JPH0466088A - 酵素固定化用繊維及びその製造法 - 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】 上の 本発明は、低温プラズマ処理により繊維表面にフッ素系
官能基を導入することによって固定化酵素の活性を著し
く向上させることのできる有用な酵素固定化用繊維及び
その製造法に関するものである。

従」１塁」Ｌ皿 酵素の固定化技術は、緩和な条件下で反応を触媒する、
厳格な基質特異性を持つ等の酵素の特性を利用する目的
で、各分野で活発に開発が行われている０例えば、化学
、食品、医薬品工業をはじめとする分野において固定化
酵素担体はバイオリアクターとして利用されている。さ
らに最近、クロマトグラフィー用分離カラムの充填剤、
センサー等へも応用されており、今後あらゆる分野にお
ける応用が期待されている。

繊維は、安価であり、耐久性、機械的強度に優れている
。さらに、それ自体の形状から表面積が多いので、酵素
固定化用担体として注目されており数多くの報告例があ
る０例えばその加工法には、酵素の脱離を防ぎ、固定化
量を上げる目的で繊維表面を多孔質化し表面積を多くし
たり、樹脂により酵素を繊維表面に包括固定したり（特
開昭５９−２８４７６）、また、モノマーを繊維表面に
グラフト重合させることで酵素との結合を容易にする活
性官能基を導入する（特開平１−２６５８８６）等の方
法が試みられている。しかし、固定化量を上げることに
よって担体全体の活性量を増やす方法のみで、酵素その
ものの活性を向上させる方法に関する報告はない。

が　　　°　　　　　　　　　　　　る酵素は、固定化
することで不溶化するほかに、ｐＨ安定性、熱安定性が
向上することが知られている。ところが、酵素はタンパ
ク質からできているので、一般に、熱や強酸、強アルカ
リ。

有機溶媒等に不安定であり、担体への固定化操作におい
て失活する場合がある。すなわち、固定化した酵素が全
て遊離酵素と同程度の活性を示すことは非常に少ない。

はとんどの酵素は、固定化することで遊離酵素に比べて
著しく活性が低下する。前記の如く、酵素固定用繊維の
加工法としては、酵素の固定化量を上げかつ脱離を防ぐ
目的で、繊維表面を多孔質化したり、モノマーによるグ
ラフト重合等により活性官能基を担体表面に導入する方
法が試みられている。

ところが、これに対して、酵素固定量には限界があり、
また、特殊な反応に作用するような高価な酵素を利用す
る場合、大量に酵素を固定化するのは不経済である。し
たがって、より少ない固定化量で酵素が高活性を示すこ
とができる効率の良い固定化担体が要望されている。

そこで、本発明は、従来の加工法の問題点を解決した。

簡便に繊維表面を改質し、固定化された酵素自体の触媒
作用を高めることができる有用な酵素固定化用繊維及び
そのＩｌｌ演法提供することを目的とするものである。

を　゛するための 本発明者らは、酵素固定化繊維の今後の発展性、に着目
し、さらに上記の点を解決するために。

固定化された酵素が高活性を示すような繊維の表面改質
加工法について鋭意広範囲な系統的研究を行った結果、
フッ素系ガス存在下での低温プラズマ処理によって表面
改質された絹を主成分とする繊維に酵素を固定化する、
または酵素を固定化した絹繊維にフッ素系ガスによる低
温プラズマ処理を行うことで、酵素自体の活性を高める
ことを見いだし本発明に到達したものであ　る。

低温プラズマ処理によって、素材表面領域数オンクース
トローム　か　ら数千オンクーストローム　の範囲内　
でエ　ッチング、分解が起こり、また処理の際に用いら
れるガス種により素材表面の活性化および各種官能基の
導入が決定されることは既知の如くである。この現象に
注目し、蛋白質素材である絹繊維にフッ素系ガス存在下
低温プラズマ処理し繊維表面を改質しフッ素系官能基の
導入を選択的に行うことで、固定化酵素の触媒作用を高
めることができた。このような酵素固定化用繊維の低温
プラズマ処理を用いる加工法は、酵素との結合を容易に
した反応基を繊維表面に導入すると報告されている（特
開昭６Ｏ−４７６８０）が、本発明における表面改質は
、このような反応基導入のみならず、酵素の触媒反応を
高めることができる現象を見いだし、本発明に到達し　
た。

本発明は、低温プラズマ処理により繊維表面にフッ素系
官能基を導入することによって固定化酵素の活性を著し
く向上させることのできる有用な酵素固定化用繊維及び
その製造法に関するものである。

