JPH09257742A - アルコールセンサ - Google Patents

アルコールセンサ

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Publication number
JPH09257742A
JPH09257742A JP8062957A JP6295796A JPH09257742A JP H09257742 A JPH09257742 A JP H09257742A JP 8062957 A JP8062957 A JP 8062957A JP 6295796 A JP6295796 A JP 6295796A JP H09257742 A JPH09257742 A JP H09257742A
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JP
Japan
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alcohol
biotin
avidin
sensor
alcohol oxidase
Prior art date
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Pending
Application number
JP8062957A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Cho
哲郎 長
Junichi Anzai
順一 安斉
Ryoichi Motohashi
亮一 本橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toa Electronics Ltd
Original Assignee
Toa Electronics Ltd
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Publication date
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Priority to JP8062957A priority Critical patent/JPH09257742A/ja
Publication of JPH09257742A publication Critical patent/JPH09257742A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルコール酸化酵素を利用した簡単な構造を
有し、アルコールに対する選択性、応答性に優れ、長期
間安定して使用できる、実用的なアルコールセンサを提
供する。 【解決手段】 白金電極1の表面に、アビジン2と、ビ
オチン3bで標識したアルコールオキシダーゼ3aから
なるビオチン標識アルコールオキシダーゼ3とを交互に
積層した多重層膜を有するアルコールセンサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶液中のアルコー
ルを選択的に検知してその濃度を測定することができる
アルコールセンサに関する。
【0002】
【従来技術】溶液中のエタノールを検知する酵素センサ
は、臨床研究や食品工業、発酵工業などの分野で実用さ
れている。最近では、酵素を利用したアルコールセンサ
が知られており、具体的にはアルコールオキシダーゼ
(AOx)の固定化酵素膜を備えた酸素電極や、アルコ
ールデヒドロゲナーゼ(ADH)を利用した全固体セン
サ等が開発されている。
【0003】これらの酵素を利用したアルコールセンサ
は、比較的小型であるが、ADHは補酵素としてβ−ニ
コチンアミドアデニンジヌクレオチドを必要とするの
で、簡便さの点ではAOxに基づくアルコールセンサの
方がADHを利用したセンサよりも優れている。しか
し、AOxは電子受容体として酵素のみを必要とすし、
AOxは単離される起源によっては多少不安定である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、酵素を
利用したアルコールセンサについては多くの研究がなさ
れているが、いまだ実用性の点において有用なものが発
表されていない。特にエタノールセンサなどのアルコー
ルセンサでは、選択性及び感度を向上させること、並び
に安定性ないし信頼性を向上させることが臨床研究や食
品・発酵工業などの分野で強く要望されている。
【0005】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、アル
コール酸化酵素を利用した簡単な構造であって、アルコ
ールに対する選択性、応答性に優れ、長期間安定して使
用できる、実用的なアルコールセンサを提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するアルコールセンサは、白金電極の
表面に、アビジンとビオチン標識アルコール酸化酵素と
が交互に積層された多重層膜を設けたことを特徴とする
ものである。
【0007】
【発明の実施の形態】アビジン(avidin)は卵白
などに含まれるタンパク質の一種であり、ビオチン(b
iotin)はビタミンB複合体の一種である。また、
アビジンとビオチンの結合反応は公知であり、生化学検
出反応に用いられている。
【0008】本発明者は、このアビジンとビオチンとの
間の強い親和性を利用して、その触媒活性を失うことな
く、白金表面に酵素多重層を調整できることを見い出し
た。本発明のアルコールセンサは、アルコール酸化酵素
にビオチンを付加してビオチン標識アルコール酸化酵素
とし、上記のアビジン−ビチオン結合を利用して、アル
コール酸化酵素を含むアビジン−ビオチンのタンパク質
層を白金電極表面に形成したものである。
【0009】アビジンとビオチンの結合システムによっ
て調製された酵素を含む多重層膜の理想的な構造を、図
1に模式的に図解した。この多重層膜は、白金電極1の
