JPS585642A - 酵素電極 - Google Patents

酵素電極

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JPS585642A
JPS585642A JP56102777A JP10277781A JPS585642A JP S585642 A JPS585642 A JP S585642A JP 56102777 A JP56102777 A JP 56102777A JP 10277781 A JP10277781 A JP 10277781A JP S585642 A JPS585642 A JP S585642A
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JP
Japan
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electrode
enzyme
film
layer
substrate
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JP56102777A
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JPH0345336B2 (ja
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Shiro Nankai
史朗 南海
Akihiro Imai
章博 今井
Takashi Iijima
孝志 飯島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes

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】 本発明は、酵素の特異的触媒作用を受ける基質に対して
電気化学的活性を有し、基質の濃度を迅速かつ簡便に測
定することが可能で、しかも繰り返し使用することので
きる酵素電極を得ることを目的とし、特に尿酸を選択的
に定量することのできる酵素電極に関する。
酵素固定化利用技術の進展に伴い、酵素反応と電気化学
反応を関連させることにより、酵素の特異的触媒作用を
受ける物質である基質の濃度を測定することが試みられ
ている。その−例として、以下の(1)、(2)式に示
す様に、ウリカーゼの作用により、基質である尿酸が酸
化されて過酸化水素(H2O2)が生成し、次にこのH
2O2を白金電極などを用いて酸化し、この特待られる
酸化電流値から基質(尿酸)の濃度を知ることができる
尿酸+2H20+o2’!jly−*テラントイン+H
2O2十Co2 (1)H2O2−一→2 r+ 2 
e + 02    (2)この原理を応用して、繰り
返し使用可能な尿酸濃度測定用の酵素電極を構成するに
は、水溶性であるウリカーゼを白金電極上あるいはその
近傍に固定化する必要がある。
一方、上記のような酵素電極を用いて基質濃度を測定す
るに当たっては、被検物中に含まれる妨害物質について
考慮しておかねばならない。例えば、血液中の尿酸濃度
を測定する際には、その中に含まれるアスコルビン酸な
どの各種の共存物質が電極上で直接電気化学的に酸化さ
れる。すなわち、前記(2)式に示したH2O2の電極
上での酸化の際に、種々の共存物質が同時に酸化される
だめ、得られる電流値に誤差を与えることになる。この
様な妨害物質に対する対策を施した酵素電極の例として
以下のものがある。
(1)2つの白金電極を使用し、一方の電極上にのみ酵
素を固定化しておき、両方の電流値を差し引くことによ
り妨害物質の影響を補償する。
(2)セルロースアセテート、シリコーンゴムなどの膜
を白金電極の被検液側に配置することにより、アスコル
ビン酸などが白金電極へ拡散するのを阻止する。
上記方法において、(1)では2つの白金電極の応答性
をうまく釣り合わせるのが大変困難であるという欠点を
有する。まだ(2)の方法は簡単であるが、セルロース
アセテートなどからなる緻密な膜を使用するため、この
ような膜を使用しない場合と比較して、応答電流の低下
(感度の低下)や応答速度の低下は避けられないもので
あった。
本発明は、以上に述べた諸点について改良し、優れた特
性を有する酵素電極を提供するものである。本発明の酵
素電極の特徴は以下の電極構成にある。すなわち、基質
に対して選択的に作用しH2O2を生成する酵素を固定
