JPS61274253A - Oxygen film and manufacture thereof - Google Patents
Oxygen film and manufacture thereofInfo
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- JPS61274253A JPS61274253A JP60115304A JP11530485A JPS61274253A JP S61274253 A JPS61274253 A JP S61274253A JP 60115304 A JP60115304 A JP 60115304A JP 11530485 A JP11530485 A JP 11530485A JP S61274253 A JPS61274253 A JP S61274253A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
酵素膜と電極とを組合せて生体液などの生化学物質の成
分測定に用いる酵素電極の酵素膜に係り、特にクラーク
型電極に装着するのに好適な酵素膜およびその製造方法
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] This invention relates to an enzyme membrane of an enzyme electrode used for measuring the components of biochemical substances such as biological fluids by combining an enzyme membrane and an electrode, and is particularly suitable for being attached to a Clark type electrode. The present invention relates to a suitable enzyme membrane and a method for producing the same.
近年、酵素膜と電極とを組合せ、各種の生化学物質の成
分測定を行なうことができる酵素電極が開発され、その
一部には血液中の成分を測定するセンサとして実用化さ
れている。この酵素電極は測定対象物を酵素膜の働きに
よって電極で検知できるような物質に変換し、これを電
極によって測定することを原理とするものである。In recent years, enzyme electrodes have been developed that combine enzyme membranes and electrodes and can measure the components of various biochemical substances, and some of these electrodes have been put into practical use as sensors for measuring components in blood. The principle of this enzyme electrode is to convert the substance to be measured into a substance that can be detected by the electrode through the action of an enzyme membrane, and then to measure this substance with the electrode.
酵素電極としてはその測定方法によって、ボテンシオメ
トリック法とアンペロメトリック法とに大別することが
でき、前者では電極として主にイオン電極が使用され、
後者にはクラーク電極が使用されることが多い。上記の
イオン電極を使用する場合は、一般に電極そのものの選
択性が良いために、酵素膜自体に測定妨害物質を排除す
る能力が要求されず、むしろ酵素膜には測定物質に対す
る透過性が求められる。一方、クラーク(C1ark)
型電極を用いる場合には測定妨害物質を排除する能力が
酵素膜に要求される。この理由は、クラーク型電極によ
る測定原理がポーラログラフィの原理に基づくからであ
る。すなわち、クラーク型電極では検知対象物質(H2
02、Oz )特有の酸化還元電位を電極のアノードと
カソード間に印加しておき、検知対象物質が電極に接触
し酸化または還元されたときに流れる電流を測定するこ
とにより、検知対象物質の量を測定している。したがっ
て、もし酸化還元電位が検知対象物質に近似している物
質が測定系内に存在すれば、それが電極に検知され、結
果として測定に誤差が生じることになり酵素電極とし、
ての役割を果さなくなる。そのためにクラーク型電極、
なかでもH2O2電極を用いて酵素電極を構成する場合
には、使用する酵素膜は測定妨害物質(例えば、血液中
の成分を測定する場合などでは、内因性アスコルビン酸
、尿酸、グルタチオンなどの還元性物質など)を排除す
る特性を持っていることが必要となる。すなわち、H2
O2,H2O,塩類などの分子量の小さい化合物は透過
させ、内因性アスコルビン酸、尿酸、グルタチオンなど
の比較的大きい分子量を持つ高分子化合°物を排除する
ような性能を有する酵素膜を使用することが必要である
。Enzyme electrodes can be roughly divided into the potentiometric method and the amperometric method, depending on the measurement method.The former mainly uses an ion electrode as the electrode.
Clark electrodes are often used for the latter. When using the above-mentioned ion electrodes, the selectivity of the electrode itself is generally good, so the enzyme membrane itself is not required to have the ability to eliminate substances that interfere with measurement; rather, the enzyme membrane is required to be permeable to the substance to be measured. . On the other hand, Clark (C1ark)
When using a type electrode, the enzyme membrane is required to have the ability to eliminate substances that interfere with measurement. The reason for this is that the measurement principle using the Clark type electrode is based on the principle of polarography. In other words, the Clark type electrode detects the substance to be detected (H2
02, Oz) By applying a specific redox potential between the anode and cathode of the electrode and measuring the current that flows when the substance to be detected contacts the electrode and is oxidized or reduced, the amount of the substance to be detected can be determined. are being measured. Therefore, if there is a substance in the measurement system whose redox potential is close to that of the substance to be detected, it will be detected by the electrode, resulting in an error in measurement.
will no longer be able to fulfill its role. For this purpose, Clark type electrode,
In particular, when constructing an enzyme electrode using a H2O2 electrode, the enzyme membrane used is free from measurement-interfering substances (e.g., when measuring components in blood, reducing substances such as endogenous ascorbic acid, uric acid, and glutathione). It is necessary to have the property of eliminating substances (such as substances). That is, H2
Use an enzyme membrane that has the ability to permeate compounds with small molecular weights such as O2, H2O, and salts, and exclude high molecular weight compounds with relatively large molecular weights such as endogenous ascorbic acid, uric acid, and glutathione. is necessary.
また、上述の酵素膜特性の他に酵素電極に用いる酵素膜
としては、一般につぎのような特性が要求される。In addition to the above-mentioned enzyme membrane properties, enzyme membranes used in enzyme electrodes are generally required to have the following properties.
(1)酵素膜の透過性が大きく応答性が速いこと、(2
)機械的強度が十分あり、酵素膜の交換時や使用中に破
損しないこと、(3)酵素膜の活性が高いこと、(4)
耐用寿命が十分であること、(5)作製が容易で酵素膜
特性の再現性が高いこと、(6)製作費が安価であるこ
と、などである。(1) Enzyme membrane has high permeability and quick response; (2)
) Has sufficient mechanical strength and will not be damaged during enzyme membrane replacement or use; (3) Enzyme membrane has high activity; (4)
(5) It is easy to produce and the reproducibility of the enzyme membrane properties is high; (6) The production cost is low.
