JPS5849821B2 - 酵素電極 - Google Patents
酵素電極Info
- Publication number
- JPS5849821B2 JPS5849821B2 JP53084925A JP8492578A JPS5849821B2 JP S5849821 B2 JPS5849821 B2 JP S5849821B2 JP 53084925 A JP53084925 A JP 53084925A JP 8492578 A JP8492578 A JP 8492578A JP S5849821 B2 JPS5849821 B2 JP S5849821B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- enzyme
- electrode
- immobilized
- enzyme electrode
- glutaraldehyde
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、集電体上に酵素を架橋法で固定化した酵素電
極に関する。
極に関する。
さらに、詳しくは、酵素を架橋試薬、例えばグルタルア
ルデヒドで固定化する際に、架橋試薬と反応してそれ自
体が不溶化すると同時に酵素固定化の担体ともなる高分
子化合物を用いることを特徴とする。
ルデヒドで固定化する際に、架橋試薬と反応してそれ自
体が不溶化すると同時に酵素固定化の担体ともなる高分
子化合物を用いることを特徴とする。
従来、酵素をカーボン、白金などの集電体上もしくはそ
の近傍に固定化した分析などの目的に用いられるいわゆ
る酵素電極は、酵素の固定化法としてグルタルアルデヒ
ドによる架橋法がしばしば用いられていた。
の近傍に固定化した分析などの目的に用いられるいわゆ
る酵素電極は、酵素の固定化法としてグルタルアルデヒ
ドによる架橋法がしばしば用いられていた。
しかし、この種架橋試薬単独で酵素分子自体を直接架橋
固定化した場合には、十分な活性や強度を有する酵素電
極を得るのは困難であった。
固定化した場合には、十分な活性や強度を有する酵素電
極を得るのは困難であった。
本発明は、酵素を集重体上に架橋固定化する際に、架橋
試薬で架橋不溶化する高分子化合物を担体として用いる
ことにより、酵素の集電体上への固定化を容易にすると
ともに、゛固定化酵素を物理的に強固にし、さらに酵素
電極の活性を向上するものである。
試薬で架橋不溶化する高分子化合物を担体として用いる
ことにより、酵素の集電体上への固定化を容易にすると
ともに、゛固定化酵素を物理的に強固にし、さらに酵素
電極の活性を向上するものである。
以下本発明をその実施例により詳細に説明する。
実施例 1
担体の高分子化合物として下記の一般式で表されるポリ
エチレンイミン、+CH2−CH2−NHx+−nX=
1 t 2 酵素としてグルコースオキシダーゼ、集電体としてカー
ボン、架橋試薬としてグルタルアルデヒドを用いる。
エチレンイミン、+CH2−CH2−NHx+−nX=
1 t 2 酵素としてグルコースオキシダーゼ、集電体としてカー
ボン、架橋試薬としてグルタルアルデヒドを用いる。
まず、炭素粉末をプレス或型して円板状電極を作ル。
一方、ポリエチレンイミンとグルコースオキシダーゼと
PH5.6のリン酸緩衝液とを重量化で1:10:3の
割合で混合する。
PH5.6のリン酸緩衝液とを重量化で1:10:3の
割合で混合する。
この混合物を前記電極上に塗布し、乾燥した後、グルタ
ルアルデヒドの5重量俤水溶液につけ、架橋反応を行な
わせる。
ルアルデヒドの5重量俤水溶液につけ、架橋反応を行な
わせる。
こうして酵素を集電体上に直接固定した酵素電極が得ら
れる。
れる。
この際ポリエチレンイミンはグルタルアルデヒドによっ
てそれ自体不溶化されるが、グルコースオキシダーゼと
の間でも架橋反応を行ない、グルコースオキシダーゼの
固定化担体として作用する。
てそれ自体不溶化されるが、グルコースオキシダーゼと
の間でも架橋反応を行ない、グルコースオキシダーゼの
固定化担体として作用する。
図面は酵素電極を用いた電気化学測定系を示す。
1は酵素電極、2は参照極の飽和カロメル電極、3はリ
ン酸緩衝液、4は対極、5はセパレータである。
ン酸緩衝液、4は対極、5はセパレータである。
6は酸素導入管で、電極1側のリン酸緩衝液中には酸素
ガスを飽和させてある。
ガスを飽和させてある。
ポテンショスタットを用いて、作用極である電極1を参
照極2に対して−〇.6Vの定電位に保つと、電極1に
は約2 0 0 ltAの酸素の還元反応に基づくカソ
ード定常電流が得られる。
照極2に対して−〇.6Vの定電位に保つと、電極1に
は約2 0 0 ltAの酸素の還元反応に基づくカソ
ード定常電流が得られる。
ここで作用極側の緩衝液中にグルコースを5 X 1
0−’モル/lの濃度となるように注入すると、電流値
は急激に減少して約160μAの定常値が得られた。
0−’モル/lの濃度となるように注入すると、電流値
は急激に減少して約160μAの定常値が得られた。
この酸素の還元電流の減少分約40μAは、次のような
グルコースオキシダーゼの触媒反応によって酸素が消費
されるために生じている。
