JPH0235933B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、固定化酵素電極（以下酵素電極と略
す）の製造方法に関し、特に電気化学的妨害物質
の影響を受けず、感度、応答速度に優れた酵素電
極の製造方法に関するものである。 （従来の技術） 酵素反応を生体物質や食品等に含まれる目的物
質の定量に用いることは、その反応速度の速さ及
び基質特異性を有する等の利点から広く行われて
いる。 特に酵素電極を用いた目的物質の濃度測定法は
微量の酵素を反復利用する可能性を開き、その応
用範囲を医療、食品、薬品分析等に広げつつあ
る。一定電圧を酵素電極に印加しながら、酵素反
応による生成物の電極反応に伴う電流値を計測す
るアンペロメトリツク法は、一般に電極構成が簡
単で、かつ高感度化が可能であり、特に反応に際
し過酸化水素を形成するオキシダーゼ（H₂O₂形
成オキシダーゼと略す）反応系を利用する電極は
応答速度、感度共に比較的優れるため広く研究さ
れている。しかしこの方法には被検体中に還元物
質が混入していると、その影響を受け目的物質の
濃度を正確に測定出来ないという欠点がある。 例えばグルコースオキシダーゼ（GOD）を用
いたグルコース定量の場合、(i)式により生じた過
酸化水素は、飽和カロメル電極（以下SCEと略
す）に対して＋0.6V前後の電圧で(ii)式の如く電
極反応を起こす。この時に流れる電流量はグルコ
ース濃度に比例することから、グルコース濃度の
定量が可能となる。 グルコース＋酸素→δ−グルコノラクトン＋
H₂O₂ (i) H₂O₂→O₂＋2H⁺＋2e^- (ii) 酵素による反応(i)は測定目的物質であるグルコ
ースに対し高度の基質特異性を有するが、電極反
応(ii)は種々の還元物質つまり妨害物質が電極上で
酸化されるため、測定電流には妨害物質が酸化さ
れた時に生じる電流が上乗せされ、測定誤差を生
じる。食品、生体液中に存在する妨害物質には、
アスコルビン酸、尿素、還元型グルタチオン、チ
ロシン等が知られている。 従来上記の問題を解決するために、最も多く用
いられてきた手法としては、前記のオキシダーゼ
反応により生じる過酸化水素を測定する系におい
て、固定化酵素層と白金等の導電性基体間にアセ
チルセルロース等から成る選択透過膜を設け、過
酸化水素のみが透過する条件下で測定を実施する
ものがある。しかしながら、選択透過膜−酵素層
複合系と導電性基体との間に電解液、緩衝液等で
満たされた間隙が存在するので、酵素反応で生じ
た過酸化水素が選択透過膜及び間隙に拡散するの
に時間を要し、応答速度の向上を阻む要因となつ
ている。また過酸化水素が間隙中で希釈されるた
め電気検出系を極度に高感度化する必要がある。 このような問題に対しては選択透過膜を薄く
し、過酸化水素が膜を透過し易くすることが考え
られるが、妨害物質も一部透過してしまう欠点が
ある。また電極系全体をミクロ化すれば拡散、希
釈による応答速度の遅れは防げるが、電極面積の
低下による電流量の減少によつて電流検出系製作
上の問題が残り、好ましいものではない。さらに
アセチルセルロース膜等の選択透過膜をキヤステ
イングの手法を用いて導電性基体上に直接作成す
ることが考えられるが、従来の選択透過膜の材質
では導電性基体と選択透過膜間の付着力が弱く耐
久性の点で満足できるものではない。この欠点
は、特に分析の自動化・高速化を進める上で不可
欠のフロー型測定装置では選択透過膜に液の流れ
に基づく剪断力が加わるため、大きな開発上の制
約となつている。 （発明が解決しようとする問題点） かかる現状に鑑み本発明者等は、妨害物質の影
響を有効に除去した酵素電極の製造法に関し鋭意
研究の結果、導電性基体上に特定の条件で架橋ア
ルブミン層を形成し、その上に酵素層を形成する
ことにより妨害物質の影響を受けず、感度、応答
速度、耐久性、長期安定性に優れた酵素電極が得
られることを見出し本発明を完成するに至つた。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、導電性基体上に0.1〜0.5重量％濃度
の多官能基性アルデヒドを含むアルブミン溶液を
塗布し、０〜10℃の温度範囲で架橋アルブミン層
を形成後、該架橋アルブミン層上に0.5重量％濃
度以下の多官能基性アルデヒドとH₂O₂形成オキ
シダーゼを含有する溶液を塗布してH₂O₂形成オ
キシダーゼ含有層を形成することを特徴とする酵
