JPH0299850A - 酵素およびメディエーターの固定化方法 - Google Patents
酵素およびメディエーターの固定化方法Info
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- JPH0299850A JPH0299850A JP63252422A JP25242288A JPH0299850A JP H0299850 A JPH0299850 A JP H0299850A JP 63252422 A JP63252422 A JP 63252422A JP 25242288 A JP25242288 A JP 25242288A JP H0299850 A JPH0299850 A JP H0299850A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、電解重合法を用いた酵素の固定化方法に関し
、特に導電性高分子膜中への酵素及びメディエータ−の
固定化方法に関する。
、特に導電性高分子膜中への酵素及びメディエータ−の
固定化方法に関する。
従来の技術
従来、バイオセンサなどを構成するために必要な酵素や
メディエータ−の固定化方法としては、種々の方法が試
みられている。例えば、酵素については、グルタルアル
デヒドなどの固定化試薬を用いる共存結合法や、光反応
性樹脂を用いて高分子マトリックス中に固定化する包括
固定法などがある。また、メディエータ−については、
化学修飾した電極表面にメディエータ−分子を結合させ
る方法、あるいは、メディエータ−をポリマー化するな
どの固定化方法がある。
メディエータ−の固定化方法としては、種々の方法が試
みられている。例えば、酵素については、グルタルアル
デヒドなどの固定化試薬を用いる共存結合法や、光反応
性樹脂を用いて高分子マトリックス中に固定化する包括
固定法などがある。また、メディエータ−については、
化学修飾した電極表面にメディエータ−分子を結合させ
る方法、あるいは、メディエータ−をポリマー化するな
どの固定化方法がある。
発明が解決しようとする課題
この様な従来の構成では、メディエータ−の電気化学的
酸化還元は電極近傍に固定化されたちのに限定されるの
は当然であり、充分な電子伝達の役割を担うことができ
ない。一方、固定化反応にともない酵素活性が低下し、
さらに固定化された酵素とメディエータ−間の電子伝達
反応も双方が近接している部分に限られる。この様に、
従来の固定化方法では、酵素や補酵素の活性保持や、メ
ディエータ−を介した酵素〜電極反応系を構成する上で
課題がある。
酸化還元は電極近傍に固定化されたちのに限定されるの
は当然であり、充分な電子伝達の役割を担うことができ
ない。一方、固定化反応にともない酵素活性が低下し、
さらに固定化された酵素とメディエータ−間の電子伝達
反応も双方が近接している部分に限られる。この様に、
従来の固定化方法では、酵素や補酵素の活性保持や、メ
ディエータ−を介した酵素〜電極反応系を構成する上で
課題がある。
課題を解決するための手段
本発明は上記課題を解決するため、少なくとも酵素、メ
ディエータ−及び電解により高分子膜を形成するモノマ
ーを含有する電解液を用い、電解重合により電極基体上
に生成する導電性高分子膜中へ前記酵素とともにメディ
エータ−を固定化するものである。
ディエータ−及び電解により高分子膜を形成するモノマ
ーを含有する電解液を用い、電解重合により電極基体上
に生成する導電性高分子膜中へ前記酵素とともにメディ
エータ−を固定化するものである。
作用
本発明によれば、電解重合反応時にメディエータ−のア
ニオン基がドーピングされて導電性高分子膜が形成され
、同時に酵素あるいはさらに加えて補酵素が上記膜中に
トラップされる。このため、きわめて容易にかつ温和な
条件下で酵素とメディエータ−を導電性高分子膜中に固
定化することができ、酵素と電極の間の電子移動を円滑
に行なわせることが可能となる。
ニオン基がドーピングされて導電性高分子膜が形成され
、同時に酵素あるいはさらに加えて補酵素が上記膜中に
トラップされる。このため、きわめて容易にかつ温和な
条件下で酵素とメディエータ−を導電性高分子膜中に固
定化することができ、酵素と電極の間の電子移動を円滑
に行なわせることが可能となる。
実施例
以下、本発明を実施例により説明する。
（実施例１）
酵素としてグルコースオキシダーゼ（ＣＯＤ）、メディ
エータ−としてフェロセンカルボン酸、電解重合用のモ
ノマーとしてピロールをそれぞれ用いた場合について説
明する。
エータ−としてフェロセンカルボン酸、電解重合用のモ
ノマーとしてピロールをそれぞれ用いた場合について説
明する。
ＣＯＤ１ｍｇ／ｍＬ ピロール０．２ｍｏｌ／１、フ
ェロセンカルボン酸１ ｘ １０−’ｍｏ ｌ／ １を
それぞれ含有する２５°Ｃのリン酸緩衝液中に電極基体
として白金板を浸漬し、飽和カロメル電極に対し０．８
Ｖの電位に設定して電解した。析出電気量（電解電気量
）２００ミリクーロン（ｍＣ）７０ｍ２の場合に得られ