化してなる層と、とのH2O2を検知するだめの第1の
電極と、第1の電極に対する妨害物質、例えばアスコル
ビン酸などを前もって電気化学的に酸化して除去するだ
めの第2の電極から構成し、さらに、第2の電極を酵素
を一定化してなる層と第1の電極の間に位置するように
設けた点にある。
第1図に本発明の酵素電極の構成例を断面模式図で示す
。図中1は第1の電極であり、担体となる多孔質膜3の
表面に蒸着、スパッタリングなどにより白金、金などの
薄層4を形成しH2O2検知電極としている。2は第2
の電極であり、前記と同様に多孔質膜6の表面にカーボ
ン、S n O2、In2O3などからなる薄層6を形
成しており、さらに、反対側の膜面上および孔中に目的
とする酵素を固定化し酵素固定化層7を形成したもので
ある。酵素電極は第1の電極と第2の電極を積層するこ
とにより、全体として薄膜状の電極としたものである。
電極等の位置関係については、第1の電極と酵素固定化
層の間に位置する様に第2の電極を設けており、使用に
際しては、第1の電極を電極内部側、酵素固定化層を被
検液側とする。
この酵素電極は、被検液中の基質が酵素固定化層ですみ
やかに酸化されてH20□を生成し、孔中を通って薄膜
4に達し酸化される。このとき、アスコルビン酸等の妨
害物質が含まれていても、第2の電極の電位をその妨害
物質の十分な酸化電位に設定しておくことにより、事前
に電解酸化することができ、これらの妨害物質を効果的
に除去することができる。この場合、第2の電極ではH
2O2を酸化することなく、妨害物質を酸化する必要が
あるっ 第2図は、H2O2とアスコルビン酸に対するカーボン
電極の電極電位と酸化電流の関係を示す。
Aはアスコルビン酸(8度1X1o モル/p)に対す
るものであり、約+0.3V以上で十分酸化されている
。これに対し、BはH2O2(濃度2×10−4モル/
 n )に対するものであり、+o、eVまでは酸化電
流がほとんど観測されない。すなわち、第2の電極の電
位を+0.3〜+ o、eV (vg。
Aq/AqCn)に設定すれば、H2O2を酸化するこ
となくアスコルビン酸を電解酸化することができ、妨害
物質による誤差をなくすることができる。このような妨
害物質除去の効果はグルタチオンなどに対しても同様に
良好であった。
第2の電極に使用できる電極材料としては、カ−ボン以
外に、S n O2、In2O3などの導電性物質が特
に良好であった。これらの導電性酸化物の薄層を形成し
た電極の場合、カーボンと比較して、妨害物質の除去効
率では劣るものの、長期の繰り返し使用においてより安
定した性能を維持するなどの利点が認められた。
本発明の酵素電極の別の構成例としては、第1図に示し
たもの以外に、例えば、1枚の多孔質膜を用い、その一
方の膜面上に第1の電極を、他方の膜面上に第2の電極
を各々形成し、さらに第2の電極上へ酵素を固定化する
ことも考えられる。
このようにすることにより、構成が簡単となり、応答速
度がさらに良好になるなどの利点を有する。
また、本発明の酵素電極は、担体として多孔質膜を用い
ることにより速やかにH2O2を拡散させるようにし、
この膜上に2つの電極を形成して全体として薄膜状の電
極とし、さらに第2の電極の外側(被検液側)に酵素を
固定化しているため、応答速度、応答感度に優れている
。また、使用中の膜のたわみ等によっても応答特性はほ
とんど影響されず、安定した応答を得ることができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
第1の電極の担体としてポリカーボネート多孔体膜(直
径11■、膜厚10μm、孔径2000人。
孔密度3X108個/ crA )を用い、この膜の片
面にスパッタリングにより白金層(厚さ数百〜数千オン
グストローム)を形成し、電極とした。一方、第2の電
極に、担体として直径9薗で他は上記と同じポリカーボ
ネート膜を用い、この膜の片面に蒸着法によりカーボン
層を形成し、電極とした。
次に、このカーボン層を形成した膜の反対面にグルコー
スオキシダーゼ水溶液(濃度100my/m℃)を展開
、乾燥し、グルタルアルデヒドで固定化した後、十分に
洗浄する。次に得られた2つの電極膜を、第1図に示す
ように圧着、積層し、全体として薄膜状の酵素電極とし
た。
この酵素電極を装着した円筒形の電極ホルダーの断面と
電極系について第3図に示した。図中、8は酵素電極で
あり、第1の電極がホルダーの内側になるように外とう