素電極の製造方法である。 （作用） 本発明においては、導電性基体として白金また
はグラフアイト製の棒状あるいは板状体が用いら
れる。導電性基体は、酵素電極感度をロツト差を
なくすため、先づ紙やすりやアルミナ粉末等で研
磨し、希釈酸水溶液中で三角波電位走査する等の
方法で清浄化処理することが望ましい。 次に第１図に示すように、アルブミンを蒸留水
等に溶解し、多官能基性アルデヒドを加えた混合
液を導電性基体１上に塗布し、選択透過性を有す
る架橋アルブミン層２を形成する。アルブミンは
付着力が強いため耐久性に優れた酵素電極が得ら
れる。この際、多官能基性アルデヒドの濃度が高
すぎると良好な選択透過性が得られず、妨害物質
を一部透過するものとなる。これは多官能基性ア
ルデヒドによりアルブミンの高次構造が変化する
ためと推測される。逆に濃度が低すぎるとアルブ
ミンの架橋が不充分で長期使用に耐えるものが出
来ないため、多官能基性アルデヒドの濃度は0.1
〜0.5重量％（以下、単に％と表記する）に調整
する必要がある。多官能基性アルデヒドとしては
グルタルアルデヒド、スクシンジアルデヒド、グ
ルオキサール等が挙げられるが、グルタルアルデ
ヒドは酵素の活性を阻害し難いため好ましい。溶
液中のアルブミン濃度は均一な塗布を行うために
0.1〜５％とすることが好ましい。またアルブミ
ン塗布量は５〜50ｇ／m²程度である。溶媒に塩類
を含む緩衝液を使用すると後述する架橋反応時に
塩類が析出し、均一な架橋アルブミン層の形成を
防げるため、蒸留水のみを用いるが、PHを制御す
る場合は酢酸、アンモニア等の析出しないものを
使用することが望ましい。 次に塗布したアルブミン層を適度な条件下で架
橋反応させるが導電性基体１に上記のアルブミン
溶液を塗布した後、そのまま室温に保持して架橋
反応を行うと選択透過性に優れたものは得られな
い。これは室温下では架橋反応が速く進むが、部
分的に不均一に進行するためと推測される。この
ため多官能基性アルデヒドの濃度を規制すると同
時に架橋反応を特定の条件下で行う必要がある。 而して導電性基体１にアルブミン溶液を塗布し
た後、先づ０〜10℃の温度範囲、より好ましくは
２〜８℃で架橋反応を行う。本発明においては架
橋反応の初期段階を上記温度範囲で行うため反応
が均一に進み選択透過性の優れた膜が得られる。
かかる架橋反応を長期間行うと逆に選択透過性が
損なわれるので通常20分〜24時間、より好ましく
は、30分〜４時間行う。この際、多官能基性アル
デヒド濃度の変化とアルブミン層の乾燥を防ぐた
めに、密封容器中に多官能基性アルデヒド水溶液
を入れ、その飽和蒸気存在下で反応を行うことが
好ましい。 上記の架橋反応後直ちにH₂O₂形成オキシダー
ゼ含有層を形成することも可能であるが、飽和蒸
気存在下から導電性基体１に架橋アルブミン層２
を形成した試料を取り出し10℃〜50℃下で処理を
行うと、第２図に示すように過剰の多官能基性ア
ルデヒド及び水分を除き、架橋反応を完結させる
ことが出来る。かかる処理は40℃の場合15分〜30
分で完了する。 次に、第３図に示すように、得られた架橋アル
ブミンの選択透過層上にH₂O₂形成オキシダーゼ
含有層３を形成する。先づ多官能基性アルデヒド
とH₂O₂形成オキシダーゼを含有す溶液、または
これにアルブミンをさらに加えた溶液を塗布する
が、多官能基性アルデヒドは架橋アルブミン層２
へも浸透して行くため、その濃度が高いと架橋ア
ルブミン層２の選択透過性が損なわれる。従つて
多官能基性アルデヒド濃度は0.5％以下、好まし
くは架橋アルブミン層２を形成するのに用いた溶
液中の濃度以下とする必要がある。ただし通常オ
キシダーゼを固定するためには0.1％濃度以上の
多官能基性アルデヒドが必要である。かかるオキ
シダーゼ含有溶液には緩衝液を用いることが出来
るが、0.1mol／以下の希薄なものを用いた方
が先に形成した架橋アルブミン層２を破損せず好
ましい。固定化に要する時間は架橋アルブミン層
２を形成する場合よりも短時間で充分である。 なお、本発明において架橋アルブミン層２の導
電性基体１への付着力をさらに強める目的で公知
のシランカツプリング剤を用いた化学結合処理を
行うこともできる。 本発明の製造方法によれば、過酸化水素を透過
し、妨害物質を通さない優れた選択透過層を有す
る酵素電極が得られる。また本発明では特定の選
択透過層が導電性基体上に直接形成されるため、
過酸化水素の不必要な希釈は起こらず、感度、応
答速度に優れ、耐久性、長期安定性にも優れた酵