上記の酵素膜の必要特性から、従来技術による酵素膜を
見直すと、クラーク型電極であるH2O2電極に使用で
きる測定妨害物質を排除する特性を備えた酵素膜は極め
て少ない。例えば、従来技術として(a)特開昭52−
55691号公報、(b)特開昭54−102193号
公報および(C)特開昭55−98347号公報に開示
された酵素膜などがあるが、上記(a)の酵素膜はアセ
チルセルロースなどで作られた厚さ1〜2μm程度の均
質な薄膜と、数μmの多孔質のポリカーボネート製の薄
膜との間に、酵素ゲルを挾んだラミネート構造の酵素膜
である。この酵素膜においては測定妨害物質の排除を均
質なアセチルセルロース薄膜で行ない、またラミネート
構造であるために厚さが薄いにもかかわらず酵素膜の強
度が大である利点を有し、上記酵素膜の必要特性である
(1)〜(4)までは満足するが、酵素膜特性の再現性
(5)が低く、かつ作製コスト(6)が高価であるとい
う問題があった。また、上記の公知例である(b)ある
いは(C)によって開示されている酵素膜は、ち密で薄
いス、キン層と多孔性のスポンジ層からなる非対称膜を
使用するために、測定妨害性物質の排除性は十分であり
、上記酵素膜の必要特性である(11. +31〜(5
)については満足するが、機械的強度(2)が小さく、
製作コスト(6)が高くつくという問題があった。If we review the enzyme membranes according to the prior art based on the above-mentioned required characteristics of enzyme membranes, there are very few enzyme membranes that can be used in H2O2 electrodes, which are Clark type electrodes, and have characteristics that eliminate substances that interfere with measurement. For example, as the prior art (a) JP-A-52-
There are enzyme membranes disclosed in JP-A No. 55691, (b) JP-A-54-102193, and (C) JP-A-55-98347. The enzyme membrane has a laminate structure in which an enzyme gel is sandwiched between a homogeneous thin film with a thickness of about 1 to 2 μm and a porous polycarbonate thin film with a thickness of several μm. This enzyme membrane uses a homogeneous acetyl cellulose thin membrane to eliminate substances that interfere with measurement, and has the advantage that the enzyme membrane is strong despite its thin thickness due to its laminate structure. Although the required properties (1) to (4) are satisfied, there are problems in that the reproducibility (5) of the enzyme membrane properties is low and the production cost (6) is high. In addition, the enzyme membranes disclosed in the above-mentioned known examples (b) and (C) use an asymmetric membrane consisting of a dense and thin skin layer and a porous sponge layer, so they have a tendency to interfere with measurement. The substance exclusion property is sufficient, which is a necessary property of the enzyme membrane (11. +31 to (5
) is satisfied, but the mechanical strength (2) is low,
There was a problem that the production cost (6) was high.
上述の従来技術による酵素膜の欠点を解消するために、
本発明者らは、先に製作が容易で、かつ安価な優れた性
能を持つ酵素膜を提案した(特願昭59−268467
)。しかし、この酵素膜は作製の条件によって膜内部
に欠陥が生じ易く、そのために製品の歩留りが少し劣る
という問題があった。In order to eliminate the drawbacks of the enzyme membranes according to the above-mentioned conventional technology,
The present inventors previously proposed an enzyme membrane that is easy to manufacture, inexpensive, and has excellent performance (Japanese Patent Application No. 59-268467
). However, this enzyme membrane has a problem in that defects tend to occur inside the membrane depending on the manufacturing conditions, resulting in a slightly inferior product yield.
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消し、
クラーク型電極、特にH202電極と組合せて酵素電極
を構成する場合において、優れた性能を有する酵素膜と
、それを容易にしかも安価で、再現性よく高い歩留で製
造することのできる方法とを提供することにある。The purpose of the present invention is to solve the problems of the prior art described above,
An enzyme membrane with excellent performance when used in combination with a Clark-type electrode, especially an H202 electrode, to form an enzyme electrode, and a method for producing it easily, inexpensively, and with good reproducibility and high yield. It is about providing.
本発明による酵素電極用の酵素膜は、特定の物質を通過
させる薄くてち密な高分子膜の表面を、特定の酸化処理
を施すことによって高分子膜の表面を活性化し、その上
に多孔性の高分子補強材を載置し、所定厚さの酵素ゲル
層を形成させることを骨子とするものである。The enzyme membrane for enzyme electrodes according to the present invention is a thin, dense polymer membrane that allows a specific substance to pass through, and the surface of the polymer membrane is activated by performing a specific oxidation treatment, and then porous The main idea is to place a polymer reinforcing material on the substrate and form an enzyme gel layer of a predetermined thickness.
