JPS6014908A - プロテアーゼ固定化酵素膜の製造法 - Google Patents

プロテアーゼ固定化酵素膜の製造法

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JPS6014908A
JPS6014908A JP58124135A JP12413583A JPS6014908A JP S6014908 A JPS6014908 A JP S6014908A JP 58124135 A JP58124135 A JP 58124135A JP 12413583 A JP12413583 A JP 12413583A JP S6014908 A JPS6014908 A JP S6014908A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14Dynamic membranes
    • B01D69/141Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

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、固定化生物活性物質膜の製造法に関する。更
に詳しくは、限外口過膜に酵素などの生物活性物質を固
定化させる固定化生物活性物質膜の製造法に関する。
従来、膜状物に酵素を固定化する方法として、吸着法、
イオン結合法、共有結合法、包括法、包括架橋法などが
知られている。
吸着法:単に膜材料と酵素との親和力によって結合され
る イオン結合法:膜に均一に存在するイオン交換性基と酵
素のアミノ基、カルボキシル基などとの結合に依存する 共有結合法:その工程上、膜に均一に酵素が結合される 包括法:膜材料yj? IJママ−マ) IJラックス
中均一に酵素が分散固定化される 包括架橋法二上記包括法でポリマーマ) IJラックス
中固定化された酵素が、更に架橋試薬によって補強固定
化される これらの方法は、いずれも膜に酵素を均一に固定化させ
る方法であり、得られる固定化酵素膜は、酵素の作用と
は無関係な部分に迄酵素が固定化されているため、非効
率的でコスト高となっているばかりではなく、酵素の活
性収率(仕込み酵素量に対して実際に機能する酵素量の
割合)をも低下せしめている。
固定化酵素膜は、例えばセルフクリーニングメンブレン
などに用いられるが、この場合膜が汚染されるのはたん
白質などの分離を行なう緻密層の部分である。即ち、分
離の際、膜の緻密層側に圧力をかけるので、この層側に
例えば高分子量のたん白質などが汚染物質として付着す
る。このような汚染物質を分解し、膜面に付着しないよ
うにするには、緻密層およびそれに隣接する部分に集中
的に酵素を固定化することが、膜中に酵素を均一に分散
固定化せしめるよりもはるかに効率的でかつ有効である
このような観点から、膜の特定部位に酵素を高密度に集
中せしめることはきわめて望ましいことであるが、従来
法ではいずれもそれが不可能である現状に鑑み、本発明
者はかかる課題を解決すべく鋭意研究の結果、一方の面
側に緻密層およびそれに続く中間層をそれぞれ有する限
外口過膜を生物活性物質架橋試薬水溶液中に浸漬し、該
水溶液中から引き上げた限外口過膜を加熱処理した後、
生物活性物質水性溶液中に浸漬し、該水性溶液から引き
上げた限外口過膜を通風乾燥させて固定化生物活性物質
膜を製造することにより、前記目的を達成し得ることを
見出した。従って、本発明は、このようにして行われる
固定化酵素膜によって代表される生物活性物質膜の製造
法に関する。
一方の面側に緻密層およびそれに続く中間層をそれぞれ
有する限外口過膜としては、一般に他方の面にはフィン
ガースドラクチャ−構造を有するポーラス層を有してい
るものが用いられ、かかる膜状物は、ポリスルホン、ポ
リアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリプロ
ピレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
アミド、ポリイミド、ポリカーボネートなどの重合体の
