JPH01265886A - 繊維、フィルム状固定化酵素用担体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は繊維、フィルム状固定化酵素用担体の製造法に
関するものである。更に詳しくは、繊維、フィルム素材
を低温プラズマ処理することにより、素材の表面領域の
活性化（ラジカル化）を行い、共重合モノマーをグラフ
ト重合させ、次いてグラフト重合物と酵素とをイオン結
合法により固定化した新規な繊維、フィルム状固定化酵
素用担体の製造法を提供するものである。

背景技術 酵素は一般に常温、常圧、中性付近という温和な条件下
で反応を進めると共に反応の基質特異性が高いことが知
られている。現在、酵素が利用されているのは食品分野
が主体であるが、合綴、発酵や化学工業においても成長
が期待されている。

酵素を触媒として工業的に利用することは、発酵工業な
どを中心に昔から行われていた。しかし、従来、酵素は
水溶液中に溶解あるいは分散させて反応に用いられ、反
応終了後は酵素は回収されず、−回の反応ごとに捨てら
れていた。

ところが、最近、酵素を安定で繰り返し使用を可能にす
る酵素固定化技術に関する研究にはめざましいものがあ
る。

このような酵素の固定化法には様々な方法が知られてい
る。これらを大別すると担体結合法、架橋法および包括
法に分けられ、担体結合法には共有結合法、イオン結合
法および物理吸着法が知られている。本発明はイオン結
合法によるものであるが、この担体例としてイオン交換
樹脂が広く知られている。

スチレン−ジビニルベンゼン共重合体にイオン交換能を
有しているイオン交換樹脂は樹脂の膨潤や流失などの点
て水中ての処理が難しい。

他方、繊維状の担体はその形態が特徴となり、大きな表
面積は酵素結合時の交換速度を早め、酵素反応にも有利
に働く。また、反応液と生成液との分離も容易となり、
不織布、織布、糸状、綿状等任意の状態での使用が可能
である。

従来より、有機繊維を固定化酵素用担体として用いた研
究例は数多く知られている。有機繊維にイオン交換能を
付与する方法として、繊維用素材の原料段階でイオン性
を有する化合物を用いる方法、繊維状で化学反応を利用
する方法などがある。有機繊維のなかでもポリエステル
系およびポリエーテル系繊維は既知のごとく、水処理や
化学薬品に対して非常に堅牢である反面化学反応に乏し
いため、イオン交換能を付与することは困難であった。

発明の目的および構成 本発明者らは上記の点に着目し、さらに産業用固定化酵
素の将来性に着目し、繊維、フィルム状の固定化酵素用
担体について鋭意広範囲な系統的研究を行った結果、繊
維、フィルム状素材を低温プラズマ照射し、共重合上ツ
マ−を素材表面にグラフト重合させ、次いで酵素を固定
化することによって所期の効果が得られることを見い出
し、本発明を完成した。

本発明の目的は、水処理および化学薬品に対して堅牢な
ポリエステル系またはポリエーテル系繊維、フィルム状
素材に酵素を堅牢に固定化した担体を提供することにあ
る。

他の目的は、これらの固定化酵素用担体を用いることに
よって、化学物質の検出を行うバイオセンサーを提供す
ることにある。

構成の説明 本発明の繊維、フィルム状素材とはポリエステル系また
はポリエーテル系繊維およびそれらのフィルムを意味す
るのであって、カチオン染料可染性あるいはアニオン染
料可染性に改質されたポリエステル繊維、フィルムも含
まれる。

表面積の大きい繊維の方がより望ましいが、フィルムで
も酵素の固定化の点て効果が見られる。

また、反応容器に導入された素材の形状は、ＴｏＷ状、
繊維状、短繊維状、不織布、フィルム、織布、糸状、ス
ライバー状などが考えられるが、いずれも本発明に適用
する。

本発明の繊維、フィルム状素材を低温プラズマ照射し、
素材表面領域の活性化を行うプラズマ処理条件の決定要
素はガスの成分、圧力、流量であり、さらに出力、処理
時間であり、これらによりグラフト重合の可能性が決定
される。

本発明のプラズマガスは窒素、酸素、水素、アルゴン、
ネオン、ヘリウム、空気、水蒸気、塩素、アンモニア、
−酸化炭素、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化窒素、二
酸化イオウ等が有り、さらに重合性プラズマガスがあり
、これらは単独または混合して使用可能である。