グルコースオキシダーゼの触媒反応によって酸素が消費
されるために生じている。
グルコース濃度を種々変えて同様の測定を行なうと、還
元電流の減少分とグルコース濃度との間に相関性が認め
られ、上記の酵素電極によってグルコース濃度を電気化
学的に測定することが可能なことがわかる。
元電流の減少分とグルコース濃度との間に相関性が認め
られ、上記の酵素電極によってグルコース濃度を電気化
学的に測定することが可能なことがわかる。
ポリエチレンイミンを用いないでグルコースオキシダー
ゼのみを同様の方法で固定化した酵素電極を用いて同様
の測定を行なった場合の酸素の還元電流の減少分は、グ
ルコース濃度5X10’モル/lに対して約15μAで
あった。
ゼのみを同様の方法で固定化した酵素電極を用いて同様
の測定を行なった場合の酸素の還元電流の減少分は、グ
ルコース濃度5X10’モル/lに対して約15μAで
あった。
上記のように、ポリエチ゛レンイミシを用いてグルコー
スオキシダーゼを固定化した電極の方が、同一濃度のグ
ルコースに対して電流変化が大であり、従って感度が高
い。
スオキシダーゼを固定化した電極の方が、同一濃度のグ
ルコースに対して電流変化が大であり、従って感度が高
い。
これらはポリエチレンイミン自体が酵素固定化の担体と
なるため、酵素の固定化収率が向上しているためと考え
られる。
なるため、酵素の固定化収率が向上しているためと考え
られる。
実施例 2
酸素としてD−アミノ酸オキシダーゼ、集電体としてS
n02ネサガラス、架橋試薬としてグルタルアルデヒ
ドを用いる。
n02ネサガラス、架橋試薬としてグルタルアルデヒ
ドを用いる。
S n 0 2ネサガラスを十分洗浄し、表面を親水化
する。
する。
一方ポリオルニチンとD−アミノ酸オキシダーゼとPH
5.6のリン酸緩衝液とを重量比で、2:10:3の割
合で混合する。
5.6のリン酸緩衝液とを重量比で、2:10:3の割
合で混合する。
この混合物を上記SnO2ネサガラス表面に塗布、乾燥
した後、グルタルアルデヒドの2.5重量φ水溶液で処
理して架橋反応を行なわせる。
した後、グルタルアルデヒドの2.5重量φ水溶液で処
理して架橋反応を行なわせる。
このようにして酵素を集電体上に直接固定化した酵素電
極が作製できる。
極が作製できる。
この際ポリオルニチンはグルタルアルデヒドによってそ
れ自体が不溶化されているがグルコースオキシダーゼと
の間にも架橋反応を行なっている。
れ自体が不溶化されているがグルコースオキシダーゼと
の間にも架橋反応を行なっている。
この酵素電極を実施例1と同様の電気化学測定系に組み
込れる。
込れる。
この場合実施例1とはちがい、作用極側電解液中にはP
−ペンゾキノンが10−2モル/lの濃度で溶解されて
いる。
−ペンゾキノンが10−2モル/lの濃度で溶解されて
いる。
ポテンショスタットを用い作用極(酵素電極)を参照極
に対して+0.4vの定電位に保つと、この時ブランク
定常電流は0.05μAであった。
に対して+0.4vの定電位に保つと、この時ブランク
定常電流は0.05μAであった。
ここで作用極側にD−アラニンを5 X 1 0−’モ
ル/lの濃度になるように注入すると、電流値は急速に
上昇して約20μAの酸化電流の定常値が得られた。
ル/lの濃度になるように注入すると、電流値は急速に
上昇して約20μAの酸化電流の定常値が得られた。
この酸化電流の増加は、以下の酵素触媒反応によって生
成するヒドロキノンのS n 0 2上での酸化反応に
基づくものである。
成するヒドロキノンのS n 0 2上での酸化反応に
基づくものである。
種々のD−アラニンの濃度で酸化電流の増加分との関係
を調べると、酸化電流の増加とD−アラニンの濃度との
間には相関性が認められ、ここに用いた酵素電極によっ
てD−アミノ酸(ここではD−アラニン)の濃度を電気
化学的に測定可能なことがわかる。
を調べると、酸化電流の増加とD−アラニンの濃度との
間には相関性が認められ、ここに用いた酵素電極によっ
てD−アミノ酸(ここではD−アラニン)の濃度を電気
化学的に測定可能なことがわかる。
D−アミノ酸オキシダーゼはポリオルニチンを用いない
でグルタルアルデヒドによる架橋反応のみを行なわせた
場合はSnO2上に固定することができなかった。
でグルタルアルデヒドによる架橋反応のみを行なわせた
場合はSnO2上に固定することができなかった。
ポリオルニチンは架橋法による酵素固定を容易ならしめ
る効果を有することがわかる。
る効果を有することがわかる。
酸素としてグルタミン酸脱水素酵素、集電体として実施
例1と同様にして作製した炭素粉末の成型電極を用いた
。
例1と同様にして作製した炭素粉末の成型電極を用いた
。
まず、ポリリジンとグルタミン酸脱水素酵素とニコチン
アミドアデニンジヌクレオチドとリン酸緩衝液とを重量
比で1:5:3:4の割合で混合し、この混合物を炭素
電極表面に塗布、乾燥した後、実施例1と同様にグルタ
ルアルデヒド処理をする。
アミドアデニンジヌクレオチドとリン酸緩衝液とを重量
比で1:5:3:4の割合で混合し、この混合物を炭素
電極表面に塗布、乾燥した後、実施例1と同様にグルタ
ルアルデヒド処理をする。
このようにしてグルタミン酸脱水素酵素ならびにその補