ＬＬ匝」１里 本発明に用いる酵素固定化用繊維は、絹を主成分とする
材質であるが、形状としては、織布のみならず不織布、
繊維状、糸状、　シート状等が挙げられる。材質である
組成分の含有率は。

特に限定されないが２０％以上が好ましい。

本発明における絹を主成分とする繊維にフッ素系ガス存
在下で低温プラズマ処理することにより、素材表面がエ
ツチングされると同時に活性化し、　さらにフッ素系官
能基等の導入が生じる。このような処理を行った絹繊維
に固定化された酵素は、その活性つまり触媒作用が著し
く向上する。

このような繊維に固定化する酵素は、酸化還元酵素、加
水分解酵素、異性化酵素、転移酵素等を挙げることがで
きるが特に限定はされない。

また、　このような酵素活性を有する微生物でもかまわ
ない。次に、酵素の固定化法は、担体結合法、架橋法、
包括法に大別でき、さらに担体結合法には、共有結合法
、イオン結合法、物理吸着法が挙げられるが、本発明に
おいて特に限定はされない。しかし、絹はタンパク質で
あるので１反応性に富む多様な官能基を有しており。

これらの固定化法の中でも担体結合法が最も好ましい。

この素材表面領域のエツチングおよび活性化を行う低温
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、これらにより絹
繊維の酵素固定化担体としての性能が決定される。

本発明のフッ素系プラズマガスは無機系及び有機系フッ
素ガスで、フン化窒素、フッ化酸素、フッ化水素、フッ
化メチル、フロン等が有るが特に限定はされず、これら
は単独または混合して、さらに酸素、窒素、アルゴン、
重合性ガス等の非フッ素系ガスと混合して使用可能であ
る。

特に絹繊維の高活性発現酵素同定化担体としての可能性
には、フロンガスが好ましい。

通常、低温プラズマ処理には上記のようなガスによる１
段階処理であるが、フッ素系官能基をより選択的に導入
する目的で、非フッ素系ガスによりプラズマ処理を行い
、次いでフッ素系ガスにより再度処理行う、または、そ
の逆の操作による二段階プラズマ処理も可能である。さ
らに、このような異種ガスによるプラズマ処理を繰り返
す数段階の処理も有効である。

本発明の目的を達成するには、低温プラズマ処理ガスの
分圧５０トル以下、より好ましくは５ｘｌＯ−’）ル以
下の雰囲気とすることが望ましい。２０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。

出力は一般に５００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か
可能である。

プラズマ処理時間は素材の種類や形状および処理装置な
どによって異なるが、通常数秒から数十分間である。絹
は熱や紫外線に弱く、それらにより黄変、劣化が起こる
ため、好ましくは１秒〜１８ｏＯ秒間程度である。

プラズマガスを、繊維等の高分子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（第３，５
６ＭＨｚ）、ｖイクロ波（２，４５０Ｈｚ　）、低周波
（数ＫＨｚ）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、効果の均一性を考えれば内部式の
方が操作が容易である。

上記のガス種、ガス流量、出力および処理時間などのプ
ラズマ処理条件の組合せにより、任意の酵素の固定化量
および活性を向上させることが可能である。

プラズマガスを繊維表面に作用させる場合、反応器の構
造、電源の種類、周波数、放電方式および電極の位置等
様々の選択が可能であり、とくに限定されるものではな
い。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが
、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。な
お、活性取率は次のようにして求めた。

活性取率（％）＝Ｍ／Ｖ、ＸＶｏＸ１００Ｍ：単位担体
重量当たりの酵素固定化量ｖ１：単位担体重量当たりの
酵素活性 ｖ０：　単位重量当たりの遊離酵素活性実施例１ 精練羽二重絹布を低温プラズマ処理した。

そのプラズマ処理条件； プラズマ処理装置は、高周波発生装置により第３．５６
ＭＨｚの高周波をマツチングボックスを通して一定の電
圧が加わるグロー放電方式の外部電極型を用いた。まず
、前期の試料をガラス製プラズマチャンバー内に吊り下
げ、チャンバー内を十分に脱気した後、０．１Ｏｔｏｒ
ｒの圧力になるようフロンガスを導入した。その後、出
力３００　Ｗで、６０〜１８０秒間プラズマ放電を行っ
た。さらに、一部の試料は、酸素ガスによるプラズマ処
理を行い、その後上記と同様のプラズマ処理を行った。

このようにして得られた繊維の表面分析を光電子分光分
析装置（ＥＳＣＡ）および走＊型電子ＨＡＩＮ　（ＳＥ
Ｍ）により行った。

次に、上記の繊維上にアルカリホスファターゼをシアン
化臭素を使った担体結合法により固定化した。得られた
酵素固定化担体の酵素活性測定は、基質としてパラニト
ロフェニルフォスフエイトを用い、　２５℃で５分間の
酵素反応中の吸光度（４００ｎｍ）変化から求めた。