ドープ准をガラス板、金属板などの基質上に流延し、製
膜した後、逆浸透水中に浸漬することにより製造される
。得られた膜状物の他方の面のポーラス層はフィンガー
スドラクチャ−構造を有しており、この構造の内部は同
時に多数の連続孔を有しており、これら連続孔の存在が
本発明方法に大きく寄与しているので、フィンガースド
ラクチャ−構造を必ずしも有しなくとも、ポーラス層側
に多数の連続孔が穿設されていれば、かかる膜状物も同
様に用いることができる。
このように、一方の面側に緻密層およびそれに続く中間
層をそれぞれ有する限外口過膜は、酵素架橋試薬水溶液
中に浸漬される。酵素架橋試薬としては、例えばグリオ
キザール、マロンジアルデヒド、サクシンジアルデヒド
、グルタルアルデヒド、アジピンジアルデヒド、マレイ
ンジアルデヒド、7タルアルデヒド、イソフタルアルデ
ヒド、テレフタルアルデヒド、ジアルデヒドでん粉など
のジアルデヒド化合物が用いられ、特にグルタルアルデ
ヒドおよびジアルデヒドでん粉が好ましい。
これらのジアルデヒド化合物は、約1〜50%の濃度の
水溶液に調製され、限外口過膜はこの水溶液中に約1分
間乃至約24時間程度浸漬される。
浸漬された限外口過膜は、この酵素架橋試薬からす1き
上げられた後、加熱処理される。加熱処理は、オープン
などを用い、約50〜120℃、好甘しく Vl約50
〜80℃の温度で、約1分間乃至24時間程度行われる
。この加熱処理によって、膜中に含浸された架橋試薬は
、ポーラス層のフィンガースドラクチャ−構造を伝わっ
て中間層および緻密層の部分に集積される。
この加熱処理された膜は、次いで酵素水性溶液中に浸漬
される。酵素としては、例えばグルコースオキシダーゼ
、アミノ酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ
、ウリカーゼなどのオキシダーゼ類、ウレアーゼ、クレ
アチニナーゼ、グルタミナーゼ、ベニシリナーゼ、カラ
ターゼ、パーオキシダーゼ、インベルターゼ、ムタロタ
ーゼ、アミラーゼ、パパイン、トリプシン、アルカリプ
ロテアーゼなどのプロテアーゼ、グルコースイソメラー
ゼ、ウロキナーゼなどが挙げられる。これらの酵素は、
一般に所定のpi(に調愁した綬衝液7:Cどの水性溶
液の約0.001〜0.1%溶液として調製され、この
水性溶液中に加熱処理膜が、約1分間乃至24時間程度
浸漬される。
酵素の水性溶液中に浸漬された膜(d′、そこから引き
上げられた後、通風乾燥させる。通風乾燥は、一般に約
20〜40℃で行われる。この浸漬および通風乾燥は、
くり返して行なうこともできる。かかる処理により、酵
素はポーラス層のフィンガースドラクチャ−構造を伝わ
り、架橋試薬と反応して、中間層および緻密層の部分に
高密度に架橋、固定化される。
以上の説明は、主として酵素の固定化についてなされて
きたが、その構造中にアミン基を有するタン白質、例え
ばレクチン、ペプチド系ホルモンなどの他の生学物的に
活性を有する生物活性物質にも、本発明方法は同様に有
効に適用される。
本発明方法で得られる固定化生物活性物質膜は、膜の中
間層および緻密層のそれぞれに酵素などの生物活性物質
が高密度に固定化され、固定化された生物活性物質はそ
れとの反応物質である各種基質に顕著に作用し、それの
生物活性効果を十分に発揮させるので、このような作用
および効果を有効に利用して、例えばたん白質による汚
染のために生ずる限外口過膜の透水量低下防止用プロテ
ア−41ffl化酵素膜、いわゆるセルフクリーニング
メンブレンやバイオセンサー用固定化酵素膜、バイオリ
アクターなどに効果的に用いられる。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例1〜2 限外口過膜の製造 ポリスルホン(UOO社製品P−1700) 159を
ジメヂルホルムアミド759に溶解させ、B型粘度計(
東京計器製)を用いて20℃で測定した粘度が2700
pSのドープ液を調製した0このドープ液を、ガラス板
上に流延し、ガラス俸を用いて製膜した。得られた膜を
、温度20℃、相対湿度60%の雰囲気に30秒間放置
した後、25℃の逆浸透水中に浸漬し、ゲル化させて、
限外口過膜を製造し 7こ 。
