JPS63167259A

JPS63167259A - オキシダ−ゼ電極

Info

Publication number: JPS63167259A
Application number: JP61309391A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Senda; 千田　貢; Tokuji Ikeda; 篤治池田; Hiroharu Satomi; 里見　弘治
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1986-12-29
Filing date: 1986-12-29
Publication date: 1988-07-11

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】［産業上の利用分野］本発明は酵素電極、即ち電解液中に存在するグルコース
、ガラクトース等のオキシダーゼ酵素の基質となり得る
物質のｌ１ｔｆをアンペロメトリックに測定するセンサ
ーとして有用であり、又その酸化生成物を電解合成する
りアクタ−としても有用である電極に関する。

［従来技術とその問題点］従来、酵素電極又は酵素センサーとして利用されている
電極は、電極表面にオキシダーぜを固定し、その！を質
（Ｓ）が溶液中に存在する酸素く０２）により酸化され
生成物（Ｐ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が生じる反応式
（１）％式％を利用していた。この際に生じる０２のａ度変化を電極
においてアンペロメトリックに測定し、これから間接的
にＳの濃度を求めていた。

したがって、そのアンペロメトリックの測定での電流応
答は電解液（被検液）中の０２の濃度によって変動し、
■Ｓの濃度の測定にあたっては、基準となるもとの電解
液中の０２の濃度をその都度測定してこれを基準とし、
Ｓの濃度を求める必要があった、■電解液中の０２ａ１
度は通常空気飽和で限界があるため、これをこえるＳの
濃度では０２が不足し濃度の測定ができないので、濃厚
溶液では前もって希釈する必要があった、■電解液中に
０２が存在しない場合は測定できない等の欠点があった
。又０２の濃度を電極で測定するかわりに、Ｈ２Ｏ２の
濃度を電極で測定する方法もあるが、不便さでは同様で
あった。

［発明の目的コ本発明は、上記の問題を解消すべくなされたもので、必
要な０２を通気性膜を通して多孔質構造の電極の一方の
側から必要十分な一定量を他方の側に恒常的に供給し、
固定化オキシダーゼによる反応の結果生じたＨ２Ｏ２を
アンペロメトリックに測定することにより、基質の濃度
を直接測定するセンサー用電極を提供することにある。

また、このようにすることにより基質から生成物の電解
合成が効率よく進行することになるので、リアクター用
電極を提供することも本発明の目的である。

し発明の構成及び効果］本発明の酵素電極は、多孔質構造電極の一方の面に接し
ておいた通気性膜と、通気性膜を隔てた気体室と、該電
極のもう一方の面にある固定化オキシダーゼ酵素層と、
その外面を被覆するオキシダーゼ基質の透過膜とから構
成される。

多孔質構造電極は網目状、メツシュ（網目より細い）又
は多孔質構造のいずれであってもよい。

材質としては、白金、カーボン、金等任意の材質を用い
ることができる。またその形状としては通気性の細孔が
ありさえすれば特に制限がない。この電極にＨ２Ｏ２が
酸化される電圧、通常正の電圧を加える。対極としては
通常、銀／塩化銀電極。

水銀／第１塩化水ｌ！電極、白金電極などが用いられる
が、これらに限定されるものではない。センサーとして
使用するときは定電圧電解法による。

この多孔質構造電極は通常同筒状の絶縁体の一端に設定
するが、用途に応じてこれ以外の形状であることもでき
る。対極を組み込んだ形であってもよい。気体室には空
気又は酸素ガスを通常は１気圧、好ましくは１気圧以上
に加圧できる。膜と多孔質構造′１１極の耐圧まで加圧
することができる。

通気性膜は０２の透過性のある膜であればよく、テフロ
ン膜、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜等が使用でき
る。この通気性膜を多孔質構造電極の一方の面に接して
配置する。