酵素であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチドがポ
リリジシを担体として集電体上に固定化することができ
る。
酵素であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチドがポ
リリジシを担体として集電体上に固定化することができ
る。
ポリリジシを用いないで前記酵素および補酵素を固定化
すると、集電体表面に形成された酵素一補酵素からなる
膜は、はがれ易く、強度の非常に弱いものであった。
すると、集電体表面に形成された酵素一補酵素からなる
膜は、はがれ易く、強度の非常に弱いものであった。
上記のようにして作製した電極は、下記のような酵素触
媒反応によって生じる還元型のニコチンアミドアデニン
ジヌクレオチド(NAD)の酸化電流を実施例2と同様
の方法で電気化学的に測定することにより、グルタミン
酸の濃度測定が可能であった。
媒反応によって生じる還元型のニコチンアミドアデニン
ジヌクレオチド(NAD)の酸化電流を実施例2と同様
の方法で電気化学的に測定することにより、グルタミン
酸の濃度測定が可能であった。
高分子担体として天然のタンパク質であり、アミノ基や
イミノ基を有していると考えられるアルブミンとともに
同様にグルタミン酸脱水素酵素とNADを固定した場合
も物理的に強固でしかも活性の高い電極を得ることがで
きた。
イミノ基を有していると考えられるアルブミンとともに
同様にグルタミン酸脱水素酵素とNADを固定した場合
も物理的に強固でしかも活性の高い電極を得ることがで
きた。
以上の実施例では、いずれも成型したカーボンや、Sn
O2ネサガラスに膜状に酵素を架橋固定したが、成型す
る以前の集電体粉末上に酵素を架橋固定し、その架橋酵
素膜でおおわれた粉末を戒型して酵素電極にすることも
可能である。
O2ネサガラスに膜状に酵素を架橋固定したが、成型す
る以前の集電体粉末上に酵素を架橋固定し、その架橋酵
素膜でおおわれた粉末を戒型して酵素電極にすることも
可能である。
以上の実施例から明らかなように、架橋試薬で架橋不溶
化する高分子化合物、すなわちポリエチレンイミン、ポ
リオルニチン、ポリリジン等のアミノ基あるいはイミノ
基を有する各種高分子化合物は、酵素を架橋試薬で集電
体上に固定化する際に用いると、酵素の固定化を容易に
し、また固定化酵素を物理的に強固なものとし、さらに
作製した酵素電極の活性を上昇させることができる。
化する高分子化合物、すなわちポリエチレンイミン、ポ
リオルニチン、ポリリジン等のアミノ基あるいはイミノ
基を有する各種高分子化合物は、酵素を架橋試薬で集電
体上に固定化する際に用いると、酵素の固定化を容易に
し、また固定化酵素を物理的に強固なものとし、さらに
作製した酵素電極の活性を上昇させることができる。
また、酵素と集重体との接触筒積4大きくでき、応答感
度、応答速度の増大が可能となる。
度、応答速度の増大が可能となる。
担体となる高分子化合物としては実施例にあげた以外に
ポリアルギニンや天然のタンパク質であるアルブミン等
を用いることもできる。
ポリアルギニンや天然のタンパク質であるアルブミン等
を用いることもできる。
また、架橋試薬としてはグルタルアルデヒド以外に、ヘ
キサメチレンジイソシアナート、ヘキサメチレンジチオ
イソシアナート、N,N’一エチレンビスマレインイミ
ドなどを用いることも可能である。
キサメチレンジイソシアナート、ヘキサメチレンジチオ
イソシアナート、N,N’一エチレンビスマレインイミ
ドなどを用いることも可能である。
さらに実施例3にあげたように酸化還元酵素の電子伝達
体(補酵素)を集電体に酵素とともに固定して用いるこ
とも可能である。
体(補酵素)を集電体に酵素とともに固定して用いるこ
とも可能である。
この場合には実施例1あるいは2のごとく電子伝達体(
酸素やP−ペンゾキノン)を液中に溶解させる必要はな
く、酵素とともに電子伝達体も再使用が可能となる。
酸素やP−ペンゾキノン)を液中に溶解させる必要はな
く、酵素とともに電子伝達体も再使用が可能となる。
図面は本発明の酵素電極を組み込んだ電気化学測定系の
構戒を示す。
構戒を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 架橋試薬で架橋不溶化する高分子化合物とともに、
酸化還元酵素を集電体上に架橋固定化したことを特徴と
する酵素電極。 2 架橋試薬が、グルタルアルデヒド、ヘキサメチレン
ジイソシアナート、ヘキサメチレンジチオイソシアナー
トおよびN,N’一エチレンビスマレインイミドである
特許請求の範囲第1項記載の酵素電極。 3 高分子化合物が、アミン基もしくはイミノ基を有す
る化合物である特許請求の範囲第1項記載の酵素電極。 4 高分子化合物が、ポリエチレンイミン、ポリオルニ
チン、ポリリジン、ポリアルギニンおよびアルブミンよ
りなる群から選択したものである特許請求の範囲第3項
