JPH06181763A - Immobilized enzyme membrane - Google Patents

Immobilized enzyme membrane

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JPH06181763A
JPH06181763A JP43A JP34287392A JPH06181763A JP H06181763 A JPH06181763 A JP H06181763A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34287392 A JP34287392 A JP 34287392A JP H06181763 A JPH06181763 A JP H06181763A
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silk
enzyme
membrane
silk fibroin
immobilized
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潤一郎 新井
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NORIN SUISANSYO SANSHI KONCHIY
NORIN SUISANSYO SANSHI KONCHIYUU NOGYO GIJUTSU KENKYUSHO
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NORIN SUISANSYO SANSHI KONCHIY
NORIN SUISANSYO SANSHI KONCHIYUU NOGYO GIJUTSU KENKYUSHO
Daikin Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain an immobilized enzyme membrane having high enzyme- including property and high long-term storage stability. CONSTITUTION:An enzyme is immobilized in a membrane consisting essentially of an unmodified silk fibroin in a silk yarn glandular cell derived from an insect of Lepidoptera.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は固定化酵素膜に関し、
さらに詳細にいえば、下地電極の表面に装着した状態で
被検溶液中の測定対象物質の濃度を測定する場合に好適
な固定化酵素膜に関する。
This invention relates to an immobilized enzyme membrane,
More specifically, the present invention relates to an immobilized enzyme membrane suitable for measuring the concentration of a substance to be measured in a test solution while being attached to the surface of a base electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、蛋白質等の有機高分子に対す
る高い選択性を有しているという特質に着目して、被検
溶液中の所望の有機高分子を高精度に検出するために酵
素を用いることが提案されている。この場合において、
酵素をそのまま単体として使用することは、酵素の保持
が著しく困難になり、ひいては有機高分子の検出精度の
低下を招いてしまうので、酵素を担体に固定化した状態
で使用することが一般的である。
2. Description of the Related Art Conventionally, an enzyme has been used to detect a desired organic polymer in a test solution with high accuracy, focusing on the characteristic that it has a high selectivity for an organic polymer such as a protein. Proposed to be used. In this case,
If the enzyme is used as it is, it becomes extremely difficult to retain the enzyme and the detection accuracy of the organic polymer is deteriorated.Therefore, it is common to use the enzyme immobilized on a carrier. is there.