素電極が得られる。 以下に実施例を示すが、本発明は、これに限定
されるものではない。なお、％は重量％を示す。 実施例 １ 直径２mmの白金線表面を紙やすりと0.5μｍ径の
アルミナ粉末で研磨後、0.1mol／の硫酸水溶
液に浸漬し、対SCE−0.3V〜＋1.3Vの電位範囲
で1.0V／secの速度で三角波電位走査を５分間反
復し、さらに蒸留水で洗浄後、40℃で15分間乾燥
して電気化学的に清浄な表面を得た。 電極表面が水平になるように固定し、２％ウシ
血清アルブミン（Sigma社製；フラクシヨンＶ）
水溶液に0.2％になるようにグルタルアルデヒド
を添加した液をマイクロシリンジで5μ点滴し
た。この試料を、グルタルアルデヒド水溶液を入
れ飽和蒸気雰囲気とした密封容器に入れ、４℃で
２時間放置した。更に試料を密封容器より取り出
し40℃で30分間処理した。 次に１％グルコースオキシダーゼ（Sigma社
製；Type 、36000units／ｇ）と１％のウシ
血清アルブミンを含む0.1mol／リン酸ナトリ
ウム緩衝液（PH7.0）に0.2％になるようにグルタ
ルアルデヒドを加え、この2.5μを架橋アルブミ
ン層表面に点滴した。これを40℃で30分間処理
後、0.1mol／リン酸ナトリウム緩衝液（PH7.0）
で洗浄して酵素電極を得た。これをフロー型測定
装置のセルに装着し、ポテンシオスタツトを用い
て対極との電位を＋0.6Vに設定し、ポンプでPH
7.0の緩衝液を1.0ml／minの速度で流し、注入口
より10ｍＭの過酸化水素、グルコース、アスコル
ビン酸水溶液と10μずつ注入して、それぞれの
ピーク電流値を比較した。この結果を第１表に示
す。 比較例 １ 架橋アルブミン層を形成せずに、グルコースオ
キシダーゼ含有量を直接白金線上に形成した以外
は実施例１と同様に測定を行つた。その結果を第
１表に示す。 比較例 ２ 直径２mmの白金線表面を実施例１と同様に清浄
処理し、架橋アルブミン層を形成した。 次に１％グルコースオキシダーゼ（Sigma社
製；Type 、36000units／ｇ）と１％のウシ
血清アルブミンを含む0.1mol／リン酸ナトリ
ウム緩衝液（PH7.0）に1.0％になるようにグルタ
ルアルデヒドを加え、架橋アルブミン層表面に点
滴して実施例１と同様にグルコースオキシダーゼ
含有量を形成し、同様の測定を行つた。この結果
を第１表に示す。 本発明にかかる実施例１では過酸化水素、グル
コースには応答を示すが、妨害物質であるアスコ
ルビン酸には応答を示さず、良好な選択透過層が
形成されたことがわかる。これに対し架橋アルブ
ミン層を有さない比較例１では過酸化水素、グル
コースに対する応答は実施例１とほぼ同じである
が、アスコルビン酸に対して過酸化水素の約６割
の応答を示しており妨害物質の影響が大きいこと
が判る。 グルコースオキシダーゼ含有溶液のグルタルア
ルデヒド濃度を1.0％とした比較例２では、アス
コルビン酸に対して過酸化水素の約３割の応答を
示しており、架橋アルブミン層がアスコルビン酸
を透過させていることが判る。これはオキシダー
ゼ含有量より高濃度のグルタルアルデヒドが架橋
アルブミン層へ浸透するためその選択透過性が損
なわれたためである。

【表】 第１表における各数字は、過酸化水素、グ
ルコース、アスコルビン酸に対する応答感度
を示すものである。
（効果） 本発明は妨害物質の影響を除去した正確、かつ
高感度の酵素電極製造方法であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の酵素電極の製造方法
における各工程を例示するもので、第１図は導電
性基体上に架橋アルブミン層を形成する工程、第
２図は該架橋アルブミン層における架橋反応を完
結させる工程、第３図はH₂O₂形成オキシダーゼ
含有層を形成する工程を示すものである。 １……導電性基体、２……架橋アルブミン層、
３……H₂O₂形成オキシダーゼ含有層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導電性基体上に0.1〜0.5重量％濃度の多官能
   基性アルデヒドを含むアルブミン溶液を塗布し、
   ０〜10℃の温度範囲で架橋アルブミン層を形成
   後、該架橋アルブミン層上に0.5重量％濃度以下
   の多官能基性アルデヒドとH₂O₂形成オキシダー
   ゼを含有する溶液を塗布してH₂O₂形成オキシダ
   ーゼ含有層を形成することを特徴とする酵素電極
   の製造方法。