限外口過膜の性能 ポリエチレングリコールまたはポリビニルピロリドンを
検体として用い、この膜の限外口過性能を、基1;、7
H圧力1〜で測定した。測定に際しては、全有機炭素h
1゛(島原製作所製TOO−10E )が用い0れ、膜
透過前後の水溶液中の検体濃度が測定された。その結果
、分画分子量け15000 、また透水ri j)ild、’ 0.5 /c1d−hr、atmの値
がそれぞれ得られた。
〔分画分子量の測定法〕
分子量既知のポリエチレングリコールまたはポリビニル
ピロリドンの0.5〜1重量%水溶液を腓に流し、その
分離率が90%の分子量を分画分子量とする。
〔透水量の測定法〕
限外口過膜用セルに膜を取り付け、セルの一方の膜面側
から1=に加圧された水を流し、セルの他方の膜面側の
浸透液中に流れ出た水の量を測定し、それをCni/c
yst 、hr −atm単位に変換する。
限外口過膜の膜構造 乾燥状態で膜厚約190μmの限外口過膜の膜表面部を
、走査型電子顕微鏡(日立−明石製MSM −7)を用
いて観察したところ、10000倍の倍率で膜表面部分
に(井孔の存在が認められなかった。
次いで、軟X線装置(ソフテツクス社HSOFTEXI
SM型)を用い、95V、2.5mA 、 5分間の軟
z 13照射条件下で、その断面部を観察した。上記表
面部側から順次緻密層および中間層が合計40μmnの
厚さで形成されており、次いで裏面部となるポーラス層
が150μmの厚さで形成されている。このポーラスN
5には、最大横幅約60μm1縦方向長さ150μmに
近いフィンガースドラクチャ−構造が、膜面1 mr1
当り約230個の割合で存在していた。
固定化酵素膜の製造 このポリスルホン限外口過膜を、酵素架橋試薬としての
ジアルデヒドでん粉(半押化学製品)の10%水溶液中
に10分間浸漬し、その後この水溶液中から引き上げた
限外口過膜を、100℃のオーブン中[30分間放置し
、加熱処理した。この加熱処理によって、膜中に含浸さ
れた架橋試薬は、ポーラス層のフィンガースドラクチャ
−構造を伝わって中間層および緻密層の部分に集積され
る。
この加熱処理による膜性能への影暢を調べるために、1
05℃のオートクレーブ内に膜を20分間入れて加熱し
たが、それによる分画分子量および透水量への影響はみ
られなかった。
次いで、この加熱処理された膜を、0.01%のプロテ
アーゼ酵素(長瀬産業製品)を含む1)H7,0のリン
酸緩衝液中に1時間浸漬し、この緩衝液中から引き上げ
た限外口過膜を30℃で通風乾燥させた。これにより、
酵素はポーラス層のフィンガースドラクチャ−構造を伝
わり、架橋試薬と反応して中間層および緻密層の部分に
高密度に架橋、固定化された。なお、この際、架橋試薬
が緩衝液中に溶出するか否かを調べるために、架橋試薬
集積膜を緩衝液中に1時間放置し、ジアルデヒドでん粉
溶出の有無を全有機炭素計で測定したが、それの溶出を
認めることはできなかった。1だ、この酵素固定膜中の
未反応アルデヒド基は、0.05 yvt濃度のNaB
H4水溶液中に膜を1分間浸漬し、還元させた。
膜に固定化されたプロテアーゼ酵素は、分子量が約26
000で19種、275個のアミノ・酸で形成されてお
り、その中アルデヒド基と結合可能性を有するアミノ酸
は、アルギニン、アスパラギン、グルタミンおよびリジ
ンである。固定化の確認は、得られた膜を前記緩衝液中
に24時間浸漬し、酵素溶出の有無を紫外および可視吸
光光度計(島原製作所製tff−190)を用い、28
0 nmの波長の吸光度を測定することにより行われた
。その結果、酵素の溶出を認めることができなかった。
また、固定化酵素量を、ケルダール窒素分析装置(三菱
化成製KN−10)を用いて測定したところ、膜1り当
り0,05りの酵素が固定されていることが判った。
固定化酵素膜の性能 酵素基質として牛血清ヘモグロビン(シグマ社製品)を
用い、それの0.002%緩衝液(pH7,0)を調製
し、これを供給液に用いて、固定イヒ酵緊膜の限外口過
試験を、1〜の圧力で行なった。試験時間に対する透水
量の減少は、図面の曲線■に示される。曲線■は、酵素
を固定化していない唯のポリスルホン限外口過膜を用い