本発明の目的を達成するには、プラズマガスの分圧１ト
ル以下、より好ましくは１０−１トル以下の雰囲気とす
ることが望ましい。　１トルを越える分圧をもつプラズ
マ雰囲気中では、プラズマ処理の効果が急激に低下する
。プラズマガスの流量は反応器の容積およびプラズマガ
スの分圧により決定される。１ 出力は一般に２００ワツト以下で使用される場合が多い
が、処理時間との組合せにより目的の性能をうることが
可能である。

プラズマガスを繊維、フィルム素材の表面に作用させる
場合、多くの組合せが考えられる。

すなわち、反応器の構造、電源の種類、周波数、放電形
式および電極の位置などさまざまの選択が可能である。

プラズマ処理にあたり、電源としては高周波（１３，５
６ＭＨｚ）、マイクロ波（２−４５ＧＨ２）、低周波（
＠ＫＨ２）などがある。放電方式としてはグロー放電が
有効である。また、電極の位置については内部式および
外部式等があるが、次のグラフト重合処理を考えれば外
部式の方が操作が容易である。

本発明のグラフト重合とはプラズマ処理によって活性化
（ラジカル化）された繊維、フィルム状素材表面に共重
合モノマーをグラフトさせることを意味するのであって
、プラズマ処理後、−置火気中に取り出してグラフト重
合させても良いが、真空状態のままでグラフト重合させ
る方が望ましい。

本発明の共重合モノマーとは特許請求の範囲第３項記載
の化学式（Ｉ）、　（ＩＩ　’）に示されるイオン性の
ある千ツマ−を意味する。

この発明によって固定化することのできる酵素とは、グ
ルコースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、イン
ベルターゼ、グルコースイソメラーゼ、リパーゼ、ウレ
アーゼなどが挙げられ、これらのうち２種以上を同時に
用いる場合もありうる。

発明の効果 本発明の特徴は反応性の少ないポリエステル系、ポリエ
ーテル系の繊維、フィルム素材に低温プラズマ処理によ
って表面活性化を行い、酵素とイオン結合する共重合性
モノマーをグラフト重合させることにより、容易に反応
基を導入し担体結合法を応用した新規な固定化酵素用担
体を提供することにある。

さらに、繊維と酵素の間の結合力が強く、持続性、活性
も大きいため酵素の固定化の効率が高くかつ表面積が大
きいことから酵素反応効率も向上するなど多くの特徴を
有している。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

なお、実施例中のグラフト率、活性保持率は次の方法に
て測定した。

ａグラフト率 グラフト重合した繊維を洗浄によって、ホモポリマーな
どを除去した後の乾燥重量とグラフト処理前の乾燥重量
の差からグラフト率を求めた。

処理後重量−処理前重量 す活性保持率 酵素固定化繊維を塩酸水溶液で処理した後、十分水洗し
、１回目に測定したときの酵素活性をＡ１とし、しかる
のち、緩衝液中に酵素固定化繊維を３０日間浸せきして
おいた後の酵素活性をＡ２とし、その比を求めた。

活性保持率（％）＝Ａ２／Ａｌｘ１ＯＯ実施例１ アルカリ減量処理を行ったポリエステル繊維＋１００ｘ
２１００ｘ２００をφ１００×２００關のガラス製チャ
ンバー内に吊り下げ、チャンバー内を十分脱気した後、
０．５トルの圧力になるよう水蒸気を導入した。そして
、　］、　３．５６　ＭＨｚの高周波発生装置に結線し
た２枚の電極板間にチャンバーを設置し、２５ｗの出力
でプラズマ状態を発生させ、ポリエステル繊維に６０秒
間プラズマ照射を行った。その後、ジメチルアミンエチ
ルメタクリレート（または、この単量体にメタクリル酸
ヒドロキシエチルなどを一定の割合で混合したもの）の
１０％水溶液を加えて、　５０〜６０°Ｃで１５時間反
応させた。得られたグラフト繊維を沸騰水浴中て処理し
、乾燥後秤量した。該グラフト繊維のグラフト率は４５
％であった。該グラフト繊維をＩＮの塩酸に浸せきし、
蒸留水で充分洗浄し、　インベルターゼ（東洋紡製）０
，２重量％水溶液に２４時間浸せきした復、充分水洗す
ることにより、酵素固定化繊維を得た。

