JPS59210356A - トリグリセライドセンサ - Google Patents

トリグリセライドセンサ

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JPS59210356A
JPS59210356A JP58084480A JP8448083A JPS59210356A JP S59210356 A JPS59210356 A JP S59210356A JP 58084480 A JP58084480 A JP 58084480A JP 8448083 A JP8448083 A JP 8448083A JP S59210356 A JPS59210356 A JP S59210356A
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enzyme
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triglyceride
glutaraldehyde
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Masao Karube
征夫 軽部
Hideaki Matsuoka
英明 松岡
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Kuraray Co Ltd
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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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4145Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors

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】 、本発明は所感応性イオン選択的電界効果トランジスタ
を用いたトリグリセライドセンサに関するものである。
糖尿病、動脈硬化症、ネフローゼ症候群、甲状腺機能低
下症、家族性高脂血症等の患者の血清中のトリグリセラ
イド濃度は異常に高く、これらの疾患の臨床に血清中の
トリグリセライド濃度の測定は欠かせない。従来よりか
かる血清トリグリセライドの濃度測定方法として(1)
クロモトロープ酸を用いる方法、(2)アセチルアセト
ン法、(8)酵素法、(4)ネフエロメーターを用いる
方法等が用いられている。しかし、これらの方法はいず
れも煩雑な分析操作と長い分析時間を必要とするという
問題があった。
本発明者らは従来のトリグリセライド濃度の測定方法の
問題点を解消した新規な測定技術を提供するため、まず
トリグリセライドに選択性を有する酵素について検討し
たところ、グリセロールエステル加水分解酵素がトリグ
リセライドの高い加水分解能力と選択性を有しているこ
と全見出し、かかるグリセロールエステル加水分解酵素
を誘導ノイズを捨いにくい入力インピーダンスの極めて
小さい州電極と組み合せることにより、トリグリセライ
ドを連続的に測定するトリグリセライドセンサが製作可
能であることに着目し、さらに鋭意検討した結果本発明
に到達したものである。すなわち本発明は…感応性イオ
ン選択的電界効果トランジスタのゲート絶縁膜上に被覆
された多孔質高分子膜″!、たけ親水性の均質高分子膜
にグリセロールエステル加水分解酵素を固定化したこと
を特徴とするトリグリセライドセンサである。
本発明に用いる…感応性11フ 51−139289号、同52−26292号等に開示
されている。かかるIsFgrは、■C技術を用いて作
製された絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート部
に、所感応性の膜を形成した極めて小形なもので、この
所感応性の膜表面における電解質との界面電位の変化を
検出して、電解質中の州を測定するものである。上記田
感応膜として、たとえば特開昭54−66194には窒
化ケイ素、特開昭55−24603には酸化アルミニウ
ムもしくは五酸化タンタル、P, T.McBride
, Anal. Chirn, Acta 101 。
239(1978)にはシリコーンゴム等が記載されて
いる。この電極は田感応ガラス電極や固体電極などにく
らべ入力インピーダンスが極めて小さいため誘導ノイズ
を拾いに<<、シグナル/ノイズ比が犬きくなっている
。そのために脂肪酸のような弱酸の生成をとらえること
が可能である。
pH 1sFETのゲート絶縁膜上にグリセロールエス
テル加水分解酵素を固定化するために被覆された高分子
膜としてはトリアセチルセルロース、架橋アルブミン、
ポリヒドロキシエチルメチルメタクリレート、ポリビニ
ルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、
その他各種のものを用いることができる。これらの高分
子膜に求められる条件は、(1)多孔質であるか、また
は(2)均質膜である場合は親水性であることである。
この条件は加水分解反応によって生成する水素イオン(
ヒドロニウムイオン)が測定溶液とl5FET表面(田
感応部)の開音自由に拡散することを可能とするために
必要な条件である。
R4( l5FET上に多孔質高分子膜を形成させる方