た電解重合膜をａとする。
ェロセンカルボン酸１ ｘ １０−’ｍｏ ｌ／ １を
それぞれ含有する２５°Ｃのリン酸緩衝液中に電極基体
として白金板を浸漬し、飽和カロメル電極に対し０．８
Ｖの電位に設定して電解した。析出電気量（電解電気量
）２００ミリクーロン（ｍＣ）７０ｍ２の場合に得られ
た電解重合膜をａとする。
また、」上記と全く同様の方法により、析出電気量が１
００ｍＣ／ｃｍ２の場合に得られた電解重合膜をｂｌ
４００ｍＣ／ｃｍ２の場合に得られた電解重合膜をＣと
する。
００ｍＣ／ｃｍ２の場合に得られた電解重合膜をｂｌ
４００ｍＣ／ｃｍ２の場合に得られた電解重合膜をＣと
する。
」上記、ａ、 ｂ、 ｃ３種類の白金板」二に得ら
れた電解重合膜についてグルコースに対する応答を調べ
た。測定はリン酸緩衝液中に上記の電解重合膜を形成し
た白金板を浸漬した後１、参照極の飽和カロメル電極に
対して＋０．４Ｖに設定し、グルコースを加えた際の電
流増加量（応答電流）を測定した。
れた電解重合膜についてグルコースに対する応答を調べ
た。測定はリン酸緩衝液中に上記の電解重合膜を形成し
た白金板を浸漬した後１、参照極の飽和カロメル電極に
対して＋０．４Ｖに設定し、グルコースを加えた際の電
流増加量（応答電流）を測定した。
第１図にａｚ ｂｚ Ｃ各々の場合についてグルコ
ース濃度と応答電流の関係を、また、第２図にＣについ
て高濃度のグルコースに対する応答を示す。
ース濃度と応答電流の関係を、また、第２図にＣについ
て高濃度のグルコースに対する応答を示す。
図より明かなごとく、本発明になる固定化膜をセンサに
適用した場合、その応答濃度域を電解重合時の析出電気
量で容易に制御することができる。
適用した場合、その応答濃度域を電解重合時の析出電気
量で容易に制御することができる。
一方、第３図に析出電気量とグルコース濃度２０ｍｍｏ
ｌ／Ｉに対する応答電流の関係を示すが、２００ｍＣ／
ａｍ’付近で最大の応答が得られた。
ｌ／Ｉに対する応答電流の関係を示すが、２００ｍＣ／
ａｍ’付近で最大の応答が得られた。
析出電気量が２００ｍＣ／ｃｍ２を越えると膜中のイオ
ン種や基質であるグルコースの拡散が遅（なるだめに応
答電流が低下するものと考えられる。
ン種や基質であるグルコースの拡散が遅（なるだめに応
答電流が低下するものと考えられる。
しかしながら、第３図に示すように応答濃度域を飛躍的
に増大することができる。
に増大することができる。
比較のために、メディエータ−のフェロセンカルボン酸
を膜中に何しないＣＯＤ固定化膜を前記同様に作製した
。この膜のグルコースに対する応答を、酸素を飽和した
リン酸緩衝液を用いた場合、およびフェロセンカルボン
酸を溶解したリン酸緩衝液を用いた場合についてそれぞ
れ前記同様に検討したところ、いずれも応答電流が５０
％以下、応答も大幅に遅い等の特性を示した。
を膜中に何しないＣＯＤ固定化膜を前記同様に作製した
。この膜のグルコースに対する応答を、酸素を飽和した
リン酸緩衝液を用いた場合、およびフェロセンカルボン
酸を溶解したリン酸緩衝液を用いた場合についてそれぞ
れ前記同様に検討したところ、いずれも応答電流が５０
％以下、応答も大幅に遅い等の特性を示した。
（実施例２）
酵素として、ＧＯＤｌ β−フルクトシダーゼ、ムタロ
ターゼをそれぞれ１ｍｇ／ｍ１１ ピロール０．２ｍｏ
ｌ／１１ ナフトキノンスルホン酸ｌＸ１０−’ｍｏｌ
／ｌをそれぞれ含有する２５℃のリン酸緩衝液中に電極
基体として白金板を浸漬し、実施例１と同様にして酵素
、メディエータ−固定化膜を作製した。得られた電解重
合膜について、しょ糖に対する応答を実施例１と同様に
測定したところ、前記グルコースの場合と同様に良好な
応答が得られた。
ターゼをそれぞれ１ｍｇ／ｍ１１ ピロール０．２ｍｏ
ｌ／１１ ナフトキノンスルホン酸ｌＸ１０−’ｍｏｌ
／ｌをそれぞれ含有する２５℃のリン酸緩衝液中に電極
基体として白金板を浸漬し、実施例１と同様にして酵素
、メディエータ−固定化膜を作製した。得られた電解重
合膜について、しょ糖に対する応答を実施例１と同様に
測定したところ、前記グルコースの場合と同様に良好な
応答が得られた。
（実施例３）
酵素としてアルコールデヒドロゲナーゼ、補酵素として
ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）、メ
ディエータ−としてベンゾキノンスルホン酸、電極基体
としてカーボン電極を用いた以外は実施例１と同様の方
法により電解重合膜を作製し、得られた膜のエタノール
に対する応答を実施例１と同様に測定したところ、前記
グルコースの場合と同様に良好な応答が得られた。
ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）、メ
ディエータ−としてベンゾキノンスルホン酸、電極基体
としてカーボン電極を用いた以外は実施例１と同様の方
法により電解重合膜を作製し、得られた膜のエタノール
に対する応答を実施例１と同様に測定したところ、前記
グルコースの場合と同様に良好な応答が得られた。