【0003】上記のように酵素を担体に固定化する方法
として、再生絹フィブロインを担体とし、再生絹フィブ
ロインを溶液化した後、例えば塩析沈殿させながら所望
の酵素を結合させる方法が提案されている(例えば、特
開昭61−187790号公報参照)。ここで、絹フィ
ブロインは昆虫生体高分子であり、しかも、優れた生体
適合性を有していることに着目して、手術用縫合糸素材
として使用されている。また、絹フィブロインは優れた
酵素包括性に代表される多様な機能特性を有しているの
で、酵素固定化担体として優れた特性を発揮することが
期待されている。特に、広い意味で絹繊維を吐糸する鱗
翅目昆虫の代表例である蚕が絹糸細胞内で生合成して生
成する絹蛋白質は特徴ある1次構造(絹蛋白質を構成す
るアミノ酸の配列順序)を有しており、それに起因して
極めて特殊な2次構造、高次構造(絹蛋白質の本体であ
るペプチド主鎖のペプチド群間の相互作用により規定さ
れる立体構造)を有している。そして、絹蛋白質は分子
の揃えのよい結晶部分と分子の配列の乱れた非結晶部分
とから構成されており、染色性、吸湿性、伸び易さ等の
機械的性質は非結晶部分の特性に依存し、堅さ、強さ等
の機械的性質は結晶部分の特性に依存することが知られ
ている。上記非結晶部分には、アルギニン、グルタミン
酸、リジン、チロシン等のように化学的に活性で分子側
鎖の長いアミノ酸が多く含まれるのに対して、結晶部分
には、アラニン、グリシンが規則的に配列している。こ
のように、非結晶部分と結晶部分とが共存するととも
に、それぞれの部分を構成するアミノ酸の種類および配
列が異なることに起因して、絹蛋白質は他の生体高分子
には見られない特徴ある性質を示すことになる。即ち、
絹蛋白質水溶液を蒸発乾固させた直後の絹固形物は水に
対して溶解するが、絹蛋白質に変性作用を与える貧溶媒
であるメタノール、エタノール等の水溶液に絹固形物を
常温で軽く浸すだけで容易に水に溶けなくなってしまう
性質等を示すことになる。これに対して、絹蛋白質とは
別の生体高分子であるコラーゲン等は、紫外線照射処理
を行ない、あるいは人体に害のあるアルデヒド等の薬剤
を添加することにより分子間に架橋結合を形成させ、水
に対して不溶化できるのであるから、人体に悪影響がな
いアルコール等で処理するだけで分子の集まり方等の微
細構造が変わり、水に対する不溶化を達成できる絹蛋白
質が優れていることが分る。以上から明らかなように、
絹フィブロインは成型性に富み、遠心処理、加熱処理、
溶媒処理等の簡単な物理処理を行なうだけで、特別な試
薬を用いることなく水に対する不溶化を達成できる。ま
た、絹フィブロイン繊維は、コラーゲン、キチン、キト
サン等の生体高分子と比較して、中性塩溶液により試料
分子間の水素結合を弱めて簡単な溶解でき、透析処理に
より純粋な絹蛋白質水溶液を調製でき、絹蛋白質水溶液
をポリスチレン、ポリエチレン等の膜上に広げて乾燥す
ることにより透明な膜を得ることができる等の利点を有
している。ここで、絹蛋白質水溶液を乾燥固化した直後
の試料膜は水に可溶であるが、絹蛋白質の貧溶媒である
メタノール、エタノール等の溶媒を用いて短時間処理す
ることにより、分子の形、集まり方等が変わり、分子凝
集性が高まって水に不溶化となるので、酵素の担体とし
て採用する場合に好適である。
As a method for immobilizing an enzyme on a carrier as described above, there has been proposed a method in which regenerated silk fibroin is used as a carrier, and the regenerated silk fibroin is solubilized, and then the desired enzyme is bound while salting out and precipitating. (See, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-187790). Here, silk fibroin is used as a surgical suture material, paying attention to the fact that it is an insect biopolymer and has excellent biocompatibility. Moreover, since silk fibroin has various functional characteristics represented by excellent enzyme entrapment, it is expected to exhibit excellent characteristics as an enzyme-immobilized carrier. In particular, the silk protein produced by silkworm biosynthesis in silk cells, which is a typical example of lepidopteran insects that spit silk fibers in a broad sense, has a characteristic primary structure (sequence order of amino acids constituting silk protein). It has a very special secondary structure and higher order structure (three-dimensional structure defined by the interaction between the peptide groups of the peptide main chain which is the main body of silk protein). Silk protein is composed of crystalline parts with well-aligned molecules and non-crystalline parts with disordered molecular arrangement, and mechanical properties such as dyeability, hygroscopicity, and easiness of elongation are similar to those of the amorphous parts. It is known that mechanical properties such as hardness and strength depend on the properties of the crystal part. The non-crystalline portion contains many chemically active amino acids with long molecular side chains such as arginine, glutamic acid, lysine, and tyrosine, whereas the crystalline portion contains alanine and glycine regularly. Are arranged. Thus, due to the coexistence of the amorphous part and the crystalline part and the difference in the type and sequence of the amino acids that make up each part, silk protein has a characteristic not found in other biopolymers. It will show the nature. That is,
Immediately after the silk protein aqueous solution is evaporated to dryness, the silk solid matter dissolves in water, but the silk solid matter is only lightly soaked at room temperature in an aqueous solution of a poor solvent such as methanol or ethanol that has a denaturing effect on the silk protein. Will show the property of not easily dissolving in water. On the other hand, collagen, which is a biopolymer different from silk protein, is subjected to ultraviolet irradiation treatment, or cross-linking bonds are formed between molecules by adding a drug such as aldehyde, which is harmful to the human body, Since it can be insolubilized in water, it can be seen that the silk protein, which can achieve insolubilization in water, is excellent because the microstructure such as how molecules are gathered changes only by treatment with alcohol or the like, which does not adversely affect the human body. As is clear from the above,
Silk fibroin is rich in moldability and can be subjected to centrifugal treatment, heat treatment,
Insolubilization in water can be achieved without using a special reagent only by performing a simple physical treatment such as a solvent treatment. In addition, silk fibroin fibers can be easily dissolved by weakening hydrogen bonds between sample molecules by a neutral salt solution as compared with biopolymers such as collagen, chitin and chitosan, and pure silk protein aqueous solution can be obtained by dialysis treatment. It can be prepared and has an advantage that a transparent film can be obtained by spreading an aqueous silk protein solution on a film of polystyrene, polyethylene or the like and drying. Here, the sample film immediately after drying and solidifying the silk protein aqueous solution is soluble in water, but by treating for a short time with a solvent such as methanol, which is a poor solvent for silk protein, the molecular shape, It is suitable for use as a carrier for an enzyme, since the way it collects and the like changes and the molecular aggregating property increases, making it insoluble in water.

