JPH0136062B2 - - Google Patents
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- JPH0136062B2 JPH0136062B2 JP55068348A JP6834880A JPH0136062B2 JP H0136062 B2 JPH0136062 B2 JP H0136062B2 JP 55068348 A JP55068348 A JP 55068348A JP 6834880 A JP6834880 A JP 6834880A JP H0136062 B2 JPH0136062 B2 JP H0136062B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/001—Enzyme electrodes
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- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は酵素の特異的触媒作用を利用し、基質
濃度を迅速かつ簡便に測定することができ、しか
も連続使用、繰り返し使用の可能な高選択性の酵
素電極を得ることを目的とする。
濃度を迅速かつ簡便に測定することができ、しか
も連続使用、繰り返し使用の可能な高選択性の酵
素電極を得ることを目的とする。
近年、酵素固定化技術の進歩に伴い、酵素反応
と電気化学反応を組み合わせることにより、酵素
と特異的に反応する物質である基質の濃度を検出
することが各種試みられている。その一例とし
て、酵素反応で生成した過酸化水素（H2O2）を
電気化学的に検知する方法がある。すなわち以下
の(1)、(2)式に例を示す様に、まず酸素を水素受容
体とする酸化還元酵素（例えばグルコースオキシ
ダーゼ）の作用により基質（グルコース）が酸化
されてH2O2が生成する。次に、この生成した
H2O2を白金電極などを用いて酸化し、この時得
られる酸化電流値から基質（グルコール）の濃度
を知ることができる。
と電気化学反応を組み合わせることにより、酵素
と特異的に反応する物質である基質の濃度を検出
することが各種試みられている。その一例とし
て、酵素反応で生成した過酸化水素（H2O2）を
電気化学的に検知する方法がある。すなわち以下
の(1)、(2)式に例を示す様に、まず酸素を水素受容
体とする酸化還元酵素（例えばグルコースオキシ
ダーゼ）の作用により基質（グルコース）が酸化
されてH2O2が生成する。次に、この生成した
H2O2を白金電極などを用いて酸化し、この時得
られる酸化電流値から基質（グルコール）の濃度
を知ることができる。
グルコース＋O2グルコースオキシターゼ
――――――――――――→
グルコノラクトン＋H2O2 ……(1)
H2O2→2H+＋2e＋O2 ……(2)
しかしながら酵素は水溶性であるので、高価な
酵素の繰り返し使用を可能ならしめるためには、
適当な方法により酵素を過酸化水素検知用電極の
近傍に固定化（不溶化）する必要がある。従来、
過酸化水素検知方式の酵素電極の構成としては、
検知用電極として白金板を用い、この電極近傍に
酵素を固定化した膜を配置している。このような
膜を用いることにより酵素の固定化は容易となる
が、被検液中の基質は膜中を拡散することにな
り、これに基づく応答の遅れが生ずる。この様な
応答の遅れは、特に多数の被検物を連続的に分析
する際に問題となる。基質濃度変化に対し迅速な
応答を示す酵素電極を得るためには、白金板上に
酵素を直接固定化する方法が考えられる。しか
し、白金板上への酵素の固定化が困難であること
や、高価な白金板の再使用などに課題が残る。
酵素の繰り返し使用を可能ならしめるためには、
適当な方法により酵素を過酸化水素検知用電極の
近傍に固定化（不溶化）する必要がある。従来、
過酸化水素検知方式の酵素電極の構成としては、
検知用電極として白金板を用い、この電極近傍に
酵素を固定化した膜を配置している。このような
膜を用いることにより酵素の固定化は容易となる
が、被検液中の基質は膜中を拡散することにな
り、これに基づく応答の遅れが生ずる。この様な
応答の遅れは、特に多数の被検物を連続的に分析
する際に問題となる。基質濃度変化に対し迅速な
応答を示す酵素電極を得るためには、白金板上に
酵素を直接固定化する方法が考えられる。しか
し、白金板上への酵素の固定化が困難であること
や、高価な白金板の再使用などに課題が残る。
本発明者らは、上記諸点について種々検討した
結果、優れた特性を有する酵素電極を見出した。
本発明による酵素電極の一構成例の断面模式図を
第１図に示す。図中、１はグルコースオキシダー
ゼなどの酸化還元酵素を固定化してなる層、２は
過酸化水素検知用の白金層、３は例えばグラフア
イト等のカーボンを主体とする加圧成型体からな
る導電性基体であり、これらの各層は一体化され
ている。
結果、優れた特性を有する酵素電極を見出した。
本発明による酵素電極の一構成例の断面模式図を
第１図に示す。図中、１はグルコースオキシダー
ゼなどの酸化還元酵素を固定化してなる層、２は
過酸化水素検知用の白金層、３は例えばグラフア
イト等のカーボンを主体とする加圧成型体からな
る導電性基体であり、これらの各層は一体化され
ている。
本発明の特徴は、導電性基体上に白金層を設け
て過酸化水素検知用の電極を構成し、この電極上
に酵素を直接固定化した点にある。すなわち、本
発明の酵素電極においては、必要最小限の白金層
を設けることにより過酸化水素を検知し、かつ導
電性基体は白金層に対する電気的接続を得るとと
もに、酵素固定化用担体をも兼ねるものである。
この様に構成することにより、酵素の密着固定化
は容易となり、膜を用いないため迅速な応答が得
られる。
て過酸化水素検知用の電極を構成し、この電極上
に酵素を直接固定化した点にある。すなわち、本
発明の酵素電極においては、必要最小限の白金層
を設けることにより過酸化水素を検知し、かつ導
電性基体は白金層に対する電気的接続を得るとと