該酵素固定化繊維を５％のサッカロースを含む酢酸緩衝
液（ＰＨ５，０）５０ｍｌに浸せきし、２５°Ｃで５分
間加水分解反応を行い、グルコースの生成量を発色法で
測定することにより、固定化酵素の活性を求めた。また
、該酵素固定化繊維を酢酸緩Ｓ液に３０日間浸せきして
おいた後の活性保持率を求めたところ、次のとおりであ
った。

固定化酵素活性　−−−−−−−−３３００Ｕ／ｇ繊維
活性保持率　　　　　　　　　９０％ −１１＝ 実施例２ 実施例１のグラフト繊維をアルコールオキシダーゼ（東
洋紡製）またはグルコースオキシダーゼ（東洋紡製）水
溶液に冷暗所で２４時間浸せきした後、充分水洗するこ
とにより、アルコールオキシダーゼ固定化繊維またはグ
ルコースオキシダーゼ固定化繊維を得た。このようにし
て得られたアルコールオキシダーゼ固定化繊維またはグ
ルコースオキシダーゼ固定化繊維をそれぞれガルバニタ
イプ酸素電極に装着して酵素電極とし、エチルアルコー
ルとグルコースに対する応答性を調べた。その結果を第
１図または第２図に示す。第１図から明らかなように、
エチルアルコール濃度と電極に発生する電流減少値の間
は良好な相関が認められる。第２図においても同様であ
る。また、この酵素電極を用いて、発酵過程の清酒中の
エチルアルコール濃度を測定した結果を第１表に示す。

なお、第１表にはガスクロマトグラフィーによる分析結
果を併記した。

第１表 このことから、この酵素固定化繊維はバイオセンサーと
して、清酒中のエチルアルコール及びグルコースの測定
に利用できることがわかる。

実施例３ 実施例１と同様のポリエステル繊維、装置ならびに実験
条件で第２表に示す共重合モノマーを用いたグラフト繊
維を作成した。該グラフト繊維を実施例１と同様にイン
ベルターゼを固定化し、得られた酵素固定化繊維の活性
及び活性保持率を測定したところ第２表のような酵素活
性を有する繊維が得られた。

第２表 実施例４ 実施例１と同様の装置並びに実験条件を用いて、ポリエ
ステルフィルム（１００Ｘ　２００　ｍｍ）、ポリエー
テル繊維（１００ｘ２００ｍｍ）、改質ポリエステル繊
維（カチオン可染性ポリエステル繊維：　　１００　Ｘ
　２００　ｍｍ）それぞれについて、　ジメチルアミノ
エチルメタクリレート（Ｒ＼ ＋　　＝　ＣＨ３、Ｒ２＝Ｃ＼Ｈ３、Ｒ３”ＣＨ３、ｎ
＝２）単量体の１０％水溶液でグラフトフィルムおよび
グラフト繊維を作成した。該グラフトフィルムおよびグ
ラフト繊維を実施例１と同様にインベルターゼを固定化
し、得られた酵素固定化フィルムおよび繊維の活性およ
び活性保持率を測定したところ、第３表のような酵素活
性を有するフィルムおよび繊維が得られた。

第３表

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明実施例２の酵素電極における
エチルアルコール濃度及びグルコース濃度と電流減少値
の関係を示すものである。 手　　続　　補　　正　　書 昭和６３年９月１０日 １、事件の表示 昭和６３年特許願第９４２７８号 ２、発明の名称 センイ　　　　　　　　　　　シ゛ヨウコテイ加ウソ　
ヨウタンクイ　　セイソ゛ウホウ繊維、フィルム状固定
化酵素用担体の製造法３、補正をする者

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、繊維、フィルム状素材を低温プラズマ照射し、共重
   合モノマーを素材表面にグラフト重合させ、ついでイオ
   ン結合法による酵素の固定化を特徴とする繊維、フィル
   ム状固定化酵素用担体の製造法。 ２、繊維、フィルム状素材がポリエステル系またはポリ
   エーテル系である特許請求の範囲第１項記載の製造法。 ３、共重合モノマーが下記化学式（ I ）または（II）
   で示される特許請求の範囲第１項記載の製造法。 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（II） （ここで、Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３、Ｒ＿４は水素原子
   または低級アルキル基で、ｎは正数をそれぞれ意味する
   。） ４、低温プラズマ照射がガス圧０．０１〜１０トルの無
   機ガスの低温プラズマ処理である特許請求の範囲第１項
   記載の製造法。