すなわち、本発明の酵素膜は、その構成の一例を第1図
に示すごとく、ガラスまたはシリコンウェーハなどの平
滑な基板6の上に、水、塩類などノ特定物質のみを通過
させるアセチルセルロース゛などの高分子膜2を設け、
この高分子膜2の表面を、酸素プラズマなどの物理的酸
化処理法もしくはオゾンなどの化学的酸化処理法による
特定の酸化処理を行ない、高分子膜2の表面に高分子酸
化層3を形成させて活性化し、この上に所定のメツシュ
範囲の孔と空隙を持つ多孔性の高分子補強材4を重ね、
その上に所定の成分組成の酵素溶液を塗布して酵素ゲル
層5を形成させる。この酵素ゲル層5の形成は、固定化
しようとする酵素溶液に、その酵素と反応することがで
きる2個以上の官能基を有する架橋剤を添加して、これ
を上記高分子補強材4の上部より公知の塗布法によって
塗布することにより得られる。この酵素ゲル層5を形成
させる前に、上記のごとく、あらかじめ高分子膜2を酸
化して酸化層3を形成させ活性化してお(と、酵素ゲル
層5と高分子膜2および多孔性の高分子補強材4と高分
子膜2との、それぞれの接着性がより強固となり、機械
的強度ならびに性能の優れた酵素膜1を、容易に、かつ
安価に歩留りよく製造することができる。That is, the enzyme membrane of the present invention, as shown in FIG. 1, has a structure made of acetylcellulose, etc., which allows only specific substances such as water and salts to pass, on a smooth substrate 6 such as glass or silicon wafer. A polymer membrane 2 is provided,
The surface of the polymer film 2 is subjected to a specific oxidation treatment using a physical oxidation treatment method such as oxygen plasma or a chemical oxidation treatment method such as ozone to form a polymer oxide layer 3 on the surface of the polymer film 2. Then, a porous polymer reinforcing material 4 having pores and voids in a predetermined mesh range is layered on top of the reinforcing material 4.
An enzyme solution having a predetermined component composition is applied thereon to form an enzyme gel layer 5. The enzyme gel layer 5 is formed by adding a crosslinking agent having two or more functional groups capable of reacting with the enzyme to the enzyme solution to be immobilized, and then adding the crosslinking agent to the polymer reinforcing material 4. It is obtained by coating from the top using a known coating method. Before forming this enzyme gel layer 5, as described above, the polymer membrane 2 is oxidized in advance to form and activate the oxidized layer 3 (and the enzyme gel layer 5, polymer membrane 2, and porous The adhesion between the polymer reinforcing material 4 and the polymer membrane 2 becomes stronger, and the enzyme membrane 1 with excellent mechanical strength and performance can be manufactured easily, inexpensively, and with a high yield.
上記の製造方法によって得られる本発明の酵素膜は、以
下に示すような特徴を有する。すなわち、(a)高分子
膜は薄いにもかかわらず多孔性の高分子補強材によって
補強されているので、上述の酵素膜の必要条件である機
械的強度が十分で、膜の使用中に破損しない(2)の条
件を満足させる。(b)また、高分子膜はち密なので、
水、 H2O2,塩類などの限られた低分子物質は通す
が、内因性アスコルビン酸、尿酸、グルタチオンなどの
測定妨害物質は十分に排除できる。(C1酵素ゲル層も
また高分子膜と同様に多孔性の高分子補強材により補強
されているので、酵素ゲル層が薄くても十分な強度があ
り、(d)さらには、酵素ゲル層が多孔性の高分子補強
材の孔および空隙の中に埋まっているので、酵素負荷量
を十分に太き(し、活性を高(することが可能である。The enzyme membrane of the present invention obtained by the above production method has the following characteristics. In other words, (a) the polymer membrane is reinforced by a porous polymer reinforcing material even though it is thin, so it has sufficient mechanical strength, which is a necessary condition for enzyme membranes mentioned above, and does not break during use. Satisfy condition (2). (b) Also, since the polymer membrane is dense,
It allows limited low-molecular substances such as water, H2O2, and salts to pass through, but it can sufficiently exclude measurement-interfering substances such as endogenous ascorbic acid, uric acid, and glutathione. (The C1 enzyme gel layer is also reinforced with a porous polymer reinforcing material like the polymer membrane, so it has sufficient strength even if the enzyme gel layer is thin. Since it is embedded in the pores and voids of the porous polymer reinforcing material, it is possible to make the enzyme load sufficiently large and the activity high.
(e)また、従来技術においては、酵素ゲル層の厚みの
コントロールが非常に困難で、このために作製した酵素
膜の特性に大きなばらつきが生じ、酵素膜の性能の再現
性を確保することが極めて困難であったが、本発明の酵
素膜の製造方法によると、多孔性の高分子補強材の厚み
、あるいは酵素溶液の濃度調整により酵素ゲル層の厚さ
を十分正確にコントロールすることができる。(f)ま
た、高分子膜の上に多孔性の高分子補強材を載置し、そ
の上に架橋剤を添加した酵素溶液を塗布して酵素ゲル層
を形成させる簡単な操作で、容易に再現性よ(、しかも
安価に優れた性能を持つ酵素膜を生産することが可能で
ある。(e) Furthermore, in the conventional technology, it is very difficult to control the thickness of the enzyme gel layer, which causes large variations in the properties of the produced enzyme membrane, making it difficult to ensure reproducibility of the performance of the enzyme membrane. Although it was extremely difficult, according to the enzyme membrane manufacturing method of the present invention, it is possible to control the thickness of the enzyme gel layer with sufficient accuracy by adjusting the thickness of the porous polymer reinforcing material or the concentration of the enzyme solution. . (f) In addition, a porous polymer reinforcing material is placed on a polymer membrane, and an enzyme solution containing a crosslinking agent is applied thereon to form an enzyme gel layer. It is possible to produce enzyme membranes with excellent reproducibility and excellent performance at low cost.
本発明の酵素膜に用いられる高分子膜の材料としては、
セルロースおよびその誘導体、ポリアミド、ポリエチレ
ンイミン、ポリブチラール、ポリビニルアルコールおよ
びその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート誘
導体、ポリアクリルニトリルおよびそれらの共重合体な
どが挙げられるが、一般には親水性のあるセルロース誘
導体、ポリブチラール、ポリビニルアルコール誘導体な
どが好ましい。また、これらの材料は単独に、または2
種以上混合して用いることも可能である。Materials for the polymer membrane used in the enzyme membrane of the present invention include:
Examples include cellulose and its derivatives, polyamide, polyethyleneimine, polybutyral, polyvinyl alcohol and its derivatives, polycarbonate, polyacrylate derivatives, polyacrylonitrile and their copolymers, but generally hydrophilic cellulose derivatives, poly Butyral, polyvinyl alcohol derivatives, and the like are preferred. In addition, these materials may be used alone or in combination.