記載の酵素電極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53084925A JPS5849821B2 (ja) | 1978-07-11 | 1978-07-11 | 酵素電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53084925A JPS5849821B2 (ja) | 1978-07-11 | 1978-07-11 | 酵素電極 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5512437A JPS5512437A (en) | 1980-01-29 |
JPS5849821B2 true JPS5849821B2 (ja) | 1983-11-07 |
Family
ID=13844265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP53084925A Expired JPS5849821B2 (ja) | 1978-07-11 | 1978-07-11 | 酵素電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5849821B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5262035A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-16 | E. Heller And Company | Enzyme electrodes |
WO1993023748A1 (en) * | 1992-05-08 | 1993-11-25 | E. Heller & Company | Electrode and method for the detection of hydrogen peroxide |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59151050A (ja) * | 1983-02-17 | 1984-08-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 生体触媒電極の製法 |
US4921809A (en) * | 1987-09-29 | 1990-05-01 | Findley Adhesives, Inc. | Polymer coated solid matrices and use in immunoassays |
US5264104A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-23 | Gregg Brian A | Enzyme electrodes |
US5264105A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-23 | Gregg Brian A | Enzyme electrodes |
JP2669497B2 (ja) * | 1994-12-26 | 1997-10-27 | 工業技術院長 | 酵素電極及びその製造方法 |
AU2008363022A1 (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-22 | Kajima Corporation | Microbial fuel cell and membrane cassette for microbial fuel cells |
-
1978
- 1978-07-11 JP JP53084925A patent/JPS5849821B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5262035A (en) * | 1989-08-02 | 1993-11-16 | E. Heller And Company | Enzyme electrodes |
WO1993023748A1 (en) * | 1992-05-08 | 1993-11-25 | E. Heller & Company | Electrode and method for the detection of hydrogen peroxide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5512437A (en) | 1980-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Geise et al. | Electropolymerized 1, 3-diaminobenzene for the construction of a 1, 1′-dimethylferrocene mediated glucose biosensor | |
Ikeda et al. | Electrocatalysis with a glucose-oxidase-immobilized graphite electrode | |
Bertocchi et al. | Amperometric ammonium ion and urea determination with enzyme-based probes | |
