Ag/AgCl)の範囲で電圧を掃引したサイクリックボルタンメトリーを行った。掃引速度は10mV/secで行った。続いて、種々のグルコース濃度になるように2Mグルコース溶液を添加し、同様にサイクリックボルタンメトリーを行った。GLD1とLCを混合して測定し、グルコース濃度と(I+I)/2値をプロットした結果を図9に示す。その結果、+500mV(vs.Ag/AgCl)においてグルコース濃度依存的に(I+I)/2値も増加していることが確認され、LCがメディエーターとして機能していることが分かった。 Subsequently, 2 μL of 35 mg / ml GLD1 solution, 3 μL of 20 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1.5 M potassium chloride, and 5 μL of 100 μM LC were mixed with the DEP Chip electrode. I put it. Then, cyclic voltammetry was performed in which the voltage was swept in the range of 0 mV to +600 mV (vs. Ag / AgCl). The sweep speed was 10 mV / sec. Subsequently, 2M glucose solutions were added so as to have various glucose concentrations, and cyclic voltammetry was performed in the same manner. GLD1 and LC were mixed and measured, and the results of plotting the glucose concentration and the ( IO + IR) / 2 value are shown in FIG. As a result, it was confirmed that the ( IO + IR ) / 2 value also increased in a glucose concentration-dependent manner at +500 mV (vs. Ag / AgCl), and it was found that LC functions as a mediator.

またルテニウム錯体とFMNを組み合わせた際の効果を確認した。35mg/mlのGLD1溶液を2μL、1.5Mの塩化カリウムを含有した20mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)を3μL、さらに100μMのヘキサアンミンルテニウムを2.5μL、1mMのFMNを2.5μL、DEP Chip電極に混合して載せた。そして、―400mVから+200mV(vs.Ag/AgCl)の範囲で電圧を掃引したサイクリックボルタンメトリーを行った。掃引速度は10mV/secで行った。続いて、18mMのグルコース濃度になるように2Mグルコース溶液を添加し、同様にサイクリックボルタンメトリーを行った。比較として、同様の濃度でヘキサアンミンルテニウム単独、FMN単独で試験を行った。その結果、GLD1とヘキサアンミンルテニウムを混合して測定し、18mMグルコースを添加した際の0Vにおける(I+I)/2値は2nAであった。GLD1とFMNを混合して測定し、18mMグルコースを添加した際の(I+I)/2値は3nAであった。GLD1とヘキサアンミンルテニウム、FMNを混合して測定し、18mMグルコースを添加した際の(I+I)/2値は11nAであり、相乗的な応答電流の増加を確認することができた。なお、いずれの場合においてもグルコース未添加時における(I+I)/2値は0~1nAの範囲内であった。 In addition, the effect of combining the ruthenium complex and FMN was confirmed. 2 μL of 35 mg / ml GLD1 solution, 3 μL of 20 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1.5 M potassium chloride, 2.5 μL of 100 μM hexaamminecobaltium, and 1 mM FMN 2. 5 μL was mixed and placed on a DEP Chip electrode. Then, cyclic voltammetry was performed in which the voltage was swept in the range of −400 mV to +200 mV (vs. Ag / AgCl). The sweep speed was 10 mV / sec. Subsequently, a 2M glucose solution was added so as to have a glucose concentration of 18 mM, and cyclic voltammetry was performed in the same manner. For comparison, tests were conducted with hexaammine ruthenium alone and FMN alone at similar concentrations. As a result, GLD1 and hexaammine ruthenium were mixed and measured, and the ( IO + IR) / 2 value at 0 V when 18 mM glucose was added was 2 nA. GLD1 and FMN were mixed and measured, and the ( IO + IR) / 2 value when 18 mM glucose was added was 3 nA. GLD1 was measured by mixing hexaammine ruthenium and FMN, and the ( IO + IR) / 2 value when 18 mM glucose was added was 11 nA, and a synergistic increase in response current could be confirmed. In each case, the ( IO + IR ) / 2 value when glucose was not added was in the range of 0 to 1 nA.