管9で本体10に装着されてお9、第1の電極の白金層
は内側の白金リード11に、第2の電極のカーボン層は
外側の白金リード12にそれぞれ接している。また第1
の電極に対するAq/AqCI1.参照極13と対極1
4を電極ホルダー内部に、第2の電極に対するAq/A
qCβ参照極16と対極16は電極ホルダーの外側に配
して電極系を構成している。また電極ホルダー・丙は電
解液17で満たされている。
上記の電極をPHs、eの緩衝液中に浸漬し、グルコー
スあるいはアスコルビン酸を添加し、その濃度変化に伴
う電流変化を測定した。第1の電極についての電流増加
(定常値)を第4図に示す。
図中、aはアルコルビ/酸についてであり、第1の電極
の電位を0.6 V (vs 、 Ag / AqCn
 )とし、第2の電極には全く電圧を加えない場合であ
る。
同じ条件下でのグルコースに対する電流増加をbで示す
。一方、第1の電極、第2の電極ともに+ 0.6 V
 v s、Ag / Ag(Jに設定した場合(7)ア
メ:1ルピン酸に対する電流増加はCで示すごとくほと
んど観測されず、同じ条件下でグルコースに対す0 る応答はbと一致し、グルコースの測定には影響がなか
った。また、上記においてグルコースに対する応答は、
グルコースの添加とともに電流が急増し、10秒程度で
定常値に達するなど、大変迅速なものであった。
以上のように、第2の電極を用いてアスコルビン酸を前
もって電解酸化することにより、第1の電極に対する妨
害をなくすることができる。このように電解酸化の効果
が大きく、かつ迅速な応答が得られるのは、各々の電極
として多孔質膜を使用し、この膜上に電極を形成し、全
体として多孔質薄膜状の酵素電極としていることによる
ものである。
使用できる酵素としては、実施例に示したグルコースオ
キシダーゼに限定されることなく、アミノ酸オキシダー
ゼ、コレステロールオキシダーゼ等、複合酵素系をも含
めてH2O2を生成するものであれば良い。さらに、基
質そのものが電解酸化されやすいアルコールオキシダー
ゼ、ウリカーゼ等についても十分適用可能であることは
、この酵素電極の構成から明らかである。
また、適用できる多孔質膜としては、水溶液中での使用
に耐え、水に対して膨潤性のないものが良く、ポリカー
ボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔質膜
が最適である。
以上のごとく、本発明の酵素電極は優れた性能を有する
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の酵素電極の構成例を示す断面模式図、
第2図はH2O2およびアスコルビン酸に対するカーボ
ン電極の電位と酸化電流の関係を示す図、第3図は酵素
電極を装着した電極ホルダーの断面および電極系を示す
模式図、第4図はグルコースおよびアスコルビン酸につ
いて、濃度と電流増加量の関係を示す図である。 1・・・第1の電極、2−・−・・・第2の電極、3,
5・・・・多孔質膜、4.6・・・・導電層、7・・・
・酵素固定化層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
11

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)少なくとも過酸化水素を検知するための第1の電
    極と、酵素を固定化してなる層と、第1の電極による検
    知を妨害する物質を除去するための第2の電極とから慶
    り、第2の電極を第1の電極と酵素を固定化してなる層
    との間に設けたことを特徴とする酵素電極。 @)第2の電極が、多孔質膜上にカーボンの薄層を形成
    してなる特許請求の範囲第1項記載の酵素電極。 (3)第2の電極が、S n O2もしくはIn2O3
    からなる導電性薄層を多孔質膜上に形成してなる特許請
    求の範囲第1項記載の酵素電極。 (4)第2の電極を設けてなる多孔質膜の孔中あるいは
    膜面上に酵素を固定化してなる特許請求の範囲第2項又
    は第3項記載の酵素電極。 (6)第1の電極が、多孔質膜上に白金又は金の薄層を
    形成してなる特許請求の範囲第1項記載の酵素電極。
JP56102777A 1981-07-01 1981-07-01 酵素電極 Granted JPS585642A (ja)

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