た場合2対照例として示したものである。この結果から
、プロテアーゼ酵素固定化膜は、膜面に付着するヘモグ
ロビン2分解するので、ヘモグロビンによる膜の汚染に
よってもたらされる透水量の低下を有効に防止し得るこ
とが判る。また、試験時間5時間後における酵素の残存
活性率(試験後の膜中酵素の活性/試験前の膜中酵素の
活性X 100 )の値は、73.8%であった。なお
、酵素の活性は、アンソン−荻原氏変法によって測定さ
れた。
同様に、牛血清ヘモグロビン緩衝液の代りに、ミルクカ
ゼイン(メルり社製品)の0.01%緩衝液(pH7,
0)を供給液に用いて、透水量の経時変化を測定した。
結果は、図面の曲線■によって表わされ、酵素を固定し
ていない唯のポリスルホン限外口過膜を用いた対照例の
場合の曲線■よりも、透水量の低下の割合が少ないこと
を示している。
捷た、試験時間5時間後における酵素の残存活性率(d
、70.0%の値を示した。なお、ミルクカゼインは、
プロテアーゼ酵素によって、約2〜3時間のうちにほぼ
完全に分解されることが、ゲルクロマトグラフ(ウォー
ターズ社製)によって確められている。
このように、本発明方法により、膜の中間層および緻密
層に固定化された酵素は、酵素との反応物質である各種
基質に顕著に作用し、その酵素作用が十分に発揮される
比較例1〜2 実施例において、オープンによる加熱処理を行なうこと
なく、固定化酵素膜が製造された。この膜について、実
施例1〜2と同ザにして、血清ヘモグロビンまたはミル
クカゼインによる汚染実験を行なった。測定された透水
膜低下率および残存活性率は、次の俵に示される。
表 実施例1 血清ヘモグロビン 5.8 73.8比較例
1 40.5 53.5 実施例2 ミルクカゼイン 68,0 70.0比較例
2 81.4 51.3
【図面の簡単な説明】
図面は、実施例1〜2およびこれらの対照例に係る股を
限外口過膜に用いた場合の血清ヘモグロビンまたはミル
クカゼインによる汚染防止効果を経時的に示したグラフ
である。 代理人 弁理士 吉 1)俊 夫 零ζ験時間(時M)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一方の面側に緻密層およびそれに続く中間層をそれ
    ぞれ有する限外口過膜を生物活性物質架橋試薬水溶液中
    に浸漬し、該水溶液中から引き上げた限外口過膜を加熱
    処理した後、生物活性物質水性溶液中に浸漬し、該水性
    溶液から引き上げた限外口過膜を通風乾燥させることを
    特徴とする固定化生物活性物Jj:を膜の製造法。 2 限外口過膜として、緻密層、中間層およびフィンガ
    ースドラクチヤ−構造を有するポーラス層をそhぞれ有
    する膜が用いられる特許請求の範囲第1項記載の固定化
    生物活性物質膜の製造法。 3、生物活性物質として酵素が用いられる特許請求の範
    囲第1項記載の固定化生物活性物質膜の製造法。 4、生物活性物質架橋試薬としてジアルデヒド化合物が
    用いられる特許請求の範囲第1項または第3項記載の固
    定化生物活性物質膜の製造法。 5、加熱処理が約50〜120℃で行われる特許請求の
    範囲第1項または第4項記載の固定化生物活性物質膜の
    製造法。 6、通風乾燥が約20〜40℃で行われる特許請求の範
    囲第1項記載の固定化生物活性物質膜の製造法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013141620A (ja) * 2012-01-06 2013-07-22 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology ろ過膜

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56102906A (en) * 1980-01-23 1981-08-17 Hitachi Ltd Preparation of fixed enzyme membrane

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