なお、数nAの感度があれば十分に電気化学的測定装置でグルコースを検出できるため、上記測定により、検量線を作成すれば濃度未知のグルコースを含みうるサンプルに関し、含有されるグルコースを検出することが可能である。したがって、実施例1においてグルコース添加時にグルコースが無い時と比較して応答電流が僅かでも向上した場合、さらにグルコースを添加した際に応答電流も向上するといえる。 Since glucose can be sufficiently detected by an electrochemical measuring device if the sensitivity is several nA, the glucose contained in the sample can be detected if a calibration curve is prepared by preparing a calibration curve. It is possible. Therefore, in Example 1, when the response current is slightly improved as compared with the case where glucose is not added when glucose is added, it can be said that the response current is also improved when glucose is further added.

[実施例3]
1.燃料電池の構築
精製GDHをカーボン電極にグルタルアルデヒドによる架橋固定化することでアノード電極を作製する。また、ビリルビンオキシダーゼ(BOD、天野エンザイム社製)を多孔質カーボン電極に固定化することでカソード電極を作製する。アノード電極とカソード電極との間に固体高分子電解質膜としてナフィオン膜を挟んだ、バイオ電池を構築する。また、アノード電極とカソード電極を結ぶ配線の間に、一定の負荷抵抗と電圧計をそれぞれ直列と並列に挿入する。アノード側には、1M リン酸カリウム緩衝液(pH7.0)、10mM FMN、400mM D-グルコースを含む電解質溶液を入れ、グルコースを供給し、30℃,pH7の条件で作動させ、電流が流れるようにする。
[Example 3]
1. 1. Construction of fuel cell An anode electrode is manufactured by cross-linking and immobilizing purified GDH on a carbon electrode with glutaraldehyde. In addition, a cathode electrode is produced by immobilizing bilirubin oxidase (BOD, manufactured by Amano Enzyme) on a porous carbon electrode. A biobattery is constructed in which a naphthion membrane is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode as a solid polymer electrolyte membrane. In addition, a constant load resistance and a voltmeter are inserted in series and in parallel between the wiring connecting the anode electrode and the cathode electrode, respectively. On the anode side, an electrolyte solution containing 1 M potassium phosphate buffer (pH 7.0), 10 mM FMN, and 400 mM D-glucose is placed, glucose is supplied, and the mixture is operated under the conditions of 30 ° C. and pH 7, so that a current flows. To.

特定の理論に拘束されることを望むものではないが、本発明の燃料電池について以下のように考察される。すなわち、実施例1において100mVという低電位を印加した場合にも、本発明の化合物の存在下では応答電流が観察された。したがって例えば酸素を用いる燃料電池であれば、酸素の酸化還元電位から100mVを減算した大きな起電力が期待される。これは種々の用途において有利となる。 Although not bound by any particular theory, the fuel cell of the present invention is considered as follows. That is, even when a low potential of 100 mV was applied in Example 1, a response current was observed in the presence of the compound of the present invention. Therefore, for example, in the case of a fuel cell using oxygen, a large electromotive force is expected by subtracting 100 mV from the redox potential of oxygen. This is advantageous in various applications.

本発明のフラビン化合物または本発明のフラビン化合物を含む組成物を用いることにより、毒性の低い又は毒性のないメディエーターにより、グルコース測定を行うことができる。これは例えば、体内埋め込み型の連続グルコース測定に用いることができる。またこれはグルコース燃料電池に使用しうる。 By using the flavin compound of the present invention or the composition containing the flavin compound of the present invention, glucose measurement can be performed by a mediator having low toxicity or no toxicity. It can be used, for example, for implantable continuous glucose measurements. It can also be used in glucose fuel cells.

本明細書で言及又は引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書に組み入れられるものとする。 All publications, patents and patent applications mentioned or cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.

配列の簡単な説明
配列番号1 Mucor prainii由来GDHのアミノ酸配列
配列番号2 Mucor prainii由来GDHの核酸配列
配列番号3 MpGDH-M1(aa)
配列番号4 MpGDH-M1(DNA)
配列番号5 MpGDH-M2(aa)
配列番号6 MpGDH-M2(DNA)
配列番号7-12 プライマー
Brief description of the sequence SEQ ID NO: 1 Amino acid sequence of GDH derived from Mucor prinii SEQ ID NO: 2 Nucleic acid sequence of GDH derived from Mucor prianii SEQ ID NO: 3 MpGDH-M1 (aa)
SEQ ID NO: 4 MpGDH-M1 (DNA)
SEQ ID NO: 5 MpGDH-M2 (aa)
SEQ ID NO: 6 MpGDH-M2 (DNA)
SEQ ID NO: 7-12 Primer

Claims (19)