【0004】また、再生絹フィブロインを酵素固定化膜
として用い、グルコースオキシダーゼ(以下、GODと
略称する)を固定化する方法が提案されている(例え
ば、Immobilization of Gluco
se Oxidase with Bombyx mo
ri Silk Fibroin by only S
tretching Treatment and I
ts Application to Glucose
Sensor, Makoto Demuraet
al, Biotechnology and Bio
engineering, Vol.33, pp.5
98−603, January 1989 参照)。
A method of immobilizing glucose oxidase (hereinafter abbreviated as GOD) by using regenerated silk fibroin as an enzyme immobilization membrane has been proposed (for example, Immobilization of Gluco).
se Oxidase with Bombyx mo
ri Silk Fibroin by only S
tretching Treatment and I
ts Application to Glucose
Sensor, Makoto Demuraet
al, Biotechnology and Bio
engineering, Vol. 33, pp. 5
98-603, January 1989).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記何れの方法も、蚕
が吐糸した繭糸、絹糸あるいは絹糸副産物等を一旦中性
塩溶液に溶かすことにより得られた再生絹フィブロイン
を原料にしている関係上、分子凝集性が余り優れず、酵
素を固定化した担体を長期間保存した後に被検物質の酵
素反応を行なわせた場合における安定性を余り高めるこ
とができない。具体的には、酵素活性に関する温度安定
性、pH安定性は、ゼラチン、キチン、キトサン等の生
体高分子を担体として用いた場合と比較して向上してい
るとともに、6カ月間の保存安定性も保証されている。
しかし、6カ月を越える保存安定性については劣悪にな
ることが経験的に知られている。また、再生絹フィブロ
インを担体として酵素を固定化して得たバイオセンサを
生体内に入れた場合に、バイオセンサの出力が低下しや
すいことも、担体に酵素を固定化して得たバイオセンサ
を実用化する上で大きな障害になっている。
In any of the above methods, regenerated silk fibroin obtained by once dissolving cocoon thread, silk thread or silk by-product spun by silkworms in a neutral salt solution is used as a raw material. However, the molecular agglutination is not so excellent, and the stability when the enzyme reaction of the test substance is carried out after the carrier on which the enzyme is immobilized is stored for a long period of time cannot be improved so much. Specifically, the temperature stability and pH stability related to enzyme activity are improved compared to the case where biopolymer such as gelatin, chitin, chitosan is used as a carrier, and the storage stability for 6 months. Is also guaranteed.
However, it is empirically known that storage stability over 6 months becomes poor. In addition, when a biosensor obtained by immobilizing an enzyme using recycled silk fibroin as a carrier is put into a living body, the output of the biosensor is likely to decrease, and the biosensor obtained by immobilizing the enzyme on the carrier is practically used. It is a big obstacle to the realization.

【0006】このような現状において、酵素の活性を低
下させることなく、しかも酵素包括力に優れて長期保存
安定性のある固定化酵素膜の出現が切望されていた。
Under these circumstances, it has been earnestly desired to develop an immobilized enzyme membrane which is excellent in enzyme encapsulation ability and has long-term storage stability without lowering enzyme activity.

【0007】[0007]

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、長期保存安定性に優れているとともに、
酵素の活性低下を効果的に防止できる新規な固定化酵素
膜を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and is excellent in long-term storage stability, and
It is an object of the present invention to provide a new immobilized enzyme membrane that can effectively prevent the enzyme activity from being lowered.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項1の固定化酵素膜は、鱗翅目昆虫由来の絹
糸腺細胞内の未変性絹フィブロインを主成分とする膜に
酵素を固定化してなるものである。ここで、鱗翅目昆虫
としては、家蚕、野蚕等が例示できる。また、未変性絹
フィブロインに包括して固定化する酵素の量は、未変性
絹フィブロインの絶乾重量に対して1〜70%、好まし
くは20〜40%である。固定化される酵素としては、
例えば、GOD、ウリカーゼ、コレステロールオキシダ
ーゼ、コレステロールエステラーゼ、ラクテートオキシ
ダーゼ等が例示できる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the immobilized enzyme membrane according to claim 1 comprises an enzyme in a membrane mainly composed of native silk fibroin in silk gland cells derived from Lepidoptera insects. It is fixed. Here, examples of Lepidoptera insects include domestic silkworms and wild silkworms. In addition, the amount of the enzyme that is comprehensively immobilized on the unmodified silk fibroin is 1 to 70%, preferably 20 to 40% with respect to the absolute dry weight of the unmodified silk fibroin. The enzyme to be immobilized is
Examples thereof include GOD, uricase, cholesterol oxidase, cholesterol esterase, lactate oxidase and the like.

【0009】[0009]