以上に述べた実施例においては、メディエータ−として
フェロセンカルボン酸、ベンゾキノンスルホン酸、ナフ
トキノンスルホン酸を用いた場合について示したが、こ
れらに限定されることはない。メディエータ−としては
、用いる酵素の活性中心またはさらに添加した補酵素の
酸化還元電位よりも貴な酸化還元電位を有するものであ
ればよい。メディエータ−のアニオン基が電解重合で形
成される高分子膜中にドーパントとして取り込まれるこ
とにより膜に導電性が付与さる。このため、この様な状
態で固定化されたメディエータ−は、同時に膜中に包括
固定された酵素や補酵素との間の酸化還元反応に極めて
効率よく働くものと考えられる。
フェロセンカルボン酸、ベンゾキノンスルホン酸、ナフ
トキノンスルホン酸を用いた場合について示したが、こ
れらに限定されることはない。メディエータ−としては
、用いる酵素の活性中心またはさらに添加した補酵素の
酸化還元電位よりも貴な酸化還元電位を有するものであ
ればよい。メディエータ−のアニオン基が電解重合で形
成される高分子膜中にドーパントとして取り込まれるこ
とにより膜に導電性が付与さる。このため、この様な状
態で固定化されたメディエータ−は、同時に膜中に包括
固定された酵素や補酵素との間の酸化還元反応に極めて
効率よく働くものと考えられる。
また、電解により高分子膜を形成するモノマーとしては
実施例に示したピロール以外にピロール誘導体、あるい
はチオフェンやチオフェン誘導体も同様に用いることが
できる。
実施例に示したピロール以外にピロール誘導体、あるい
はチオフェンやチオフェン誘導体も同様に用いることが
できる。
さらに、酵素としては上記実施例に示したグルコースオ
キシダーゼなどに限定されることはなく、アルコールオ
キシダーゼやコレステロールオキシダーゼなと種々の酵
素を用いることができる。また、単一の酵素に限られる
ことはなく、複合酵素系にも適用できることは実施例に
示した通りである。さらに、アルコールデヒドロゲナー
ゼなどのように補酵素を必要とする酵素系については、
その補酵素も同時に固定化することにより、メディエー
タ−を介しての効果的な電子伝達を行なわせることが可
能である。
キシダーゼなどに限定されることはなく、アルコールオ
キシダーゼやコレステロールオキシダーゼなと種々の酵
素を用いることができる。また、単一の酵素に限られる
ことはなく、複合酵素系にも適用できることは実施例に
示した通りである。さらに、アルコールデヒドロゲナー
ゼなどのように補酵素を必要とする酵素系については、
その補酵素も同時に固定化することにより、メディエー
タ−を介しての効果的な電子伝達を行なわせることが可
能である。
発明の効果
以上のように本発明によれば、きわめて容易に酵素とメ
ディエータ−を導電性高分子膜中に固定化することがで
き、酵素と電極の間の電子移動を極めて円滑に行なわせ
ることが可能となる。
ディエータ−を導電性高分子膜中に固定化することがで
き、酵素と電極の間の電子移動を極めて円滑に行なわせ
ることが可能となる。
第１図および第２図は本発明の一実施例になるグルコー
スセンサの応答特性図、第３図はその析出電気量と応答
特性を示す図である。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第１図 グルコース濃度 （ｍｍｏｌ／Ｑ） 第２図 グルコース濃度 （ｍｍｏｌ／Ｑ） 第３図 析出電気量 （ｍＣ／ｃｍ２）
スセンサの応答特性図、第３図はその析出電気量と応答
特性を示す図である。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第１図 グルコース濃度 （ｍｍｏｌ／Ｑ） 第２図 グルコース濃度 （ｍｍｏｌ／Ｑ） 第３図 析出電気量 （ｍＣ／ｃｍ２）
Claims (4)
- （１）少なくとも酵素、メディエーター及び電解により
高分子膜を形成するモノマーを含有する電解液を用い、
電解重合により、電極基体上に生成する導電性高分子膜
中へ前記酵素とともにメディエーターを固定化すること
を特徴とする酵素及びメディエーターの固定化方法。 - （２）メディエーターが、酵素の酸化還元電位よりも貴
な酸化還元電位を有する請求項１に記載の酵素及びメデ
ィエーターの固定化方法。 - （３）メディエーターが、フェロセンカルボン酸、ベン
ゾキノンスルホン酸、ナフトキノンスルホン酸から選ば
れた少なくとも一種からなる請求項２に記載の酵素及び
メディエーターの固定化方法。 - （４）モノマーが、ピロールまたはピロール誘導体、あ
るいはチオフェンまたはチオフェン誘導体から選ばれた
ものである請求項１に記載の酵素及びメディエーターの