It is also possible to use a mixture of more than one species.
本発明の酵素膜に用いられる高分子膜は、一般に知られ
ている公知の方法によって得られる。すなわち、上記の
高分子膜の材料を適当な溶媒によって溶解させて高分子
溶液となし、これを流延、はけ塗り、スピナ法あるいは
スプレィ法などの塗布方法によって高分子膜を形成させ
ることができるが好ましくはスピナ法を用いることが良
い。また、高分子膜の膜厚は、酵素膜としての性能から
いって0.5〜5μmの範囲が好ましく、さらには1〜
3μmの範囲がより好ましい。The polymer membrane used in the enzyme membrane of the present invention can be obtained by a generally known method. That is, it is possible to dissolve the above-mentioned material for the polymer film in an appropriate solvent to form a polymer solution, and form a polymer film using a coating method such as casting, brushing, spinner method, or spray method. Although it is possible, it is preferable to use the spinner method. In addition, the thickness of the polymer membrane is preferably in the range of 0.5 to 5 μm, more preferably 1 to 5 μm in terms of its performance as an enzyme membrane.
A range of 3 μm is more preferable.
本発明の酵素膜を構成する高分子酸化層は、高分子膜を
酸化処理し活性化することによって得られるが、その酸
化、活性化の方法としては、通常の化学的酸化剤である
オゾン、過酸化水素水、過マンガン酸カリ、重クロム酸
カリ、硝酸などの化学的酸化処理方法の他に、物理的酸
化処理方法として、紫外線、電子線、γ線などの照射、
コロナ放電、低周波または高周波プラズマ放電処理など
がある。この中でも、酸化処理が簡便で、酸化処理の条
件が制御しやすい低周波ないしは高周波による低温プラ
ズ々放電処理がより望ましい。この低温プラズマ放電処
理による高分子酸化層の形成は、プラズマ発生装置内に
酸素または炭酸ガスを導入しなからI Torr以下の
圧力下で、50W以上、5kW以下の低周波ないしは高
周波電力を印加し、10秒以上、より好ましくは1分以
上酸化処理を施すことによって得られる。The polymer oxidation layer constituting the enzyme membrane of the present invention can be obtained by oxidizing and activating the polymer membrane, and methods for oxidation and activation include ozone, which is a common chemical oxidant, In addition to chemical oxidation treatment methods such as hydrogen peroxide, potassium permanganate, potassium dichromate, and nitric acid, physical oxidation treatment methods include irradiation with ultraviolet rays, electron beams, gamma rays, etc.
Examples include corona discharge, low frequency or high frequency plasma discharge treatment. Among these, low-temperature plasma discharge treatment using low or high frequency waves is more desirable because the oxidation treatment is simple and the conditions of the oxidation treatment are easy to control. The formation of a polymer oxide layer by this low-temperature plasma discharge treatment involves applying low-frequency or high-frequency power of 50 W or more and 5 kW or less under a pressure of I Torr or less without introducing oxygen or carbon dioxide gas into the plasma generator. , by performing an oxidation treatment for at least 10 seconds, more preferably for at least 1 minute.
本発明の酵素膜に用いられる多孔性の高分子補強材とし
ては、不織布、織物、網目構造を有するメツシュあるい
は多孔性の膜などを挙げることができる。これらの材質
としては、非水溶性で上記の溶媒に溶解させた高分子膜
の溶液に不溶で、十分な強度を有するものであればなん
でもよい。多孔性の高分子補強材として好適な具体例と
しては、ポリエステル製の不織布、ポリアミド製または
ポリエステル製のメツシュなどがある。この高分子補強
材の厚さは、酵素膜の性能がらいって1〜100μmが
好ましく、1〜30μmの範囲がより好ましい。また、
多孔性の網目構造を有する高分子補強材の網の目(孔)
の大きさは、酵素膜の性能からいって100〜500メ
ツシュの範囲が好ましい。Examples of the porous polymer reinforcing material used in the enzyme membrane of the present invention include nonwoven fabrics, woven fabrics, meshes having a network structure, and porous membranes. Any material may be used as long as it is water-insoluble, insoluble in the solution of the polymer membrane dissolved in the above-mentioned solvent, and has sufficient strength. Specific examples of suitable porous polymer reinforcing materials include polyester nonwoven fabrics, polyamide or polyester meshes, and the like. The thickness of this polymer reinforcing material is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 30 μm, considering the performance of the enzyme membrane. Also,
Network mesh (pores) of polymer reinforcement material with porous network structure
The size of the membrane is preferably in the range of 100 to 500 mesh in view of the performance of the enzyme membrane.
本発明の酵素ゲル層に用いる酵素としては、酵素反応に
よりH202を生成、または消費する酵素、例えば、グ
ルコースオキシダーゼ、ウリカーゼ、アルコールオキシ
ダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、牛サンチンオキシダ
ーゼ、アミノ酸オキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレ
ステロールオキシダーゼ、などのオキシダーゼ、または
H2O2の生成や消費を伴う酵素反応の基質を生成する
酵素、補酵素なども併用することができる。また、本発
明の付帯的事項であるが、H2O2電極以外の電極を酵
素電極として使用する場合には、H2O2の生成や消費
に関係のない他の酵素を用いて本発明の酵素膜を製造す
ることができることは云うまでもない。Enzymes used in the enzyme gel layer of the present invention include enzymes that generate or consume H202 through enzymatic reactions, such as glucose oxidase, uricase, alcohol oxidase, pyruvate oxidase, bovine santhin oxidase, amino acid oxidase, lactate oxidase, and cholesterol oxidase. Oxidases such as , or enzymes and coenzymes that generate substrates for enzymatic reactions that involve production and consumption of H2O2 can also be used in combination. Additionally, as an incidental matter to the present invention, when an electrode other than the H2O2 electrode is used as an enzyme electrode, the enzyme membrane of the present invention may be manufactured using another enzyme unrelated to the production or consumption of H2O2. Needless to say, it can be done.