法としてはたとえば(1)トリアセチルセルロース−ト
リアミン−グルタルアルデヒドを用いる方法、(2)ポ
リビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ホウ醒
、酢酸の混合水溶液をアルカリ溶液中で凝固させた後グ
ルタルアルデヒド等で架橋する方法(特開昭5 2 −
 2 1 4 2 0号)、(3)エチレン−ビニルア
ルコール共重合体のジメチルスルホキサイド溶液を水中
で凝固させる方法(特開昭51−145474号)等か
あけられる。また田I 5FET上に親水性高分子の均
質膜を作る方法としてはたとえば、(4)ポリビニルア
ルコールの水溶液全グルタルアルデヒドと硫酸す) l
)ラム全会′む水溶液中で凝固させる方法s LaJエ
チレン−ビニルアルコール共重合体のエタノール水溶液
を蒸発乾固させる方法、(6)ポリ−ヒドロキシエチル
メチルメタクリレートのエタノール溶液を蒸発乾固させ
る方法等があけられる。
上記高分子膜に固足化括れるグリセロールエステル加水
分解酵素は別名リボプロティンリパーゼ(あるいは単に
リパーゼ)と称されているものである。リポプロティン
リパーゼとしてはRh1zopusarr11izus
, Candida cylindracea, Po
rcine pancreas。
Pseudo+no1ms 5pecies等を抽出源
としたものが市販されiいるが、とりわけRh1zop
us arrtiizus f:抽出源としたものは比
活性が高く、純度も高いので本発明で用いる酵素として
適しでいる。
かかるグリ七ロールエステル加水分等酵素は下式で示さ
れる反応にしたがってトリグリセライドを加水分解し、
脂肪酸とグリセロールとを生成する。
I(2COOCR1 1(2cOOcR3 H20H 暑 R1C0OH + RzCOOf( + R3C0OH
 −1− CHOHH20H ここでL(a 、 R2 、およびR3は飽和もしくは
不飽和アルキル基である。従って, l l5FE,T
のゲート絶縁膜に被覆した高分子膜にトリグリセライド
加水分解酵素を1足化すれば、上記の反応に伴う田の変
化を測定することができる。
これらの高分子膜にグリセロールエステル分解酵素を固
定化する方法としてはいわゆる包括法、担体結合法等を
用いることができるQ包括法は酵素を親水性高分子膜の
中に包み込む方法である,。この場合には高分子膜とし
ては親水性の均質膜が用いられる。包括法によって酵素
を固定化する方法としてはたとえば親水性高分子の原液
中に所定量の酵素を溶存させておき、あとは上述の(4
)〜(6)と同様の方法によって凝固させることができ
る。一方担体結合法においては、いったん上述の(1)
〜(6)の方法によって高分子膜を4ISFET上に形
成させた後、該高分子膜上に化学結合によって酵素を固
定化する。化学結合の方法としては、例えハ上述ノ(1
)の方法で作られたトリアセチルセルロース−トリアミ
ン−グルタルアルデヒド系多孔性膜の場合には、この膜
をさらにグルタルアルデヒドで処理した後、酵素溶液と
反応させることによって酵素を固定化することができる
。また上記(2)〜(6)のように水酸基を有する高分
子膜の場合にはたとえば唸ずアミノアセトアルデヒドジ
メチルアセタールで処理してアミン基を導入し、次いで
このアミン基にグルタルアルデヒドを反応させてアルデ
ヒドM全導入し、最後にこのアルデヒド基に酵素を反応
させることによって酵素の固定化をおこなう仁とができ
る。
かくして得られタトリグリセライドセンサの酵素固定化
高分子膜の厚挙旬、1〜100μmが望ましい。
厚みが0.1μm以下では固定化酵素の量が不足し、且
つピンホールが生成しやすくなるために感度が低くなる
。一方厚みが10011m以上だ々、高分子膜中の反応
物質や生成物質の拡散が遅くなり、そのためにセンサの
応答が遅くなる。
次に実施例によって本発明のセンサの詳細について説明
する。
実施例 8g1図は実施例に用いた田■SF飢゛の構造を示す平
面図である。このISF’E、T 1は例えば中0.4
van、長さ5.5門の長尺のもので一端部にゲート部
2を他端部にドレインおよびソースコンタクト3および
4を具えている。ゲート部2は第2図にA −A断面図
を示すように、シリコン基板5にドレイン拡散領域6お
よびソース拡散領域7,8を形成し、全体1tooof
の酸化膜9およびtooofの窒化シリコン膜10で順
次に被覆している。
まず、  IS′FETのゲート絶縁膜でめる窒化シリ
コンの表面をγ−アミノプ口ピルトリエトキ7シラン(
γ−APTES )で化学修飾して官能基全導入した後
、γ−APTESの10饅水溶液を塩酸を用いて州7に
調整し、この中に素子のゲート部2全浸漬して50℃で
約1時間放置した後、水洗、乾燥させた。次にこの素子
の表面に以下に述べる方法で酵素固定化膜を調製した。
すなわち、トリアセチルセルロース250〜を10プの
塩化メテレンニ溶解させた後、これに50%グルタルア
ルデヒド200μtを加え、十分攪拌して分散させた。
次に1.8−ジアミノ−4−アミノメチルオクタン10
00μt を添加して激しく攪拌し均一にさせた後、γ
−APTES処理したゲート部表面に薄く塗布した。こ
れを室温で風乾させながら2日間放置し反応させた。反
応後、素子を1%グルタルアルデヒド中に浸漬し、1時
間反応させて水洗した後、酵素溶液(20Jd ’ )
に浸漬して室温で約2時間、4℃で一晩反応させた。次
に素子を0.1Mグリシン溶液に浸漬し、室温で約1時