【作用】請求項1の固定化酵素膜であれば、蚕に代表さ
れる鱗翅目昆虫由来の絹糸腺細胞内の未変性絹フィブロ
インを主成分とする膜に酵素を固定化してなるのである
から、再生絹フィブロインからなる膜に酵素を固定化し
てなる固定化酵素膜と比較して、著しい長期保存安定性
および高出力性を兼ね備えた固定化酵素膜を提供でき
る。さらに詳細に説明すると、膜を得るための未変性絹
フィブロイン水溶液は、絶乾重量濃度で3%以下の稀薄
溶液であればよく、1%以下の稀薄溶液であることが好
ましい。そして、上記稀薄溶液に酵素を添加してポリス
チレン膜、ポリエチレン膜等の上に広げ、蒸発乾固する
ことにより酵素が固定化された絹膜を得ることができ
る。また、上記未変性絹フィブロイン水溶液を蒸発乾固
させることにより得られた絹膜の不溶化処理は、20〜
80%のメタノール溶液、好ましくは40〜60%のメ
タノール溶液を用い、2〜60分、好ましくは2〜30
分程度浸漬処理を行なえばよい。但し、最も好ましく
は、50%のアルコール濃度で10〜30分浸漬処理を
行なえばよい。ここで、絹膜の不溶化処理に使用できる
溶媒としては、メタノールに限定されず、エタノール等
の、絹蛋白質の貧溶媒であり、しかも酵素の活性を低下
させないものであればメタノールと同様に採用できる。
また、上記製膜工程において未変性絹フィブロイン水溶
液に添加する酵素量を変えることにより酵素包括量が異
なる絹膜を調製できる。さらに、蒸発乾固工程におい
て、未変性絹フィブロイン水溶液量、蒸発速度、水溶液
濃度を変えることにより厚みが異なる絹膜を得ることが
できる。
With the immobilized enzyme membrane of claim 1, the enzyme is immobilized on a membrane whose main component is native silk fibroin in silk gland cells derived from lepidopteran insects represented by silkworm. It is possible to provide an immobilized enzyme membrane having remarkably long-term storage stability and high output as compared with an immobilized enzyme membrane obtained by immobilizing an enzyme on a membrane composed of regenerated silk fibroin. More specifically, the unmodified silk fibroin aqueous solution for obtaining the film may be a dilute solution of 3% or less in absolute dry weight concentration, and is preferably a dilute solution of 1% or less. Then, an enzyme is added to the diluted solution, spread on a polystyrene film, a polyethylene film, or the like, and evaporated to dryness to obtain a silk film on which the enzyme is immobilized. In addition, the insolubilization treatment of the silk film obtained by evaporating the unmodified silk fibroin aqueous solution to dryness is 20 to 20.
80% methanol solution, preferably 40-60% methanol solution, 2-60 minutes, preferably 2-30
Immersion treatment may be performed for about a minute. However, most preferably, the immersion treatment may be performed at an alcohol concentration of 50% for 10 to 30 minutes. Here, the solvent that can be used for the insolubilization treatment of the silk film is not limited to methanol, but a poor solvent for silk proteins, such as ethanol, can be adopted in the same manner as methanol as long as it does not reduce the activity of the enzyme. .
Further, by changing the amount of enzyme added to the unmodified silk fibroin aqueous solution in the above film forming step, silk films having different enzyme entrapment amounts can be prepared. Furthermore, in the step of evaporating to dryness, silk membranes having different thicknesses can be obtained by changing the amount of the unmodified silk fibroin aqueous solution, the evaporation rate, and the concentration of the aqueous solution.

【0010】この発明は、本件発明者が絹蛋白質の化学
構造ならびに物理化学的特性研究、非衣料分野における
新たな利用技術の開発研究の一環として、バイオセンサ
に用いられる酵素固定化素材の選択、酵素固定化方法、
不溶化方法、被検物質の検出精度等につき鋭意研究を重
ね、鱗翅目昆虫の中にあって有益昆虫の代表である蚕体
内の絹糸腺内液状絹フィブロイン(未変性絹フィブロイ
ン)を膜の原料として用いることにより、酵素包括性お
よび長期保存安定性に優れた固定化酵素膜を調製できる
ことを見出し、この発明を完成させたのである。
The present invention provides the selection of enzyme immobilization materials used for biosensors as part of the present inventor's research on the chemical structure and physicochemical properties of silk proteins and the development and research of new application technologies in the non-clothing field. Enzyme immobilization method,
As a raw material for the membrane, liquid silk fibroin (undenatured silk fibroin) in silk glands in silkworm glands, which is a representative of beneficial insects among lepidopteran insects, is used as a raw material for the membrane. The inventors have found that an immobilized enzyme membrane excellent in enzyme encapsulation and long-term storage stability can be prepared by using it, and completed the present invention.

【0011】[0011]

【実施例】以下、この発明を実施例によって詳細に説明
する。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0012】[0012]

【実施例1】桑葉育の家蚕の熟蚕体内から後部絹糸腺を
取り出し、十分に水洗いした後、絹糸腺内の液状未変性
絹フィブロインを蒸留水に分散させ、送風乾燥により濃
度を高めて0.7%の未変性絹フィブロイン水溶液を調
製した。この未変性絹フィブロイン水溶液20mlに対
して3.75mgのGOD(東洋紡株式会社製)を20
℃の恒温槽中で加え、十分注意深く穏やかに撹拌し、2
時間放置した。次いで、GODが添加された未変性絹フ
ィブロイン水溶液をポリスチレン板上に広げ、20℃、
65%RHの雰囲気下で水分を蒸発乾固させて酵素含有
の絹の透明膜を調製した。さらに、50重量%のメタノ
ール水溶液中に5分間浸漬し、室温度で乾燥させて、G
ODが固定化された未変性絹フィブロインの不溶化膜を
調製した。
Example 1 A posterior silk gland was taken out from the matured silkworm body of a mulberry plant of mulberry leaf, washed thoroughly with water, and then liquid unmodified silk fibroin in the silk gland was dispersed in distilled water to increase the concentration by blast drying. A 0.7% unmodified silk fibroin aqueous solution was prepared. 20 ml of this unmodified silk fibroin aqueous solution was added with 3.75 mg of GOD (manufactured by Toyobo Co., Ltd.).
Add it in a constant temperature bath at ℃, and carefully and gently stir it.
Left for hours. Then, the unmodified silk fibroin aqueous solution to which GOD is added is spread on a polystyrene plate,
Water was evaporated to dryness under an atmosphere of 65% RH to prepare an enzyme-containing silk transparent film. Further, it is immersed in a 50 wt% methanol aqueous solution for 5 minutes, dried at room temperature, and
An insolubilized membrane of unmodified silk fibroin having OD immobilized thereon was prepared.