グルコースを含試料と、遊離型のフラビン化合物と、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼとを接触させる工程、及び電流を測定する工程を含む、グルコースの電気化学的測定方法、
ただし該方法は、
(i) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを外部から添加しない、又は
(ii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる非水溶性の電子メディエーターを外部から添加せず、かつ単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを外部から添加しない、
前記方法。
Glucose Electrochemistry comprising contacting a sample containing glucose with a free flavin compound with purified FAD-dependent glucose oxidase or purified FAD-dependent glucose dehydrogenase, and measuring current. Measurement method,
However, this method is
(i) No external addition of artificial electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone, or
(ii) A water-insoluble electron mediator capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone is not added from the outside, and electrons are alone FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent. No external addition of electron mediators with a redox potential of 0.2 V or higher, which can be received from glucose dehydrogenase.
The method.
遊離型のフラビン化合物を電子メディエーターとして用いる発電方法であって、アノード及びカソードを使用し、
電解質に接触しているアノードにフラビン化合物を供給し、グルコース燃料を供給する工程を有し、
該アノードが、精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼを有する電極である、該発電方法、
ただし該方法は、
(i) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる人工電子メディエーターを外部から添加しない、又は
(ii) 単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる非水溶性の電子メディエーターを外部から添加せず、かつ単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを外部から添加しない、
前記方法。
A power generation method that uses a free flavin compound as an electron mediator, using an anode and a cathode.
It has a step of supplying a flavin compound to an anode in contact with an electrolyte and supplying glucose fuel.
The power generation method, wherein the anode is an electrode having purified FAD-dependent glucose dehydrogenase or purified FAD-dependent glucose oxidase.
However, this method is
(i) No external addition of artificial electron mediators capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone, or
(ii) A water-insoluble electron mediator capable of receiving electrons from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase alone is not added from the outside, and electrons are alone FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent. No external addition of electron mediators with a redox potential of 0.2 V or higher, which can be received from glucose dehydrogenase.
The method.
該フラビン化合物が固相中に固定化されている非酵素型のフラビン化合物である、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the flavin compound is a non-enzymatic flavin compound immobilized in a solid phase. 精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼが固相中に固定化されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the purified FAD-dependent glucose oxidase or the purified FAD-dependent glucose dehydrogenase is immobilized in a solid phase. フラビン化合物が以下の化学式(I)
Figure 0007032906000016

[式中、Rは存在しないか又は-CH、若しくは
Figure 0007032906000017

であり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しておりかつRはHであり、
は存在しないか、又はHであり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しており、
は、H、リン酸基、又は
Figure 0007032906000018

である]
で表される化合物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
The flavin compound has the following chemical formula (I)
Figure 0007032906000016

[In the formula, R 1 does not exist or -CH 3 or
Figure 0007032906000017

In the absence of R 1 , the nitrogen atom depicted with R 1 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom and R 2 is H.
If R 2 is absent or H and R 2 is absent, the nitrogen atom depicted with R 2 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom.
R3 is H , a phosphate group, or
Figure 0007032906000018