そして、多孔性の高分子補強材に塗布するための酵素溶
液は、目的とする酵素膜の酵素ゲル層を形成する酵素を
、その酵素に適した緩衝液に溶かし、それに架橋剤を添
加してよく混合することによって得られる。この酵素溶
液の酵素濃度としては5〜100 mg/mlの範囲が
酵素ゲル層の厚さを制御する点において好ましく、さら
には20〜50mg/mlの範囲がより好ましい。架橋
反応を行なわしめる架橋剤としては、グルタルアルデヒ
ドのような多官能アルデヒド、ヘキサメチレンジイソシ
アネートのような多官能インシアネート、N。The enzyme solution to be applied to the porous polymer reinforcing material is prepared by dissolving the enzyme that forms the enzyme gel layer of the desired enzyme membrane in a buffer solution suitable for the enzyme, and adding a crosslinking agent to it. Obtained by mixing well. The enzyme concentration of this enzyme solution is preferably in the range of 5 to 100 mg/ml in terms of controlling the thickness of the enzyme gel layer, and more preferably in the range of 20 to 50 mg/ml. Examples of crosslinking agents that carry out the crosslinking reaction include polyfunctional aldehydes such as glutaraldehyde, polyfunctional incyanates such as hexamethylene diisocyanate, and N.
N′−エチレンビスマレイミド、N、 N’−ポリメチ
レンヨードアミドなどを用いることができる。酵素溶液
に対するこれらの架橋剤の添加量は0.1〜1重量%の
範囲が好ましい。また、上記の酵素溶液には必要に応じ
てアルブミンのようなたん白質を加えることによって酵
素膜の強度を上げることも可能である。さらには、他の
補酵素などの添加物を加えてもよい。N'-ethylene bismaleimide, N,N'-polymethylene iodoamide, etc. can be used. The amount of these crosslinking agents added to the enzyme solution is preferably in the range of 0.1 to 1% by weight. Furthermore, it is also possible to increase the strength of the enzyme membrane by adding a protein such as albumin to the enzyme solution, if necessary. Furthermore, additives such as other coenzymes may be added.
多孔性の高分子補強材の上に塗布する酵素溶液の塗布方
法は、はけ塗り法、スプレィ法、スピナ法などの公知の
方法を採用することができ、塗布は1回塗りの他、酵素
溶液の架橋反応が終了した後に重ね塗りすることもでき
る。この場合に、他の種類の酵素溶液を重ね塗りして複
数の酵素ゲル層を積層して形成させてもよい。The enzyme solution can be applied onto the porous polymeric reinforcing material using known methods such as brushing, spraying, and spinner methods. It is also possible to apply multiple coats after the crosslinking reaction of the solution is completed. In this case, a plurality of enzyme gel layers may be formed by overcoating other types of enzyme solutions.
以下に本発明の一実施例を挙げ、さらに詳細に説明する
。An example of the present invention will be described below in more detail.
(実施例 1) アセチルセルロース(平均アセチル価度39.8%。(Example 1) Acetyl cellulose (average acetyl value 39.8%.
イーストマンコダック社製、USA)を、シクロヘキサ
ノンに溶解し、濃度10重量%のアセチルセルロースの
シクロヘキサノン溶液を得た。直径5crnのシリコン
ウェハ(5ilicon Wafer )上に、上記の
アセチルセルロースのシクロヘキサノン溶液ヲ1m1滴
下し、スピナによってlooorpmの回転速度で塗布
することによって上記のウェハ上に2.9μmの厚さの
アセチルセルロース膜を形成させた。このアセチルセル
ロース膜を形成したウニハラ、通常のプラズマエツチン
グ装置にセットし、0.5Torrの酸素分圧下で、出
力55W、 13.56 MHz (D高周波を印加し
、1.5分間プラズマ照射を行ないアセチルセルロース
膜の表面を酸化処理して活性化させた。そして、この活
性化したアセチルセルロース膜の上に、直径47聰、厚
さが60μmで、200メツシュの網目構造のポリエス
テル製のメツシュを置き、20 mgのグルコースオキ
シダーゼ(東洋紡績社製、 100 U/mg )、
15 mgの牛血清フルブミン(シグマ社製、USA)
および300μlのりん酸緩衝液(pH6,8,濃度0
.1モル/l )よりなる酵素液に、2.5重量%のグ
ルタルアルデヒドM 100μlを氷冷下で添加し、す
速く混合した混合液を120μ1滴下し、刷毛で混合液
の厚みを平均化した後、室温で3時間風乾し酵素膜を作
製した。この酵素膜を0型のリングに接着して市販のグ
ルコース分析計(イエロースプリング社製、23A型、
USA)のH202電極にセットし、グ/l/ −t
−ス(200mg/d/)を分析した。このとき、95
係の平衡値に達する時間は約13秒で、膜の透過性が大
きく良好な応答性を示した。Eastman Kodak Company, USA) was dissolved in cyclohexanone to obtain a cyclohexanone solution of acetylcellulose with a concentration of 10% by weight. A 2.9 μm thick acetyl cellulose film was formed on the wafer by dropping 1 ml of the above cyclohexanone solution of cellulose acetate onto a silicon wafer with a diameter of 5 crn, and coating it with a spinner at a rotational speed of LOOORPM. formed. The Unihara with this acetyl cellulose film formed was set in a normal plasma etching device, and under an oxygen partial pressure of 0.5 Torr, an output of 55 W and 13.56 MHz (D high frequency was applied, and plasma irradiation was performed for 1.5 minutes to remove acetyl cellulose). The surface of the cellulose membrane was activated by oxidation treatment. Then, a polyester mesh having a diameter of 47 mm, a thickness of 60 μm, and a mesh structure of 200 mesh was placed on top of the activated acetyl cellulose membrane. 20 mg glucose oxidase (manufactured by Toyobo Co., Ltd., 100 U/mg),
15 mg bovine serum fulbumin (Sigma, USA)
and 300 μl of phosphate buffer (pH 6, 8, concentration 0)
.. 100 μl of 2.5% by weight glutaraldehyde M was added to an enzyme solution consisting of 1 mol/l) under ice cooling, and 120 μl of the mixed solution was added dropwise and the thickness of the mixed solution was averaged with a brush. Thereafter, the membrane was air-dried at room temperature for 3 hours to prepare an enzyme membrane. This enzyme membrane was glued to a type 0 ring and a commercially available glucose analyzer (manufactured by Yellow Spring, type 23A,
(USA) H202 electrode, g/l/-t
-su (200 mg/d/) was analyzed. At this time, 95
It took about 13 seconds to reach the equilibrium value of the ratio, indicating that the membrane had high permeability and good responsiveness.