【0013】他方、比較例として、家蚕繭層に含まれる
ワックス、色素等を、エタノールベンゼン系の混合溶液
(容積比1:2)を用い、ソックレー抽出器により除去
した。ワックス等が除去された繭層をマルセル石鹸0.
2%、炭酸ナトリウム0.05%の混合水溶液に入れ、
98℃で30分煮沸処理することにより繭糸の外層のセ
リシンを除去して絹フィブロイン繊維を調製した。浴比
は1:100であった。50〜60℃で24時間乾燥し
て精練絹フィブロイン繊維を調製した。精練絹糸を55
℃の8%臭化リチウム溶液で30分処理して溶解させた
後、セルロース透析膜を用いて純水で透析することによ
り濃度が0.7%の再生絹フィブロイン水溶液を調製し
た。この再生絹フィブロイン水溶液20mlに対して
3.75mgのGOD(東洋紡株式会社製)を未変性絹
フィブロイン水溶液の場合と同様に20℃の恒温槽中で
加え、十分注意深く穏やかに撹拌し、2時間放置した。
次いで、GODが添加された再生絹フィブロイン水溶液
をポリスチレン板上に広げ、20℃、65%RHの雰囲
気下で水分を蒸発乾固させて酵素含有の絹の透明膜を調
製した。さらに、50重量%のメタノール水溶液中に5
分間浸漬し、室温度で乾燥させて、GODが固定化され
た再生絹フィブロインの不溶化膜を調製した。
On the other hand, as a comparative example, waxes, pigments and the like contained in the silkworm cocoon layer were removed by a Soxhlet extractor using an ethanolbenzene-based mixed solution (volume ratio 1: 2). Marcel soap 0.
Put in a mixed solution of 2% and 0.05% sodium carbonate,
Silk fibroin fiber was prepared by removing sericin in the outer layer of cocoon yarn by boiling at 98 ° C. for 30 minutes. The bath ratio was 1: 100. A scoured silk fibroin fiber was prepared by drying at 50-60 ° C for 24 hours. 55 scouring silk thread
After treated with an 8% lithium bromide solution at 8 ° C. for 30 minutes to dissolve it, dialyzed with pure water using a cellulose dialysis membrane to prepare a regenerated silk fibroin aqueous solution having a concentration of 0.7%. To 20 ml of this regenerated silk fibroin aqueous solution, 3.75 mg of GOD (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was added in a constant temperature bath at 20 ° C as in the case of the unmodified silk fibroin aqueous solution, and the mixture was carefully stirred gently and left for 2 hours. did.
Next, the regenerated silk fibroin aqueous solution to which GOD was added was spread on a polystyrene plate, and water was evaporated to dryness in an atmosphere of 20 ° C. and 65% RH to prepare a transparent silk film containing an enzyme. Furthermore, 5% in 50% by weight methanol aqueous solution
It was soaked for a minute and dried at a room temperature to prepare an insolubilized membrane of regenerated silk fibroin having GOD immobilized thereon.

【0014】以上のように調製された両絹フィブロイン
の不溶化膜(固定化酵素膜)を過酸化水素電極の表面に
過酸化水素選択透過膜を介して装着し、固定化酵素膜上
にグルコースの拡散透過を制限する拡散制限膜を装着し
た状態でグルコース濃度が既知(150mg/dl)の
グルコース溶液を点着し、過酸化水素電極から出力され
る出力電流の時間微分値の最大値を測定した。また、グ
ルコース濃度が異なるグルコース溶液を順次点着して同
様の測定を行ない、ダイナミックレンジ(出力の直線性
が損なわれないグルコース濃度の上限、以下、DRと略
称する)を得た。また、固定化酵素膜を1日保存した後
の出力電流の変化率Δ%をも得た。得られた結果を表1
に示す。
The insolubilized membrane (immobilized enzyme membrane) of both silk fibroins prepared as described above was attached to the surface of the hydrogen peroxide electrode via the hydrogen peroxide selective permeable membrane, and glucose was immobilized on the immobilized enzyme membrane. A glucose solution having a known glucose concentration (150 mg / dl) was spotted with a diffusion limiting membrane for limiting diffusion permeation, and the maximum value of the time derivative of the output current output from the hydrogen peroxide electrode was measured. . Further, glucose solutions having different glucose concentrations were sequentially spotted and the same measurement was performed to obtain a dynamic range (upper limit of glucose concentration at which output linearity is not impaired, hereinafter abbreviated as DR). Further, the change rate Δ% of the output current after storing the immobilized enzyme membrane for 1 day was also obtained. The results obtained are shown in Table 1.
Shown in.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】表1の測定結果から明らかなように、実施
例の固定化酵素膜を用いた方が大きな出力を得ることが
できるとともに、保存安定性が優れている(出力電流の
変化率が小さい)。また、DRについては、比較例の固
定化酵素膜の方が大きいと思われるが、実施例の固定化
酵素膜を用いた場合には出力が大きくでている関係上、
拡散制限膜の拡散透過制限効果を高めることにより簡単
にDRを大きくできる。したがって、実施例の固定化酵
素膜は、出力が大きいことに起因して十分に大きいDR
が得られることが分る。
As is clear from the measurement results in Table 1, a larger output can be obtained and the storage stability is excellent (the rate of change in output current is small) when the immobilized enzyme membrane of the example is used. ). Regarding DR, it seems that the immobilized enzyme membrane of the comparative example is larger, but the output is large when the immobilized enzyme membrane of the example is used.
The DR can be easily increased by increasing the diffusion and transmission limiting effect of the diffusion limiting film. Therefore, the immobilized enzyme membranes of Examples had sufficiently large DR due to the large output.
It turns out that