表面に、アビジン2とビオチン標識アルコールオキシダ
ーゼ(AOx)3とが交互に積層しており、アビジン2
がビチオン3bとの4つの結合部位を持つことと、AO
x3aに幾つかのビチオン3bが付加するという特徴に
基づいている。
【0010】上記のごとく、アビジンとビオチン標識ア
ルコール酸化酵素との多重層膜を持つ本発明のアルコー
ルセンサは電流応答型であって、例えば0.01〜10
mg/100mlの範囲のエタノールに対して鋭敏な応
答を示すことが判った。応答は約10秒以内と速やかで
あり、これはエタノール及びH22が抵抗なく拡散でき
る程度にAOx多重層膜が疎になっていることを示して
いる。AOx多重層膜の薄も速やかな応答の原因の一つ
と考えられ、例えばアビジン1層とAOx1層の合計厚
さはアビジン及びAOxの分子サイズから見積もって約
15nmである。
【0011】また、本発明のアルコールセンサの出力電
流はビオチン標識アルコール酸化酵素の層数に比例し、
これは一層ごとの被覆によって一定量のアルコール酸化
酵素が固定化されるということを示している。この出力
電流とアルコール酸化酵素の層数との比例関係を利用し
て、即ちアルコール酸化酵素の層数の増減により、セン
サの感度を正確に調節することができる。例えば、ビオ
チン標識AOxの層数(AOx層数)を15層以上とした
とき、応答電流は9mA以上になり、この応答電流は実
用的なエタノールの分析には十分高い値である。
【0012】更に、このアルコールセンサは、約1カ月
の間劣化することなく、最初の応答性を保つことができ
る。この優れた安定性は、酵素とアビジンがいかなる架
橋試薬も用いず、非共有結合によって互いに結びついて
いることによるものと考えられ、従来型の酵素センサと
比べて大幅に改善されている。
【0013】尚、本発明のアルコールセンサの脂肪族ア
ルコールに対する選択性は、メタノール>エタノール>
n−プロパノール>n−ブタノールの順となり、これは
均一系でのAOxの選択性と一致する。
【0014】
【実施例】アルコール酸化酵素として、アルコーオキシ
ダーゼ(AOx)(EC 1.13.13; Pichia
Pastoris由来;33U/mg Protei
n)を、米国のSigma Chemical Co.
から購入して使用した。アビジンは米国のCalzym
e Lab.から購入し、活性ビオチン(N−hydr
oxysuccinimidyl 6−(biotin
amido)hexanoate)は米国のVecto
r Lab.から購入した。酵素及びアビジンの溶液
は、共にダルベッコのリン酸緩衝液(D−PBS)で調
製した。使用したエタノール及び他の全ての試薬は特級
で、精製せずそのまま用いた。
【0015】アルコールオキシダーゼ(52mg Pr
otein/ml)30μlと、活性ビチオン溶液(1
mg/ml N,N−dimethylformami
de中)を0.1M NaHCO3溶液2.5ml中で混
合し、室温で3時間良く撹拌した。反応終了後遠心分離
を行って、AOx分子に幾つかのビチオン残基を導入し
たビチオン標識AOx溶液を得た。
【0016】過酸化水素を検出するために白金ディスク
電極(直径3mm)を電極材料として用いた。この白金
ディスク電極をアビジン溶液(1mg/ml)に室温で
20分間浸漬し、電極表面にアビジンを被覆した。次
に、この電極をD−PBS中で10分間洗浄し、続いて
上記のビチオン標識AOx溶液(51U/ml)中に2
0分間浸漬し、再びD−PBS中で10分間洗浄した。
この操作を繰り返すことにより、白金ディスク電極表面
にAOx多重層膜を形成した。
【0017】得られたアルコールセンサを用いて、その
電気化学的応答を従来型の三元電極系で銀−塩化銀参照
電極に対して0.6Vの電位で測定を行った。一定の電
位を印加するため、従来型の定電位電解装置を用いた。
尚、測定は10mlの緩衝液(0.1Mリン酸、PH.
8)に、所定のエタノール標準溶液を撹拌しながら注入
して行い、センサを使用しないときはD−PBS中に約
4℃で保存した。
【0018】まず、AOx多重層膜の層数を変えて、4
6mg/100mlのエタノールに対する応答電流を調
べ、その結果を図2に示した。図2から、AOx層数の
増加によって応答電流が増加し、出力電流の増加量はA
x層数にほぼ比例していることが判る。この比例関係
は、各々AOx層ごとにほぼ同じ量のAOxが存在してい
ることを示している。また、AOx層数を15層以上と
したとき応答電流が9mA以上になることが判り、これ
は実用的なエタノールの分析には十分高い値である。
【0019】次に、このアルコールセンサの応答性を調
べた。出力電流の最大電流値は、緩衝液中に試料を添加
後10秒以内に得られた。緩衝液中に添加したエタノー
ルがAOx多重層膜中に速やかに拡散してアセトアルデ
ヒドと過酸化水素に酸化され、電気化学的応答が極めて
速やかに行われていることが判る。この速やかな応答
は、エタノール及びH22が抵抗なく拡散できる程度に
AOx多重層膜が疎であること、及びAOx多重層膜の膜
厚がアビジン1層とAOx1層の合計でアビジンとAOx
の分子サイズから見積もって約15nmと薄いことによ
るものと考えられる。
【0020】図3は、AOx層数が20層の多重層膜を
持つ上記アルコールセンサの検量線を示しており、0.
01〜10mg/100mlのエタノール濃度範囲で直
線となっている。図3の検量線を用いることにより、ア
ルコールセンサの出力電流から、濃度未知の試料に含ま
れるエタノール濃度を知ることができる。例えばアルコ
ールを摂取した人の血中エタノールを測定する場合に
は、センサの検量線が約50〜250mg/100ml
のエタノール濃度を含む必要があるが、ここで用いたセ
ンサは適当な緩衝液で100倍希釈後の血中アルコール
の測定には十分な感度を持つことが判る。
【0021】更に、AOx層数が20層の多重層膜を持
つアルコールセンサの安定性を2カ月以上調べ、その結
果を図4に示した。46mg/100mlのエタノール