多孔質構造電極の他方の面に酵素を固定化する。

固定化法としては種々の方法を用いることができる。通
常は溶液法による。即ち酵素溶液を電極表面に滴下又は
塗布し、溶媒を蒸発させて固化してもよい。又担体に固
定化した酢素膜にして電極に接してもよい。酵素固定膜
としての担体材料は、コラーゲン、セルローズ誘導体、
ポリアクリルアミド、ポリアミド、ｐｖｃ、ポリスチレ
ン誘導体。

ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミノ酸、ポ
リエステル、ポリベンゾイミダゾール、アクリルニトリ
ル系共重合体、ポリカーボネート。

ポリエチレン、ポリプロピレン等の天然、合成の不溶性
材料を用いることができる。

固定化酵素層の外面をおおう基質透過性膜としては、ニ
トロセル［１−ズ膜、透析膜、セルローズ。

アセテート膜、ポリアミド膜、ポリアクリルアミドゲル
膜、ポリアクリルニトリル躾、ポリスチレン誘導体膜等
種々のものが利用できる。またセン・サーとして用いる
場合、検量線の直線範囲の調節にも用いることができる
。通常２０〜５００ＩＪＩＲの模厚が適している。この
膜は又固定化酵素層内の酸素濃度を一定に保つ上でも役
割を果している。

電極の構成において重要なことは、通気性膜を通って入
ってきた酸素が多孔質構造電極の細孔を通って固定化酵
素層内に入り、そこで一定の値に保たれる構造をとるこ
とである。

又本発明の特徴は高濃度の電解液をも測定できる点にあ
る。

以下実施例により本発明を説明するが本願を限定するも
のではない。

１１五−ユ（１）電極の作成第１図に本発明に係るオキシダーゼ電極の一例を示す。

以下に本電極の作成方法を述べる。

表面をシリコン処理したガラス管■（外径ｉｏ、ｏ・麿
、内径８．０７１１１１１）の一端に通気性膜（５）（
住友電工（株製、ｌ’１ｕｏｒｏ　Ｐｏｒｅ、　ＦＰ−
２００）を張り、その上に白金メッシ：ｔ　（６）　（
１００メツシユ）をおき、白金導線（１）をつけた。グ
ルコースオキシダーゼ水溶液（７）（１００１１１！Ｊ
α−３）５０成をのせ、溶媒を蒸発させた後、さらに透
析膜（０）　（２０ｍ　）で覆い、最後にナイロンネッ
ト（９で全体を覆って補強した。ガラス管の上端より空
気または酸素ガスを送り込んだ。

（２）測定法柳本製作所［４のポーラログラフイックアナライザー（
Ｐ　−１１００）と横用北辰電機■製Ｘ−Ｙレコーダー
（モデル３０２５）を用い、３電極方式で測定した。

電解用セルには容量１〜３ａｉのものを用い、電解液は
セル底部においた磁気回転子を回転させつつ測定した。

回転速度は充分速くして（通常４００ｒ、ｐ、＋ｉ、以
上）電解電流が回転速度の変動で変化しないことを確め
、その範囲で測定した。基礎液には０．２１０１６＋ｅ
−３酢酸緩衝液（ｐＨ５，０）を用い、空気飽和下で測
定した。電極電位は飽和カロメル電極（ＳＣＥ）を阜準
として測定した。

（３）測定結果（ａ）　　本発明の電極によるグルコースの定量まず本
電極を用いてポルタンメトリーを測定した。本電極を空
気飽和基礎液中に浸けてサイクリックポルタンメトリー
を測定した場合、明瞭なピークを持ったポルタモグラム
を得るにはいたらなかツタが、基礎液ニ１０　ａ＋ａ＋
ｏｌ　ｄｎ＋−３（７）　Ｄ　−／ｊ　）Ｉｔ　：］　
−スを加えた場合には明瞭な酸化電流が観察された。