【0017】尚、以上には、桑葉育の家蚕の熟蚕体内か
ら後部絹糸腺を取り出すようにしているが、後部絹糸腺
に変えて中部絹糸腺を取り出すようにしてもよく、この
場合には、後部絹糸腺よりも液状の絹蛋白質が多量に貯
蔵されている関係上、多量の未変性絹フィブロインを得
ることができる。但し、この場合には、取り出した中部
絹糸腺を十分に水洗いした後、ピンセットで絹糸腺細胞
を丁寧に除去し、絹糸腺細胞を除去して得られた液状絹
蛋白質を所定量の蒸留水に入れ、所定温度で所定時間静
かに放置し、デカンテーション法により上澄を除去し、
再び所定量の蒸留水を加えてデカンテーション法により
上澄を除去し、再び所定量の蒸留水を加えて所定時間経
過後に、絹セリシンが除去された未変性絹フィブロイン
溶液を得ることができる。
Although the posterior silk gland is taken out from the matured silkworm body of the silkworm mulberry grown in mulberry leaf, the middle silk gland may be taken out instead of the posterior silk gland. Since a large amount of liquid silk protein is stored in the posterior silk gland, a large amount of undenatured silk fibroin can be obtained. However, in this case, after thoroughly washing the removed middle silk gland, the silk gland cells were carefully removed with tweezers, and the liquid silk protein obtained by removing the silk gland cells was placed in a predetermined amount of distilled water, Leave it quietly for a predetermined time at a predetermined temperature, remove the supernatant by decantation,
A predetermined amount of distilled water is added again, the supernatant is removed by the decantation method, and a predetermined amount of distilled water is added again, and after a lapse of a predetermined time, an unmodified silk fibroin solution from which silk sericin is removed can be obtained.

【0018】[0018]

【実施例2】実施例1と同様の方法で柞蚕(Anthe
raea Pernyi)の体内から取り出した絹糸腺
より液状の未変性絹フィブロインを蒸留水に分散させて
0.6%の未変性柞蚕絹フィブロイン水溶液を調製し
た。次いで、実施例1と同様の方法でGODを包括させ
て、GODを含有する不溶化された柞蚕絹フィブロイン
膜を調製した。
Example 2 A method similar to that of Example 1 was used.
The liquid unmodified silk fibroin was dispersed in distilled water from the silk gland taken out from the body of Raea Pernyi) to prepare a 0.6% aqueous solution of unmodified persimmon silk fibroin. Then, GOD was incorporated in the same manner as in Example 1 to prepare an insolubilized persimmon silkworm fibroin membrane containing GOD.

【0019】他方、比較例として、柞蚕繭層を次のよう
に処理して再生絹フィブロインを調製した。即ち、繭層
重量に対して50倍量の0.1%過酸化ナトリウム水溶
液にて95℃で1時間処理することによりセリシンを除
去した。次いで、セリシンを除去した繭層を7Mチオシ
アン酸リチウムに35℃で溶解させた後、セルロース膜
を用い、純水で3日間透析して無機イオン等を除去し
た。そして、送風乾燥させることにより0.6%濃度の
再生柞蚕絹フィブロイン水溶液を調製した。その後、上
記比較例と同様の方法でGODを包括させて、GODを
含有し不溶化された再生柞蚕絹フィブロイン膜を調製し
た。
On the other hand, as a comparative example, a regenerated silk fibroin was prepared by treating the tussah cocoon layer as follows. That is, sericin was removed by treatment with a 0.1% aqueous sodium peroxide solution in an amount 50 times the weight of the cocoon layer at 95 ° C. for 1 hour. Next, the cocoon layer from which sericin was removed was dissolved in 7M lithium thiocyanate at 35 ° C., and then dialyzed with pure water for 3 days using a cellulose membrane to remove inorganic ions and the like. Then, a 0.6% concentration of regenerated tussah silk fibroin aqueous solution was prepared by blast drying. Then, GOD was included in the same manner as in the above Comparative Example to prepare an insolubilized regenerated persimmon silk fibroin membrane containing GOD.

【0020】以上のように調製された両柞蚕絹フィブロ
インの不溶化膜(固定化酵素膜)を用いて、実施例1と
同様にして、過酸化水素電極から出力される出力電流の
時間微分値の最大値を測定し、また、DRを得た。得ら
れた結果を表2に示す。
Using the insolubilized membrane (immobilized enzyme membrane) of both mulberry silk fibroins prepared as described above, the time differential value of the output current output from the hydrogen peroxide electrode was measured in the same manner as in Example 1. The maximum value was measured and the DR was obtained. The obtained results are shown in Table 2.