もに、酵素固定化用担体をも兼ねるものである。
この様に構成することにより、酵素の密着固定化
は容易となり、膜を用いないため迅速な応答が得
られる。
導電性基体としては、電気化学的に安定な性質
を有することが条件であり、前述のカーボンを主
体とする加圧成型体はこの様な条件を満たすもの
であり、かつ、その成型体表面の微細な凹凸形状
を利用して白金層及び酵素を強固に固定一体化し
得るものである。これら導電性基体上への白金層
の形成は、下地の性質に合わせて、蒸着法、熱分
解法、アルデヒドなどを用いる化学環元法、ある
いは電解法などの方法で行なうことができる。必
要な白金量としては、例えば電解法の場合、導電
性基体に対し200〜400ミリクーロン／cm2（厚さ
1μｍ以下）相当量の電解で充分であり、コスト
の点からも有利である。この様な白金の薄層を設
けた基体上に酵素を直接固定化することにより、
応答特性に優れ、かつ連続使用、繰り返し使用の
可能な酵素電極を得ることができる。
を有することが条件であり、前述のカーボンを主
体とする加圧成型体はこの様な条件を満たすもの
であり、かつ、その成型体表面の微細な凹凸形状
を利用して白金層及び酵素を強固に固定一体化し
得るものである。これら導電性基体上への白金層
の形成は、下地の性質に合わせて、蒸着法、熱分
解法、アルデヒドなどを用いる化学環元法、ある
いは電解法などの方法で行なうことができる。必
要な白金量としては、例えば電解法の場合、導電
性基体に対し200〜400ミリクーロン／cm2（厚さ
1μｍ以下）相当量の電解で充分であり、コスト
の点からも有利である。この様な白金の薄層を設
けた基体上に酵素を直接固定化することにより、
応答特性に優れ、かつ連続使用、繰り返し使用の
可能な酵素電極を得ることができる。
以下、本発明の一実施例について説明する。
まず、グラフアイト90重量部に結着剤としてフ
ツ素樹脂粉末10重量部を混合したものを加圧成型
してペレツト状の導電性基体を構成し、次に塩化
白金酸水溶液から電解法で前記基体表面に白金層
を設けて過酸化水素検知用電極とした。この電極
上にグルコースオキシダーゼ水溶液を塗布し、少
し乾燥した後、グルタルアルデヒド蒸気中にて25
℃で約１時間反応させて架橋固定化し、この後、
十分水洗して未反応物を除去した。こうして得ら
れた本発明の酵素電極をＡとする。
ツ素樹脂粉末10重量部を混合したものを加圧成型
してペレツト状の導電性基体を構成し、次に塩化
白金酸水溶液から電解法で前記基体表面に白金層
を設けて過酸化水素検知用電極とした。この電極
上にグルコースオキシダーゼ水溶液を塗布し、少
し乾燥した後、グルタルアルデヒド蒸気中にて25
℃で約１時間反応させて架橋固定化し、この後、
十分水洗して未反応物を除去した。こうして得ら
れた本発明の酵素電極をＡとする。
比較のための従来の酵素電極として次のものを
作製した。酵素固定化用担体膜として、ポリカー
ボネート多孔膜（膜厚8μｍ、孔径10μｍ、孔密度
１×105個／cm2）を用い、この膜にグルコースオ
キシダーゼ水溶液を塗布し、少し乾燥させた後、
前記と同様にして架橋固定化した。得られた酵素
固定化膜を白金板からなる過酸化水素検知用電極
に密着固定し、酵素電極とした。この電極をＢと
する。
作製した。酵素固定化用担体膜として、ポリカー
ボネート多孔膜（膜厚8μｍ、孔径10μｍ、孔密度
１×105個／cm2）を用い、この膜にグルコースオ
キシダーゼ水溶液を塗布し、少し乾燥させた後、
前記と同様にして架橋固定化した。得られた酵素
固定化膜を白金板からなる過酸化水素検知用電極
に密着固定し、酵素電極とした。この電極をＢと
する。
上記で得られたＡ、Ｂの酵素電極を用いて、第
２図に示す測定系により、グルコースの濃度変化
に対する応答特性を測定した。第２図において、
４は記録計、５はポテンシヨスタツト、６は飽和
カロメル参照極、７は下端部に酵素電極を装着し
た樹脂製の電極ホルダーであり、リードを介して
ポテンシヨスタツトに接続されている。８は基質
を含むリン酸緩衝液、９は塩橋、１０は対極であ
る。
２図に示す測定系により、グルコースの濃度変化
に対する応答特性を測定した。第２図において、
４は記録計、５はポテンシヨスタツト、６は飽和
カロメル参照極、７は下端部に酵素電極を装着し
た樹脂製の電極ホルダーであり、リードを介して
ポテンシヨスタツトに接続されている。８は基質
を含むリン酸緩衝液、９は塩橋、１０は対極であ
る。
酵素電極を液中に浸漬し、H2O2を酸化するに
十分な電位に設定した後、撹拌しながらグルコー
スを添加して所定の濃度とし、このときの電流変
化を測定した。
十分な電位に設定した後、撹拌しながらグルコー
スを添加して所定の濃度とし、このときの電流変
化を測定した。
グルコースを添加し、濃度を１×10-4モル／
としたときのＡ、Ｂ各酵素電極の応答の経時変化
を第３図に示す。本発明の酵素電極Ａは電流の増
加量も大きく、しかも５秒程度で定常値に達する
など迅速な反応を示しており、優れた特性を有す
ることがわかる。さらに、第４図に示すごとく、
グルコース濃度変化に対しても、直線性を失うこ
となく大きな応答が得られるなど、その応答特性
の向上は著しい。また、本発明の酵素電極は、測
定洗浄の繰り返し使用に対しても長時間その応答
特性を維持するなど優れたものであつた。
としたときのＡ、Ｂ各酵素電極の応答の経時変化
を第３図に示す。本発明の酵素電極Ａは電流の増
加量も大きく、しかも５秒程度で定常値に達する
など迅速な反応を示しており、優れた特性を有す
ることがわかる。さらに、第４図に示すごとく、
グルコース濃度変化に対しても、直線性を失うこ
となく大きな応答が得られるなど、その応答特性
の向上は著しい。また、本発明の酵素電極は、測
定洗浄の繰り返し使用に対しても長時間その応答
特性を維持するなど優れたものであつた。
適用可能な酵素としては、グルコースオキシダ
ーゼの他に、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸
オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ア