Is]
The method according to any one of claims 1 to 4, which is a compound represented by.
フラビン化合物が、フラビンモノヌクレオチド、リボフラビン、ルミクロム、フラビンアデニンジヌクレオチド又はルミフラビンである、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the flavin compound is flavin mononucleotide, riboflavin, lumichrome, flavin adenine dinucleotide or lumiflavin. 前記(i)において、人工電子メディエーターが、キノン類、フェナジン類、ビオロゲン類、シトクロム類、チオレドキシン類、フェノキサジン類、フェノチアジン類、フェリシアン化物、フェレドキシン類、フェロセン、フェロセン誘導体、及び金属錯体である、又は
前記(ii)において、非水溶性の電子メディエーターがフェロセン、非水溶性のキノン類、非水溶性のフェナジン類、非水溶性のビオロゲン類、非水溶性のチオレドキシン類、非水溶性のフェノキサジン類、非水溶性のフェノチアジン類、非水溶性のフェレドキシン類、及び非水溶性のフェロセン誘導体である、
請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
In (i) above, the artificial electron mediator is a quinone, a phenazine, a viologen, a cytochrome, a thioredoxin, a phenoxazine, a phenothiazine, a ferricianide, a ferredoxin, a ferrosen, a ferrose derivative, and a metal complex. Or, in (ii) above, the water-insoluble electronic mediator is ferrosene, water-insoluble quinones, water-insoluble phenothins, water-insoluble viologens, water-insoluble thioredoxins, water-insoluble phenoki. Saddins, water-insoluble phenothiazines, water-insoluble ferredoxins, and water-insoluble ferrosene derivatives.
The method according to any one of claims 1 to 6.
遊離型のフラビン化合物を含み、製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含む、アノード電極、
ただし該電極は、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、又は
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まず、かつ外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを含まない、
前記アノード電極。
Anode electrode, which contains a free flavin compound and contains a purified FAD-dependent glucose dehydrogenase,
However, the electrode is
(i) Externally added, free of artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, or
(ii) Externally added electrons alone, free of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, and externally added electrons alone Does not contain an electron mediator having a redox potential of 0.2 V or higher, which can be received from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
The anode electrode.
請求項8に記載のアノード電極、カソード電極、及び、グルコースを含む燃料槽を有する、グルコース燃料電池。 A glucose fuel cell comprising the anode electrode, the cathode electrode, and the fuel tank containing glucose according to claim 8. 遊離型のフラビン化合物を含み、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼを含む、アノード電極、
ただし該電極は、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、又は
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まず、かつ外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを含まない、
前記アノード電極と、
カソード電極、及び、グルコースとを含む燃料槽を有する、グルコース燃料電池
Anode electrode, which contains a free flavin compound and contains purified FAD-dependent glucose oxidase ,
However, the electrode is
(i) Externally added, free of artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, or
(ii) Externally added electrons alone, free of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, and externally added electrons alone Does not contain an electron mediator having a redox potential of 0.2 V or higher, which can be received from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
With the anode electrode
A glucose fuel cell having a cathode electrode and a fuel tank containing glucose .
遊離型のフラビン化合物及び、製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを有する、グルコースセンサー、
ただし該センサーは、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、又は
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まず、かつ外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを含まない、前記センサー。
A glucose sensor with a free flavin compound and a purified FAD-dependent glucose dehydrogenase,
However, the sensor is
(i) Externally added, free of artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, or
(ii) Externally added electrons alone, free of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, and externally added electrons alone The sensor, which does not contain an electron mediator having a redox potential of 0.2 V or higher, which can receive from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
遊離型のフラビン化合物及び、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼを有する、グルコースセンサー、
ただし該センサーは、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、又は
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まず、かつ外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを含まない、前記センサー。
A glucose sensor with a free flavin compound and purified FAD-dependent glucose oxidase ,
However, the sensor is
(i) Externally added, free of artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, or
(ii) Externally added electrons alone, free of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, and externally added electrons alone The sensor, which does not contain an electron mediator having a redox potential of 0.2 V or higher, which can receive from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
フラビン化合物が固相中に固定化されている非酵素型のフラビン化合物である、請求項8に記載の電極、請求項9又は10に記載の電池又は請求項11若しくは12に記載のセンサー。 The electrode according to claim 8, the battery according to claim 9 or 10 , or the sensor according to claim 11 or 12 , wherein the flavin compound is a non-enzymatic flavin compound immobilized in a solid phase. 精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼ又は精製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼが固相中に固定化されている、請求項8又は13に記載の電極、請求項9、10又は13に記載の電池或いは請求項11、12又は13に記載のセンサー。 The electrode according to claim 8 or 13 , the battery according to claim 9 , 10 or 13 , wherein the purified FAD-dependent glucose oxidase or the purified FAD-dependent glucose dehydrogenase is immobilized in a solid phase. The sensor according to claim 11 , 12 or 13 . 遊離型のフラビン化合物を含み、製されたFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコース測定用組成物、ただし該組成物は、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、又は
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まず、かつ外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを含まない、
前記グルコース測定用組成物。
A glucose-measuring composition comprising a free flavin compound and a purified FAD-dependent glucose dehydrogenase, wherein the composition is:
(i) Externally added, free of artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, or
(ii) Externally added electrons alone, free of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, and externally added electrons alone Does not contain an electron mediator having a redox potential of 0.2 V or higher, which can be received from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
The composition for measuring glucose.
遊離型のフラビン化合物を含み、精製されたFAD依存性グルコースオキシダーゼを含む、グルコース測定用組成物、ただし該組成物は、
(i) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、人工電子メディエーターを含まない、又は
(ii) 外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、非水溶性の電子メディエーターを含まず、かつ外部から添加される、単独で電子をFAD依存性グルコースオキシダーゼ又はFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから受け取ることのできる、酸化還元電位が0.2V以上の電子メディエーターを含まない、
前記グルコース測定用組成物。
A composition for measuring glucose containing a free flavin compound and a purified FAD-dependent glucose oxidase , wherein the composition is:
(i) Externally added, free of artificial electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, or
(ii) Externally added electrons alone, free of water-insoluble electron mediators capable of receiving electrons alone from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase, and externally added electrons alone Does not contain an electron mediator having a redox potential of 0.2 V or higher, which can be received from FAD-dependent glucose oxidase or FAD-dependent glucose dehydrogenase.
The composition for measuring glucose.
フラビン化合物が以下の化学式(I)
Figure 0007032906000019