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】表2の測定結果から明らかなように、実施
例の固定化酵素膜を用いた方が大きな出力を得ることが
できているとともに、DRをも大きくできている。そし
て、実施例の固定化酵素膜を用いた場合には出力が大き
くできている関係上、拡散制限膜の拡散透過制限効果を
高めることにより簡単にDRを一層大きくできる。した
がって、実施例の固定化酵素膜は、出力が大きいことに
起因してDRの一層の拡大が可能であることが分る。
As is clear from the measurement results in Table 2, a larger output can be obtained and a larger DR can be obtained by using the immobilized enzyme membrane of the example. Since the output is increased when the immobilized enzyme membrane of the example is used, DR can be further increased easily by enhancing the diffusion permeation limiting effect of the diffusion limiting membrane. Therefore, it can be seen that the immobilized enzyme membranes of Examples can further increase the DR due to the large output.

【0023】[0023]

【実施例3】実施例1と同様な方法で家蚕の熟蚕の後部
絹糸腺より液状の未変性絹フィブロインを蒸留水に分散
させ、送風乾燥させて0.6%の未変性絹フィブロイン
水溶液を調製した。そして、実施例1と同様にして製膜
した後、50重量%メタノール水溶液に20分浸漬する
ことにより不溶化処理を行なった。
Example 3 In the same manner as in Example 1, liquid unmodified silk fibroin was dispersed in distilled water from the posterior silk gland of mature silkworm of domestic silkworm, and dried by blowing air to obtain a 0.6% unmodified silk fibroin aqueous solution. Prepared. Then, after forming the film in the same manner as in Example 1, the film was immersed in a 50% by weight aqueous methanol solution for 20 minutes for insolubilization treatment.

【0024】以上のように調製された未変性絹フィブロ
インの不溶化膜(固定化酵素膜)を用いて、実施例1と
同様にして(但し、300ml/dlのグルコース水溶
液を用いる点が異なる)、過酸化水素電極から出力され
る出力電流の時間微分値の最大値を長期間にわたって測
定し、長期安定性を検討した。具体的には、固定化酵素
膜を4℃に保持されたpH7.0のリン酸緩衝液に長期
間浸漬して保存した後に、上記グルコース溶液を被検溶
液として測定を行ない、出力電流の時間微分値を算出す
ることにより長期安定性を評価した。測定結果を表3に
示す。
Using the insolubilized membrane (immobilized enzyme membrane) of unmodified silk fibroin prepared as described above, the same procedure as in Example 1 was carried out (except that 300 ml / dl of glucose aqueous solution was used). The maximum value of the time derivative of the output current output from the hydrogen peroxide electrode was measured over a long period of time, and long-term stability was examined. Specifically, the immobilized enzyme membrane was immersed in a phosphate buffer of pH 7.0 kept at 4 ° C. for a long period of time and stored, and then the glucose solution was measured as a test solution to measure the output current time. Long-term stability was evaluated by calculating the differential value. The measurement results are shown in Table 3.

【0025】[0025]

【表3】 [Table 3]

【0026】以上の測定結果から明らかなように、10
カ月間保存しても、実質的な出力の低下が認められず、
6カ月を経過すると保存安定性が劣悪となる従来の固定
化酵素膜(担体として再生絹フィブロインを用いたも
の)と比較して著しく優れた長期保存安定性を達成でき
た。尚、保存日数の経過に伴なって出力値が増加してい
るのは、固定化酵素膜を引張った状態で保存しており、
保存日数の経過に伴なって膜厚が小さくなっているため
であると考えられる。
As is clear from the above measurement results, 10
Even if stored for a month, no substantial decrease in output was observed,
It was possible to achieve remarkably excellent long-term storage stability as compared with a conventional immobilized enzyme membrane (using regenerated silk fibroin as a carrier), which has poor storage stability after 6 months. It should be noted that the output value increases with the lapse of storage days because the immobilized enzyme membrane is stored in a pulled state,
It is considered that this is because the film thickness becomes smaller as the number of storage days elapses.

【0027】[0027]

【実施例4】実施例1で用いた家蚕由来の未変性絹フィ
ブロイン水溶液と、実施例1において説明した方法で調
製した再生絹フィブロイン水溶液とを、ポリエチレン膜
上で蒸発乾固させて得た透明膜を25℃、50重量%の
メタノール水溶液に2分間浸漬処理し、20℃、65%
RHの恒温恒湿槽中に3時間放置して自然乾燥させるこ
とにより、不溶化された固定化酵素膜を得た。そして、
フーリエ変換赤外分光光度計(1700X、Perki
n−Elmer社製)を用いて、両固定化酵素膜におけ
る、分子形態が比較的容易に評価できるアミドV領域の
吸収バンドを観察した。
Example 4 A transparent silk fibroin aqueous solution derived from domestic silkworm used in Example 1 and a regenerated silk fibroin aqueous solution prepared by the method described in Example 1 were evaporated to dryness on a polyethylene membrane to obtain a transparent solution. The membrane is immersed in a 50% by weight methanol aqueous solution at 25 ° C for 2 minutes, and then at 20 ° C and 65%.
The insolubilized immobilized enzyme membrane was obtained by allowing to stand in a thermo-hygrostat of RH for 3 hours and naturally drying. And
Fourier transform infrared spectrophotometer (1700X, Perki
(manufactured by n-Elmer) was used to observe the absorption band of the amide V region in both immobilized enzyme membranes, whose molecular morphology can be evaluated relatively easily.