第２図は、定常電流工を加電位Ｅに対してプロットした
電流電位（１−Ｅ）曲線を例示したものである。また第
３図は、加電位０．８ｖでの定常電流をＤ−グルコース
濃度に対してプロットした検ｆａａの例である。（Ａ）
は酸素ガス、（Ｂ）は空気をガラス管の上端より送り込
んだ場合である。

Ａ、Ｂ両画線間に差が見られたことは、内側の通気性膜
を通して酸素の供給が有効に働いていることを示してい
る。また酸素ガスあるいは空気の圧力を上げると、酸素
の溶解度が上り、ざらに大きな電流を得ることができる
。

（ｂ）　　本発明の電極を用いる定電位電解本電極を用
い、１０　ｍｍｏｌ　ｄＩｌｌ−３Ｄ　−クル：ｌ−ス
ヲ含む基礎液で加電位０．８Ｖで定電位電解を続けると
電流値はほぼ指数関数にしたがって減少し、電流値はほ
ぼ零にまで低下した。

なお、Ｄ−グルコースの電解生成物がＤ−グルコン酸で
あることは別に測定・確認した。

実施例　２次の酵木膜を用いた電極を実施例１と同様に作製した。

酵素膜は次のように作製した。ナイロンフィルター（Ｈ
ｉ　ｌ　ｌ　１ｐｏｒｅ社製、平均孔径７−１多孔度６
５％、膜厚１５０ｍ）を０．１２Ｍ　Ｈ０ｇ中で４５℃
、４０分間処理してアミド結合を部分加水分解して活性
化した。蒸留水で洗浄俊、架橋処理としてグルタルアル
デヒドを加え０．１２％とし０℃で３０分間浸せきし、
その後室温で緩衝液及び蒸留水で洗浄した。

モしてＧＯＤを溶解した０℃の緩衝液中で４時間固定化
した。ＮａＣρ溶液、蒸留水洗浄を行ない未結合の酵素
を除去した。これを０．１ｇ／ｄｎ＋３のグルコース溶
液３．Ｏｒｉ中に３７℃、４時間保持し、酵素反応によ
るグルコース減少量をオルトトルイジン法により定量し
、試薬のＧＯＤによるグルコース減少量と比較すること
により、固定化された酵素量を求めて５０す／−を得た
。

この電極を用いて実施例１の（ａ）と同様の実験を行な
い同様な傾向の結果を青た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のオキシダーゼ電極の一興体例の説明
図である。第２図は、本発明オキシダーゼ電極の加電圧Ｅに対する
定常電流■をプロットした゛電流電位（ｌ−Ｅ）曲線で
ある。第３図は、本発明オキシダーゼ電極を用い、加電圧０．
８ｖでの定常電流をＤ−グルコース′ｅ４度に対してプ
ロットした検恒線を示す。１・・・白　金　導　線　　　　　　２・・・ガ　ラ　
ス　管３・・・バラフィルム　　　　　４・・・導電性
樹脂５・・・フルオロボアフィルム　　　６・・・白金
メツシュア・・・グルコースオキシダーゼ　８・・・透
　析　膜９・・・ナイロンネット第２図Ｅ／Ｖ　　ｖｓ、５ＣＥ！ｌｒ３ｒＩｊＪＣｇｌｕ／ｍＭ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）通気性膜と多孔性構造の電極と、該電極の表面に
固定化されたオキシダーゼ酵素及びこの外面を被覆する
オキシダーゼ基質透過性膜とからなり、通気性膜を通し
て酸素が固定化酵素層に供給されるように構成したこと
を特徴とするオキシダーゼ電極。
（２）通気性膜と多孔性構造の電極と、該電極の表面に
接して設けられた担体に固定化されたオキシダーゼ酵素
膜及びこの外面を被覆するオキシダーゼ基質透過性膜と
からなり、通気性膜を通して酸素が固定化酵素層に供給
されるように構成したことを特徴とするオキシダーゼ電
極。