[式中、Rは存在しないか又は-CH、若しくは
Figure 0007032906000020

であり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しておりかつRはHであり、
は存在しないか、又はHであり、Rが存在しない場合には、Rが連結して描かれている窒素原子は隣接炭素原子との間に二重結合を形成しており、
は、H、リン酸基、又は
Figure 0007032906000021

である]
で表される化合物である、請求項15又は16に記載の組成物、請求項8、13若しくは14に記載の電極、請求項9、10、13若しくは14に記載の電池又は請求項11、1213若しくは14に記載のセンサー。
The flavin compound has the following chemical formula (I)
Figure 0007032906000019

[In the formula, R 1 does not exist or -CH 3 or
Figure 0007032906000020

In the absence of R 1 , the nitrogen atom depicted with R 1 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom and R 2 is H.
If R 2 is absent or H and R 2 is absent, the nitrogen atom depicted with R 2 linked forms a double bond with the adjacent carbon atom.
R3 is H , a phosphate group, or
Figure 0007032906000021

Is]
The composition according to claim 15 or 16 , the electrode according to claim 8, 13 or 14 , the battery according to claim 9, 10, 13 or 14 , or the battery according to claim 11 , 12 which is a compound represented by. , 13 or 14 .
フラビン化合物が、フラビンモノヌクレオチド、リボフラビン、ルミクロム、フラビンアデニンジヌクレオチド又はルミフラビンである、請求項15、16若しくは17に記載の組成物、請求項8、1314若しくは17に記載の電極、請求項9、1013、14若しくは17に記載の電池又は請求項11、121314若しくは17に記載のセンサー。 The composition according to claim 15 , 16 or 17 , wherein the flavin compound is flavin mononucleotide, riboflavin, lumichrome, flavin adenine dinucleotide or lumiflavin, the electrode according to claim 8, 13 , 14 or 17 . The battery according to 9, 10 , 13 , 14 or 17 , or the sensor according to claim 11 , 12, 13 , 14 or 17 . 前記(i)において、人工電子メディエーターが、キノン類、フェナジン類、ビオロゲン類、シトクロム類、チオレドキシン類、フェノキサジン類、フェノチアジン類、フェリシアン化物、フェレドキシン類、フェロセン、フェロセン誘導体、及び金属錯体である、又は
前記(ii)において、非水溶性の電子メディエーターがフェロセン、非水溶性のキノン類、非水溶性のフェナジン類、非水溶性のビオロゲン類、非水溶性のチオレドキシン類、非水溶性のフェノキサジン類、非水溶性のフェノチアジン類、非水溶性のフェレドキシン類、及び非水溶性のフェロセン誘導体である、請求項15、16、17若しくは18に記載の組成物、請求項8、13、14、17若しくは18に記載の電極、請求項9、10、13、14、17若しくは18に記載の電池又は請求項11、12、13、14、17若しくは18に記載のセンサー。
In (i) above, the artificial electron mediator is a quinone, a phenazine, a viologen, a cytochrome, a thioredoxin, a phenoxazine, a phenothiazine, a ferricianide, a ferredoxin, a ferrocene, a ferrocene derivative, and a metal complex. Or, in (ii) above, the water-insoluble electronic mediator is ferrocene, water-insoluble quinones, water-insoluble phenazines, water-insoluble viologens, water-insoluble thioredoxins, water-insoluble phenoki. The composition according to claim 15, 16, 17 or 18 , which is a sagin, a water-insoluble phenothiazine, a water-insoluble ferredoxin, and a water-insoluble ferrocene derivative, claims 8, 13, 14, and 6. 17. The electrode according to 17 or 18 , the battery according to claim 9 , 10, 13, 14, 17 or 18, or the sensor according to claim 11, 12 , 13, 14, 17 or 18.
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