【0028】未変性絹フィブロインを用いた固定化酵素
膜の赤外吸収スペクトルには、浸漬処理2分でβ型分子
形態に帰属する698cm-1の吸収に加えて、未浸漬処
理の未変性絹フィブロインに特有なランダムコイル形態
特有の644cm-1の幅の広い吸収も小さな吸収ピーク
となって現われた。一方、浸漬処理時間が2分の再生絹
フィブロインを用いた固定化酵素膜の赤外吸収スペクト
ルには、β型分子形態に帰属する698cm-1に主要な
ピークが現われるのみであり、ランダムコイル形態に基
づく吸収は消失してしまった。これらの結果は、再生絹
フィブロインを用いた固定化酵素膜に含まれるランダム
形態がメタノール処理を行なうことにより容易に結晶化
してしまうことを意味している。これに対して、未変性
絹フィブロインを用いた固定化酵素膜は、分子凝集性が
よく緻密な表面構造をとっているため、メタノール処理
の影響を受け難く、ランダム形態領域が結晶化しにくい
ためランダムコイル形態特有の644cm-1の吸収ピー
クが残存している。そのため、未変性絹フィブロインを
用いた固定化酵素膜を短時間メタノール処理しても69
8cm-1の吸収ピークが現われにくいのに対して再生絹
フィブロインを用いた固定化酵素膜では698cm-1
吸収ピークが現われやすい。
In the infrared absorption spectrum of the immobilized enzyme membrane using unmodified silk fibroin, in addition to the absorption at 698 cm −1 which is attributed to β-type molecular morphology after 2 minutes of immersion, unmodified untreated silk A wide absorption at 644 cm -1 peculiar to the random coil morphology peculiar to fibroin also appeared as a small absorption peak. On the other hand, in the infrared absorption spectrum of the immobilized enzyme membrane using the regenerated silk fibroin having a dipping treatment time of 2 minutes, only a major peak appears at 698 cm −1 , which belongs to β-type molecular form, and the random coil form is observed. The absorption based on has disappeared. These results mean that the random form contained in the immobilized enzyme membrane using regenerated silk fibroin is easily crystallized by the treatment with methanol. On the other hand, the immobilized enzyme membrane using undenatured silk fibroin has a dense surface structure with good molecular aggregating property, so it is difficult to be affected by methanol treatment, and random morphological regions are difficult to crystallize. The absorption peak at 644 cm −1 peculiar to the coil form remains. Therefore, even if the immobilized enzyme membrane using undenatured silk fibroin is treated with methanol for a short time, 69
Easily appear absorption peak of 698cm -1 in immobilized enzyme film using the regenerated silk fibroin whereas hardly appeared the absorption peak of 8 cm -1.

【0029】尚、この発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、免疫センサ、発光免疫センサ、
多機能センサ、多様な臨床検査用センサ等用の固定化酵
素膜に適用することが可能であるほか、この発明の要旨
を変更しない範囲内において種々の設計変更を施すこと
が可能である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and for example, an immunosensor, a luminescent immunosensor,
The present invention can be applied to an immobilized enzyme membrane for a multifunction sensor, various sensors for clinical tests, etc., and various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように請求項1の発明は、鱗翅目
昆虫由来の絹糸腺細胞内の未変性絹フィブロインを主成
分とする膜に酵素を固定化してなるので、固定化された
酵素の安定性、活性保持を良好にでき、ひいては、固定
化酵素膜を電極表面に装着して測定を行なう場合に出力
値を著しく増加できるとともに長期保存安定性を著しく
高めることができ、しかも、比較的短時間で出力値のピ
ークを得ることができるという特有の効果を奏する。
As described above, according to the invention of claim 1, since the enzyme is immobilized on the membrane containing undenatured silk fibroin as a main component in the silk gland cells derived from Lepidoptera insects, the immobilized enzyme The stability and activity retention can be improved, and when the immobilized enzyme membrane is attached to the electrode surface for measurement, the output value can be remarkably increased and the long-term storage stability can be remarkably enhanced. It has a unique effect that the peak of the output value can be obtained in a short time.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 秀夫 茨城県つくば市御幸が丘3番地 ダイキン 工業株式会社内 (72)発明者 新井 潤一郎 茨城県つくば市御幸が丘3番地 ダイキン 工業株式会社内 (72)発明者 水沢 厚志 茨城県つくば市御幸が丘3番地 ダイキン 工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Hideo Katayama, 3 Miyukigaoka, Tsukuba, Ibaraki Daikin Industry Co., Ltd. (72) Junichiro Arai, 3 Miyukigaoka, Tsukuba, Ibaraki Daikin Industries, Ltd. ( 72) Inventor Atsushi Mizusawa 3 Miyukigaoka, Tsukuba City, Ibaraki Daikin Industry Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鱗翅目昆虫由来の絹糸腺細胞内の未変性
絹フィブロインを主成分とする膜に酵素を固定化してな
ることを特徴とする固定化酵素膜。
1. An immobilized enzyme membrane comprising an enzyme immobilized on a membrane containing undenatured silk fibroin as a main component in silk gland cells derived from Lepidoptera insects.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017149674A (en) * 2016-02-24 2017-08-31 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 Insolubilization-free silk fibroin material
CN109337892A (en) * 2018-11-27 2019-02-15 贺州学院 The method of the fixed taro polyphenol oxidase of fibroin

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