(実施例 2)
上記の実施例1と同様にして作製した酵素膜を、実施例
1にて示したグルコース分析計の電極に装着して37℃
の温度で1力月間運転し、この間に血液を含む各種の試
料を4000件体分析した。この場合の酵素膜の活性の
低下は10チ程度であって、高活性で長時間使用するこ
とができた。(Example 2) An enzyme membrane prepared in the same manner as in Example 1 above was attached to the electrode of the glucose analyzer shown in Example 1 and heated at 37°C.
The device was operated for one month at a temperature of 4,000 samples including blood. In this case, the activity of the enzyme membrane decreased by about 10%, and the enzyme membrane could be used for a long time with high activity.
(実施例 3)
上記の実施例1と同様にして作製した酵素膜を、実施例
1で使用したグルコース分析計の電極に、1時間ずつの
間隔を置いて10回装脱着して分析を行なったが、酵素
膜の破損や活性の変化は認められなかった。(Example 3) An enzyme membrane prepared in the same manner as in Example 1 above was attached to and detached from the electrode of the glucose analyzer used in Example 1 10 times at intervals of 1 hour for analysis. However, no damage to the enzyme membrane or change in activity was observed.
(比較例)
本発明の実施例3と比較する意図で、従来技術である特
開昭55−98347号公報に開示されている方法で、
アセチルセルロースの非対称膜にグルコースオキンター
ゼを固定化し、上記の実施例3と同様にしてグルコース
分析計の電極に装脱着した。その結果、上記のアセチル
セルロースの非対称膜は5回目で破損して使用できなく
なった。(Comparative Example) For the purpose of comparison with Example 3 of the present invention, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 55-98347, which is a prior art, was used.
Glucose okintase was immobilized on an asymmetric membrane of acetylcellulose, and the membrane was attached to and detached from the electrode of a glucose analyzer in the same manner as in Example 3 above. As a result, the asymmetric membrane of acetylcellulose described above was damaged after the fifth use and could no longer be used.
(実施例 4)
上記の実施例1と同様にして酵素膜を10枚作製し、こ
れを実施例1で使用したグルコース分析計の電極に装着
して、その出力のばらつきを調べた。(Example 4) Ten enzyme membranes were produced in the same manner as in Example 1 above, and these were attached to the electrodes of the glucose analyzer used in Example 1 to examine variations in the output.
その結果、これらの10枚の酵素膜の出力の変動係数は
5係と小さく、良好な酵素膜特性の再現性を示した。As a result, the coefficient of variation of the output of these 10 enzyme membranes was as small as a factor of 5, indicating good reproducibility of the enzyme membrane properties.
(実施例 5)
上記の実施例1の方法で作製した酵素膜を、実施例1で
使用したグルコース分析計の電極に装着し、濃度100
0 mg/diのアスコルビン酸水溶液を注入したがグ
ルコース分析計は全く出力を示さず、アスコルビン酸は
完全に阻止されていることがわかり、良好な測定妨害物
質の排除特性を示した。(Example 5) The enzyme membrane prepared by the method of Example 1 above was attached to the electrode of the glucose analyzer used in Example 1, and the
Although a 0 mg/di ascorbic acid aqueous solution was injected, the glucose analyzer showed no output at all, indicating that ascorbic acid was completely blocked, indicating good properties for eliminating substances that interfere with measurement.
(実施例 6)
上記の実施例1の方法で作製した酵素膜を、蒸留水に浸
漬し、室温で3力月間放置しておいたが、アセチルセル
ロース膜と酵素ゲル層との剥離は全く認められず、すぐ
れた機械的強度を示した。(Example 6) The enzyme membrane prepared by the method of Example 1 above was immersed in distilled water and left at room temperature for 3 months, but no peeling between the acetylcellulose membrane and the enzyme gel layer was observed. It showed excellent mechanical strength.
以上、本発明の実施例において説明したごとく、本発明
による酵素電極用酵素膜は、レスポンスが早く、その上
測定妨害物質の透過を完全に阻止し、活性が高く、機械
的強度が大であり、しがち再現性がよいことを示してお
り、優れた特性を持つ酵素膜である。As explained above in the examples of the present invention, the enzyme membrane for enzyme electrodes according to the present invention has a quick response, completely blocks the permeation of measurement interfering substances, has high activity, and has high mechanical strength. This enzyme membrane has excellent properties, showing good reproducibility.