固定化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63252422A JPH06105237B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 酵素およびメディエーターの固定化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63252422A JPH06105237B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 酵素およびメディエーターの固定化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0299850A true JPH0299850A (ja) | 1990-04-11 |
| JPH06105237B2 JPH06105237B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=17237140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63252422A Expired - Lifetime JPH06105237B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 酵素およびメディエーターの固定化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105237B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5262035A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-16 | E. Heller And Company | Enzyme electrodes |
| US5264105A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-23 | Gregg Brian A | Enzyme electrodes |
| US5264104A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-23 | Gregg Brian A | Enzyme electrodes |
| US5320725A (en) * | 1989-08-02 | 1994-06-14 | E. Heller & Company | Electrode and method for the detection of hydrogen peroxide |
| US5525511A (en) * | 1990-09-01 | 1996-06-11 | Environmental & Medical Products Ltd. | Electrochemical biosensor stability |
| JP2007027019A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Ebara Corp | 生物発電用アノード及びこれを利用する生物発電方法及び装置 |
| US7455874B2 (en) | 2002-05-14 | 2008-11-25 | Isabella Moser | Method for the fabrication of a biosensor comprising an enzyme electrode arrangement |
-
1988
- 1988-10-06 JP JP63252422A patent/JPH06105237B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5262035A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-16 | E. Heller And Company | Enzyme electrodes |
| US5264105A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-23 | Gregg Brian A | Enzyme electrodes |
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| US7455874B2 (en) | 2002-05-14 | 2008-11-25 | Isabella Moser | Method for the fabrication of a biosensor comprising an enzyme electrode arrangement |
| JP2007027019A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Ebara Corp | 生物発電用アノード及びこれを利用する生物発電方法及び装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06105237B2 (ja) | 1994-12-21 |
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