に対する応答電流は4週間後までは最初の値の95%の
活性を維持し、その後次第に減少し、10週間後には最
初の値の約30%の活性にまで減少した。AOxは安定
性に乏しいことが知られており、これは反応生成物のH
22がAOxの触媒活性を阻害するためとされている。
しかし、この実施例で用いたPichia Pasto
ris由来のAOxに対するH22の影響は小さく、ま
た架橋試薬を用いずにアビジンとビチオンによってAO
xを固定化するという緩和な条件も、本発明のセンサの
比較的長い寿命の一因であると考えられる。
【0022】異なった微生物由来のAOxは、数種類の
脂肪族一級アルコールに対して異なった活性を持ってい
ることが知られている。そこで、本発明のアルコールセ
ンサを血中エタノールの検出及び測定に使用する場合の
選択性について調査した。AOx層数が10層の多重層
膜を持つアルコールセンサを用い、その基質選択性を調
べるため20mg/100mlの各種アルコールを測定
した時の出力電流の比率を表1に示した。
【0023】
【表1】アルコールの種類 出力電流比(%) メタノール 208 エタノール 100 n−ポロパノール 48 n−ブタノール 21
【0024】このアルコールセンサの感度は、メタノー
ルがエタノールの2倍である。しかし、血中メタノール
濃度は一般的にエタノール濃度と比較して無視できるの
で、センサのメタノールに対する感度がエタノールの2
倍であるということは、血中エタノールを測定する場合
には問題ない。いずれにせよ、本発明のアルコールセン
サは血中エタノールの検出と測定に有用である。
【0025】また、本発明のアルコールセンサの更なる
利用例として、希釈した酒(日本酒)からのエタノール
の回収試験を行った。希釈した5つの試料にエタノール
をそれぞれ0.1〜5mg/100mlの濃度で添加
し、AOx層数が20層のアルコールセンサを用いて各
々の添加後のエタノール濃度を測定し、その結果を表2
に示した。下記表2から分かるように、95〜108%
の範囲の回収率は、このアルコールセンサが希釈した酒
の中のエタノールの測定に利用できるということを示し
ている。
【0026】
【表2】試料 添加量(mg/100ml) 測定値(mg/100ml) 回収率(%) 1 0.10 0.095 95 2 0.50 0.54 108 3 1.00 1.06 106 4 2.50 2.60 104 5 5.10 4.92 98
【0027】尚、本発明におけるアビジンとビオチンを
用いて酵素を電極に固定かする方法は、原則的にいかな
る種類の酵素にも応用できる。しかし、多重層の被覆の
最適条件は、ある程度個々の酵素の化学的及び物理的性
質に依存する。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、アルコール酸化酵素を
利用した簡単な構造を持ち、アルコールに対する選択性
並びに応答性に優れると共に、長期間安定して使用でき
る、実用的で信頼性の高いなアルコールセンサを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アビジン及びビオチン標識AOxからなる多重
層膜の模式図である。
【図2】本発明のエタノールセンサにおけるAOx層数
と出力電流の関係を示すグラフである。
【図3】本発明のエタノールセンサの一具体例における
検量線を示す。
【図4】本発明のエタノールセンサの一具体例における
安定性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 白金電極 2 アビジン 3 ビオチン標識AOx 3a AOx 3b ビオチン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 白金電極の表面に、アビジンとビオチン
    標識アルコール酸化酵素とが交互に積層された多重層膜
    を設けたことを特徴とするアルコールセンサ。
  2. 【請求項2】 アルコール酸化酵素がアルコールオキシ
    ダーゼであることを特徴とする、請求項1に記載のアル
    コールセンサ。
  3. 【請求項3】 ビオチン標識アルコールオキシダーゼを
    15層以上有していることを特徴とする、請求項2に記
    載のアルコールセンサ。
JP8062957A 1996-03-19 1996-03-19 アルコールセンサ Pending JPH09257742A (ja)

Priority Applications (1)

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JP8062957A JPH09257742A (ja) 1996-03-19 1996-03-19 アルコールセンサ

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JP8062957A JPH09257742A (ja) 1996-03-19 1996-03-19 アルコールセンサ

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004057321A1 (ja) * 2002-12-20 2004-07-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. バイオセンサ
JP2007139729A (ja) * 2005-11-23 2007-06-07 Japan Science & Technology Agency 酵素固定化バイオセンサー
JP2014503080A (ja) * 2011-01-20 2014-02-06 メドトロニック ミニメド インコーポレイテッド 分析物センサと共に使用される層状酵素組成物
CN105102972A (zh) * 2013-01-11 2015-11-25 东北大学 唾液葡萄糖监测系统

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