以上詳細に説明したごとく、本発明による酵素電極用の
酵素膜は、透過性が良く優れた応答性を示し、かつ測定
妨害物質の排除性が良好で、その上酵素膜の出力変動が
小さく、高い酵素膜特性の再現性を示す酵素膜であって
、特に機械的強度が大で、酵素膜の交換時あるいは成分
測定中における酵素膜の破損がほとんどないから、長時
間安定して生化学物質の精密な分析を行なうことができ
る。そして、本発明による酵素膜の製造方法は、あらか
じめ定められた寸法に作製した高分子膜の表面を酸化し
活性化処理を行ない、その上に多孔性の高分子補強材を
載置し、その上部に酵素溶液を塗布するという簡単な操
作だけで、薄くて強く、かつ膜厚精度の高い酵素膜を、
容易に、再現性よく高い歩留りで製造することができる
ので、製品のコストは安価となり工業上の利用価値は極
めて大きい。As explained in detail above, the enzyme membrane for enzyme electrodes according to the present invention has good permeability and excellent responsiveness, has good ability to exclude substances that interfere with measurement, and has small output fluctuations. The enzyme membrane exhibits high reproducibility of enzyme membrane properties, has especially high mechanical strength, and has almost no damage to the enzyme membrane during enzyme membrane replacement or component measurement, so it can be used stably for long periods of time to produce biochemical substances. A precise analysis can be performed. The method for manufacturing an enzyme membrane according to the present invention involves oxidizing and activating the surface of a polymer membrane prepared to a predetermined size, placing a porous polymer reinforcing material on top of the surface, and By simply applying an enzyme solution to the top, a thin, strong, and highly accurate enzyme film can be created.
Since it can be easily manufactured with good reproducibility and a high yield, the cost of the product is low and its industrial value is extremely high.
第1図は本発明の実施例における酵素膜の概略構造を示
す断面図である。
1・・・酵素膜 2・・・高分子膜3・・・
高分子酸化層
4・・・多孔性の高分子補強材FIG. 1 is a sectional view showing the schematic structure of an enzyme membrane in an example of the present invention. 1... Enzyme membrane 2... Polymer membrane 3...
Polymer oxide layer 4: Porous polymer reinforcement material
Claims (1)
の酵素膜において、該酵素膜は、均質で特定の低分子物
質のみを透過させる性質を持つ所定厚さの高分子膜を有
し、該高分子膜には、その表面を活性化するために酸化
処理を施して形成させた高分子酸化層を設け、該高分子
酸化層の上部には、上記酵素膜を補強するための所定の
大きさの孔と空隙を有する所定厚さの多孔性の高分子補
強材と、該高分子補強材に所定の酵素を架橋固定化して
保持させる構成にした酵素ゲル層とを設けてなることを
特徴とする酵素電極用の酵素膜。 2、上記高分子膜は、セルロースおよびその誘導体、ポ
リアミド、ポリエチレンイミン、ポリブチラール、ポリ
ビニルアルコールおよびそれらの誘導体、ポリカーボネ
ート、ポリアクリレートおよびそれらの誘導体、ポリア
クリルニトリルおよびそれらの共重合体の群より選ばれ
た少なくとも1種からなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の酵素膜。 3、上記高分子膜の膜厚は、0.5〜5μmであること
を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の酵素膜。 4、上記多孔性の高分子補強材は、非水溶性の高分子化
合物からなり、100〜500メッシュの大きさの孔と
空隙を有し、上記高分子補強材は、厚さが1〜100μ
mの不織布、織物、網目構造であるメッシュもしくは多
孔性の膜であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の酵素膜。 5、上記多孔性の高分子補強材は、ポリエステルまたは
ポリアミド、もしくはそれらの混合物よりなる材料によ
って構成されることを特徴とする特許請求の範囲第4項
記載の酵素膜。 6、上記酵素ゲル層を構成する酵素は、酵素反応によっ
てH_2O_2を生成または消費させる酵素であって、
グルコースオキシダーゼ、ウリカーゼ、アルコールオキ
シダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、キサンチンオキシ
ダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コ
レステロールオキシダーゼの群より選ばれた少なくとも
1種からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の酵素膜。 7、試料液中の物質を電気化学的に分析する酵素電極用
の酵素膜を製造する方法において、平滑な支持台である
所定の基板上に、均質で特定の低分子物質のみを透過さ
せる性質を持つ所定の厚さの高分子膜を形成し、該高分
子膜の表面を活性化するために物理的酸化処理法もしく
は化学的酸化処理法によって高分子酸化層を形成させ、
該高分子酸化層の上に、上記酵素膜を補強するための所
定の大きさの孔と空隙を有する所定厚さの多孔性の高分
子補強材を載置し、該高分子補強材の上部に、所定の酵
素、緩衝液および架橋剤を含む酵素溶液を塗布して、酵
素を架橋固定化させて酵素ゲル層を形成させることを特
徴とする酵素電極用の酵素膜の製造方法。 8、上記高分子膜の製造法はスピナ塗布であることを特
徴とする特許請求の範囲第7項記載の酵素膜の製造方法
。 9、上記高分子膜の表面を酸化する物理的酸化処理法は
、低周波または高周波の低温プラズマ放電、コロナ放電
、もしくは紫外線、電子線あるいはγ線の照射によるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の酵素膜の製
造方法。 10、上記物理的酸化処理法が、低周波または高周波の
低温プラズマ放電処理であることを特徴とする特許請求
の範囲第9項記載の酵素膜の製造方法。 11、上記高分子膜の表面を酸化する化学的酸化処理法
は、オゾン、過酸化水素、過マンガン酸カリ、重クロム
酸カリあるいは硝酸によることを特徴とする特許請求の
範囲第7項記載の酵素膜の製造方法。 12、上記酵素溶液に含まれる酵素の濃度は、5〜10
0mg/mlであることを特徴とする特許請求の範囲第
7項記載の酵素膜の製造方法。 13、上記酵素溶液を塗布する方法は、はけ塗り法、ス
プレイ法もしくはスピナ法であり、上記酵素溶液の塗布
回数は、1回以上であることを特徴とする特許請求の範
囲第7項記載の酵素膜の製造方法。[Scope of Claims] 1. An enzyme membrane for an enzyme electrode for electrochemically analyzing substances in a sample solution, wherein the enzyme membrane is homogeneous and has a predetermined thickness that allows only a specific low-molecular substance to pass through. The polymer membrane has a polymer oxide layer formed by performing oxidation treatment to activate its surface, and the above-mentioned enzyme is provided on the polymer oxide layer. A porous polymer reinforcing material of a predetermined thickness having pores and voids of a predetermined size for reinforcing a membrane, and an enzyme gel configured to hold a predetermined enzyme cross-linked and immobilized on the polymer reinforcing material. An enzyme membrane for an enzyme electrode, characterized by comprising a layer. 2. The polymer membrane is selected from the group of cellulose and derivatives thereof, polyamide, polyethyleneimine, polybutyral, polyvinyl alcohol and derivatives thereof, polycarbonate, polyacrylate and derivatives thereof, polyacrylonitrile and copolymers thereof. The enzyme membrane according to claim 1, characterized in that it comprises at least one type of enzyme. 3. The enzyme membrane according to claim 2, wherein the polymer membrane has a thickness of 0.5 to 5 μm. 4. The porous polymer reinforcing material is made of a water-insoluble polymer compound and has pores and voids with a size of 100 to 500 mesh, and the polymer reinforcing material has a thickness of 1 to 100 μm.