Chi et al. | Amperometric biosensors based on the immobilization of oxidases in a Prussian blue film by electrochemical codeposition | |
JP3242923B2 (ja) | 過酸化水素の検出用電極及び方法 | |
US5804047A (en) | Enzyme-immobilized electrode, composition for preparation of the same and electrically conductive enzyme | |
Vidal et al. | A chronoamperometric sensor for hydrogen peroxide based on electron transfer between immobilized horseradish peroxidase on a glassy carbon electrode and a diffusing ferrocene mediator | |
Mizutani et al. | Amperometric determination of pyruvate, phosphate and urea using enzyme electrodes based on pyruvate oxidase-containing poly (vinyl alcohol)/polyion complex-bilayer membrane | |
Tatsuma et al. | Enzyme electrodes mediated by a thermoshrinking redox polymer | |
Mulchandani et al. | Bienzyme sensors based on poly (anilinomethylferrocene)‐modified electrodes | |
Amine et al. | Preparation and characterization of a fragile enzyme immobilized carbon paste electrode | |
Spohn et al. | A bienzyme modified carbon paste electrode for the amperometric detection of L-lactate at low potentials | |
Schubert et al. | Enzyme electrodes for L-glutamate using chemical redox mediators and enzymatic substrate amplification | |
Kulys et al. | Bienzyme sensors based on chemically modified electrodes | |
JPS5816696B2 (ja) | 酵素電極 | |
Situmorang et al. | The development of a pyruvate biosensor using electrodeposited polytyramine | |
Mizutani et al. | L-Malate-sensing electrode based on malate dehydrogenase and NADH oxidase | |
Laurinavicius et al. | Amperometric glyceride biosensor | |
JPS5849821B2 (ja) | 酵素電極 | |
Ferri et al. | A Glucose Biosensor Based on Electro‐Enzyme Catalyzed Oxidation of Glucose Using a HRP‐GOD Layered Assembly | |
Arai et al. | Electrochemical characteristics of D-amino acid oxidase immobilized in a conductive redox polymer | |
Mizutani et al. | Glucose-sensing electrode based on carbon paste containing ferrocene and polyethylene glycol-modified enzyme. | |
Arai et al. | Pyruvate sensor based on pyruvate oxidase immobilized in a poly (mercapto-p-benzoquinone) film | |
Lobo et al. | A comparative study of some phenoxazine and phenothiazine modified carbon paste electrodes for ethanol determination | |
Luong et al. | The principle and technology of hydrogen peroxide based biosensors |