間反応させて未反応のアルデヒド基とグリシンを結合さ
せた。
pHl5FETは溶液中の水素イオン濃度により窒化シ
リコン界面での界面電位が変化する。そこで、第3図に
示す回路を用いてこの界面電位の変化を測定した。この
回路図から明らかなようにオペアンプから成る帰還回路
によってl5FE、T22には常に一定の電流が流れ、
またソース・ドレイン間には一定の電圧が加えられてい
る。このため溶液の…変化によって生ずる溶液−窒化シ
リコン界面の界面電位変化が直接出力として得られる。
この出力電位をエレクトロメータ20を介して記録計2
1で記録した。23は参照電極である。
基準液として1%Tri torlx−100,0,1
5M Naα、5 m M KCI!’e含む2X10
’Mトリス塩酸緩衝液(Pl(7)を用いた。 トリグ
リセライドの標準試料としてトリオレインを選び、均一
な懸濁液とした。すなわち、トリオレイン約500〜を
Tritonx−100゜20m1と混合し、70℃で
10分間加熱した。これに70℃に加熱しておいた0、
15M Naα溶液100ゴを加え、室温まで冷却した
稜、容量1011Llの試験管に分注して3.00(l
で5分間遠心分離した。
溶液の上層、下層約1罰を除いて中間層部の溶液を標準
試料溶液とした。これに町、トリス塩酸緩衝液を加えて
、組成を測定用の基準液と一致させた。この標準試料溶
液のトリオレイン濃度はトリグリセライド測置用、Tr
iglyceride C■−Te5tWakoで定量
した。
半導体酵素センサー22を参照電極の銀−塩化銀電極2
3とともに基準液1−中に浸漬して、出力電位が安定し
た後、この溶液にPI(全あらかじめ基準液の田に一致
させたトリオンイン試料溶液1ゴを静かに加え、出力電
位の変化を測定した。
基準液1dに対してトリオレイン溶液ldを加え、vg
の経時変化を測定した結果を第4図に示す。
反応溶液は二重ビーカーを用いて温度を37℃に保ち、
攪拌を行なわずに測定した。トリオレイン溶液添加後、
Vgは急激に上昇しその後減少し、再びゆるやかに上昇
した。最初の急激な変化は、溶液の流れによって素子表
面の界面二重層が乱されたことと、温度変化によるもの
と思われる。実際トリオレインを含まない溶液を添加し
た場合にもこのような出力電位の変化が認められた。V
g はその後1時間以上上昇を続けたが、これは酵素反
応によって有機酸を生成し、田が低下したためと推定さ
れる。そこで、トリオレイン添加後5〜15分の電位増
加速度をこのセンサーの応答として以下の測定を行なっ
た○ (1)一般に酵素反応速度は反応溶液の温度、田等によ
って著しく影響を受ける。そこで温度のセンサの応答値
におよばず影響について検討した結果全第5図に示す。
40℃付近で応答は最大値全示した。これ以上必温度で
は逆に応答が減少したがこれは酵素が失活したためと考
えられる0このセンサはヒト血清中の中性脂質の定量に
応用することを目的としているため、測定は37℃付近
で行なうことが好ましい。
(2) 出力電位変化におよぼす田の影響について検討
した結果全第6図に示す。 )l 8付近において応答
は最大値を示すことがわかった。
(3)種々の濃度のトリオレイン溶液全添加した場合の
応答値の変化を第7図に示す。トリオレイン濃度の対数
に対して出力電位上昇速度をプロットすると0.5rn
Mから2.0mMの範囲で直線関係が認められた。
以上のように本発明のトリグリセライドセンサは実用上
血清中のトリグリセライドを連続的に測定するに十分な
感度、選択性を有しており、その4り用価値は極めて太
きいものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は不発明で用いるl51=″ETの平面図であり
第2図は第1図のA−A断面図である。第3図は本発明
のトリグリセライドセンサ合剤いた電気回路図である。 第4図〜第7図はトリグリセライドセンサを用いた測定
結果を示すグラフである。 特許出願人 株式会社 り ラ し 代理人弁理士本多 堅 第 1 図 第 2 図 第 3 図 23 22 第 4 図 0        5         to    
    15Time [min、] 第5 図 20      30      40      5
0T[”C] 第6図 6    7     8    9 H

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 所感応性イオン選択的電界効果トランジスタのゲート絶
    縁膜上に被覆された多孔質高分子膜または親水性の均質
    高分子膜にグリセロールエステル加水分解酵素を固定化
    したことを特徴とするトリグリセライドセンナ。
JP58084480A 1983-05-13 1983-05-13 トリグリセライドセンサ Granted JPS59210356A (ja)

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JP58084480A JPS59210356A (ja) 1983-05-13 1983-05-13 トリグリセライドセンサ

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JPH0331224B2 JPH0331224B2 (ja) 1991-05-02

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