これらの測定の結果を表１に示す。なお、ＥＳＣＡ分析
結果は、窒素、１１！素、フッ素の炭素に対する原子比
で表した。

比較例１ 酸素、アンモニ乙　窒素、　ヘリウムガスにおいて、そ
れぞれ実施例１と同様にプラズマ処理後酵素を固定化し
、酵素活性についても同様に測定した。その結果を表２
に示す。

表２　プラズマ処理ガス種による固定 化酵素活性 実施例２ 実施例１において、精練羽二重絹布にあらかしめ酵素を
固定化した後、　プラズマ処理を行った。以下実施例１
同様の方法で酵素活性を測定した。その結果を表３に示
す。

表３　プラズマ処理条件による固定化酵素活性・表面状
ｉｌｌ：　　Ｏ：エツチングが見られる。ｘ：変化無し
ＥＳＣＡ分析結果から、フロン処理により酸素が減少し
代わりにフッ素の原子比が増えている。また、Ｃ−Ｆ結
合由来と予測される２９５ｅＶ〜　２９０ｅＶ付近のピ
ークの出現が認められたことからプラズマ処理による新
しい官能基の導入が確認された。さらに、表面にエツチ
ングが見られなくても、未処理に比べ活性収率が高くな
ることが認められた。

また、アンモニ乙　窒素、ヘリウムガスによるプラズマ
処理に於いて活性収率の向上は全く認められなかった。

酸素ガスについて、若干その向上が認められたもののフ
ロン処理はど高い活性収率は、得られなかった。

以上のことから、絹を主成分とする繊維にフッ素系ガス
プラズマ処理することで、フッ素系官能基が導入され、
固定化酵素の活性が向上することが判明した。

且」１塁」Ｌ！ 本発明における酵素固定化用繊維の加工法は、繊維にフ
ッ素系ガスおよびフッ素化合物系担体存在下プラズマ処
理加工を施すことで表面を改質し酵素の固定化量を増や
し、固定化された酵素の触媒反応を高めることができる
。＊た、プラズマ処理条件を検討することで、任意の酵
素反応及び固定化法に対してこのような高性能を選択的
に付与することができる。　したがって、固定化操作に
よる失活等により十分な活性を得られず利用不可能であ
った酵素の広範囲な応用が可能である。また、プラズマ
処理は、　ドライプロセスで、短時間に行える簡便な加
工法であるため、省力的であり、経済性が高く有効な手
段である。　このようにして得られた、繊維は、バイオ
リアクター、各種センサー、分析用分難カラムの充填剤
等にと広く活用が期待される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、繊維担体表面に低温プラズマ処理を行なうことで固
   定化酵素の活性を高めることを特徴とする酵素固定化用
   繊維。 ２、繊維担体が絹を主成分とする素材である特許請求の
   範囲第１項記載の酵素固定化用繊維。 ３、低温プラズマ処理が、ガス圧０．０１〜１０ｔｏｒ
   ｒフッ素系ガスの存在下に行われる低温プラズマ照射で
   ある特許請求の第１項記載の酵素固定化用繊維。 ４、フッ素系ガスが、無機系及び有機系フッ素ガスでさ
   らにそれらの混合ガス、または非フッ素系ガスとフッ素
   系ガスの混合ガスである特許請求の第３項記載の酵素固
   定化用繊維。 ５、繊維担体表面に低温プラズマ処理を行なうことで固
   定化酵素の活性を高めることを特徴とする酵素固定化用
   繊維の製造法。 ６、繊維担体が絹を主成分とする素材である特許請求の
   範囲第５項記載の酵素固定化用繊維の製造法。 ７、低温プラズマ処理が、ガス圧０．０１〜１０ｔｏｒ
   ｒフッ素系ガスの存在下に行われる低温プラズマ照射で
   ある特許請求の第５項記載の酵素固定化用繊維の製造法
   。 ８、フッ素系ガスが、無機系及び有機系フッ素ガスでさ
   らにそれらの混合ガス、または非フッ素系ガスとフッ素
   系ガスの混合ガスである特許請求の第７項記載の酵素固
   定化用繊維の製造法。 ９、低温プラズマ処理を行った繊維に酵素を固定化する
   特許請求の第５項記載の酵素固定化用繊維の製造法。 １０、酵素を固定化した繊維に低温プラズマ処理を行う
   特許請求の第５項記載の酵素固定化用繊維の製造法。