The enzyme membrane according to claim 1, which is a nonwoven fabric, a woven fabric, a mesh having a network structure, or a porous membrane. 5. The enzyme membrane according to claim 4, wherein the porous polymer reinforcing material is made of polyester, polyamide, or a mixture thereof. 6. The enzyme constituting the enzyme gel layer is an enzyme that generates or consumes H_2O_2 through an enzymatic reaction,
The enzyme membrane according to claim 1, comprising at least one member selected from the group of glucose oxidase, uricase, alcohol oxidase, pyruvate oxidase, xanthine oxidase, amino acid oxidase, lactate oxidase, and cholesterol oxidase. . 7. In a method of manufacturing an enzyme membrane for an enzyme electrode that electrochemically analyzes substances in a sample solution, a property that allows only a homogeneous specific low-molecular substance to pass through a predetermined substrate, which is a smooth support base. forming a polymer film with a predetermined thickness, and forming a polymer oxide layer by a physical oxidation treatment method or a chemical oxidation treatment method to activate the surface of the polymer film,
A porous polymer reinforcing material of a predetermined thickness having pores and voids of a predetermined size for reinforcing the enzyme membrane is placed on the polymer oxide layer, and the upper part of the polymer reinforcing material is A method for manufacturing an enzyme membrane for an enzyme electrode, comprising applying an enzyme solution containing a predetermined enzyme, a buffer solution, and a crosslinking agent to the membrane to form an enzyme gel layer by crosslinking and immobilizing the enzyme. 8. The method for producing an enzyme membrane according to claim 7, wherein the method for producing the polymer membrane is spinner coating. 9. Claims characterized in that the physical oxidation treatment method for oxidizing the surface of the polymer film is by low-frequency or high-frequency low-temperature plasma discharge, corona discharge, or irradiation with ultraviolet rays, electron beams, or gamma rays. The method for producing an enzyme membrane according to item 7. 10. The method for producing an enzyme membrane according to claim 9, wherein the physical oxidation treatment method is a low-frequency or high-frequency low-temperature plasma discharge treatment. 11. The method according to claim 7, wherein the chemical oxidation treatment method for oxidizing the surface of the polymer film is performed using ozone, hydrogen peroxide, potassium permanganate, potassium dichromate, or nitric acid. Method for producing enzyme membrane. 12. The concentration of the enzyme contained in the enzyme solution is 5 to 10.
8. The method for producing an enzyme membrane according to claim 7, wherein the concentration is 0 mg/ml. 13. The method of applying the enzyme solution is a brushing method, a spray method, or a spinner method, and the number of times of application of the enzyme solution is one or more times, according to claim 7. A method for producing an enzyme membrane.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60115304A JPS61274253A (en) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | Oxygen film and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60115304A JPS61274253A (en) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | Oxygen film and manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61274253A true JPS61274253A (en) | 1986-12-04 |
Family
ID=14659313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60115304A Pending JPS61274253A (en) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | Oxygen film and manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61274253A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6459056A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Biosensor |
JPH02248852A (en) * | 1989-03-22 | 1990-10-04 | Nok Corp | Glucose sensor |
JPH0777511A (en) * | 1993-07-16 | 1995-03-20 | Gold Star Co Ltd | Biosensor for gas measurement and preparation thereof |
-
1985
- 1985-05-30 JP JP60115304A patent/JPS61274253A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6459056A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Biosensor |
JPH02248852A (en) * | 1989-03-22 | 1990-10-04 | Nok Corp | Glucose sensor |
JPH0777511A (en) * | 1993-07-16 | 1995-03-20 | Gold Star Co Ltd | Biosensor for gas measurement and preparation thereof |
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