ルコールオキシダーゼなど酵素反応でH2O2を生
成する酸化還元酵素であれば良い。さらにはこれ
らの酵素を含む複合酵素系にも適用できる。
ーゼの他に、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸
オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ア
ルコールオキシダーゼなど酵素反応でH2O2を生
成する酸化還元酵素であれば良い。さらにはこれ
らの酵素を含む複合酵素系にも適用できる。
以上述べたごとく、本発明の酵素電極は応答の
迅速性、感度に優れ、繰り返し使用が可能である
など、その工業的価値は大である。
迅速性、感度に優れ、繰り返し使用が可能である
など、その工業的価値は大である。
第１図は本発明の酵素電極の一構成例を示す断
面模式図、第２図は測定系を示す図、第３図はグ
ルコース添加に対する応答の経時変化を示す図、
第４図はグルコース濃度に対する応答特性を示す
図である。 １……酵素固定化層、２……白金層、３……導
電性基体。
面模式図、第２図は測定系を示す図、第３図はグ
ルコース添加に対する応答の経時変化を示す図、
第４図はグルコース濃度に対する応答特性を示す
図である。 １……酵素固定化層、２……白金層、３……導
電性基体。
Claims (1)
- １ カーボンを主成分とする加圧成型体からなる
導電性基体上に白金層を設けてなる過酸化水素検
知用の電極と、この電極上に直接固定化してなる
酸化還元酵素層とを備えたことを特徴とする酵素
電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6834880A JPS56163447A (en) | 1980-05-22 | 1980-05-22 | Enzyme electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6834880A JPS56163447A (en) | 1980-05-22 | 1980-05-22 | Enzyme electrode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56163447A JPS56163447A (en) | 1981-12-16 |
| JPH0136062B2 true JPH0136062B2 (ja) | 1989-07-28 |
Family
ID=13371228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6834880A Granted JPS56163447A (en) | 1980-05-22 | 1980-05-22 | Enzyme electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56163447A (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8612861D0 (en) * | 1986-05-27 | 1986-07-02 | Cambridge Life Sciences | Immobilised enzyme biosensors |
| WO1988007193A1 (en) * | 1987-03-12 | 1988-09-22 | Japan, As Represented By President Of National Reh | Immobilization of biofunctional material, element prepared therefrom and measurement using the same |
| EP0308514B1 (en) * | 1987-03-13 | 1994-03-30 | JAPAN, as represented by PRESIDENT OF NATIONAL REHABILITATION CENTER FOR THE DISABLED | Method of fabrication of a biomicroelectrode |
| GB8724446D0 (en) * | 1987-10-19 | 1987-11-25 | Cambridge Life Sciences | Immobilised enzyme electrodes |
| GB8817997D0 (en) * | 1988-07-28 | 1988-09-01 | Cambridge Life Sciences | Enzyme electrodes & improvements in manufacture thereof |
| US8974386B2 (en) | 1998-04-30 | 2015-03-10 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
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1980
- 1980-05-22 JP JP6834880A patent/JPS56163447A/ja active Granted
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| JPS56142448A (en) * | 1980-04-09 | 1981-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Engyme electrode |
Also Published As
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|---|---|
| JPS56163447A (en) | 1981-12-16 |
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