JPH0720428B2 - 酵素固定化ポリアクリロニトリル膜の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酵素固定化ポリアクリロニトリル膜の製造法
に関する。更に詳しくは、従来酵素の固定化が困難とさ
れていたポリアクリロニトリル膜に酵素を固定化せしめ
る方法に関する。

〔従来の技術〕 ポリアクリロニトリル膜は、現在主として人工腎臓用の
中空糸素材として使用されている膜材料である。この膜
は、このような有用性を有する一方、酵素などの生理活
性物質を固定化するのに有効に作用する官能性基が、そ
の構造中にないことが欠点として挙げられる。

酵素などを共有結合させるこのような官能性基として
は、ポリアクリロニトリル中のニトリル基の一部を還元
させたアミノ基が考えられる。そのための方法として
は、ニッケル触媒存在下での水素による接触還元あるい
は水素化リチウムアルミニウムなどの還元試薬の使用な
どが考えられるが、このような還元方法によったのでは
必ずしも所期の目的が達成されないため、ポリアクリロ
ニトリル膜に対する酵素の固定化方法としては主として
吸着法が用いられてきた。しかしながら、この方法は単
に物質間の物理的吸着力にのみ頼っているため、固定化
が不充分であるという欠点を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明者は、このような限界のみられる吸着法
によるのではなく、ポリアクリロニトリルのニトリル基
の一部を還元してアミノ基に変換させ、アルデヒド基を
介して酵素を結合せしめる有効な方法を求めて種々検討
の結果、ポリアクリロニトリルを水蒸気の存在下でプラ
ズマ照射することにより一部のニトリル基をアミノ基に
変換し得ることを見出し、引き続きプラズマ照射条件下
でジアルデヒド化合物を作用させることにより、有効に
酵素を結合され得ることを見出し、本発明を完成するに
至った。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明は酵素固定化ポリアクリロニトリル膜の
製造法に係り、酵素固定化ポリアクリロニトリル膜の製
造は、プラズマ照射条件下でポリアクリロニトリル膜に
水蒸気およびジアルデヒド化合物を順次作用させた後、
これに酵素を結合させることにより行われる。

ポリアクリロニトリル膜は、製膜時の粘度などを考慮
し、分子量が約50万〜100万のポリアクリロニトリルを
用い、これをジメチルホルムアミドなどの溶媒に好まし
くは約10〜20重量％の濃度で溶解され、温度約15〜30
℃、湿度約40〜60％の条件下で、ガラス棒などを用いな
がらガラス板上などに製膜し、その後水中に浸漬、ゲル
化させることにより得られ、好ましくは固定化膜を支配
する比表面積の点から多孔質体が用いられる。

このようにして得られたポリアクリロニトリル膜を適当
な大きさにカットした後、通常の方法によってプラズマ
照射に付される。例えば、真空ポンプ、リークバルブ、
およびメインバルブに接続され、真空計を備えたチュー
ブ状プラズマ反応容器内に上記膜カット片を収容し、反
応容器内の圧力を約0.001〜10Torrとした後バルブを開
き、反応容器内に水の入ったタンクから水蒸気を約0.01
〜5Torrの圧力になる迄導入する。このようにして反応
容器内に水蒸気を充満させたら、高周波発生装置（13.5
6MHz）およびマッチングユニットからなる高周波電源を
用いて、有効電力約50〜70W、グロー放電時間約１〜30
分間の条件下で、反応容器の端部細径円筒部に捲回され
た発振コイルからプラズマ照射する。次の工程も、モノ
マータンクからグルタルアルデヒドによって代表される
ジアルデヒド化合物を反応容器内に導入しながら、上記
と同様の方法で行われる。この際、ジアルデヒド化合物
が気化し難い場合には、モノマータンクをドライヤーな
どの加熱手段で加熱しながら減圧化させる。反応容器と
しては、上記チューブ状のもの以外に、ベルジャー型な
ども用いることができる。また、放電電極としては、上
記コイル状のもの以外に、外部もしくは内部平行電極板
を用いることもできる。

このような一連の操作により、ポリアクリロニトリル中
のニトリル基の一部がアミノ基に変換され、そこにジア
ルデヒド化合物を作用させ、ジアルデヒド基の残った方
のアルデヒド基を利用してアミノ基を有する酵素を結
合、固定化させる。酵素の固定化は、濃度約0.1〜10mg/
mlの酵素水溶液中に、約３〜５℃の温度で約１〜24時間
浸漬することにより一般に行われる。

固定化される酵素としては、例えばウレアーゼ、クレア
チニンデイミナーゼ、クレアチニンアミドヒドロラー
ゼ、グルコースオキシダーゼ、パーオキシダーゼ、ヘキ
ソキナーゼ、カタラーゼ、Ｇ−６−Ｐデヒドロゲナー
ゼ、グルタメートデヒドロゲナーゼ、ウリカーゼ、コレ
ステロールオキシダーゼ、コレステロールエステルヒド
ロラーゼ、アデノシントリフォスファターゼ、アルカリ
フォスファターゼ、ホスホリパーゼＣなどが挙げられ
る。

〔発明の効果〕

従来酵素の固定化が困難とされていたポリアクリロニト
リル膜に、プラズマ照射条件下で水蒸気およびジアルデ
ヒド化合物を順次作用させることにより、すぐれた固定
化力で酵素を固定化することが可能となった。

その上、次のような点での特徴を有している。

（１）アルデヒド基の導入は水溶液浸漬によっても行な
うことができるが、これをプラズマ状態で行なうことに
より、ポリアクリロニトリルのニトリル基の一部の還元
からアルデヒド基の導入迄を連続的に行なうことがで
き、製造工程全体の簡略化を図ることができる。

（２）従来の水素還元工程では、目的の還元反応が円滑
に行われないばかりではなく、高価であったり、有毒で
あったり、あるいは安全性に問題のある各種還元触媒の
使用を必要としているが、本発明方法では水蒸気存在下
でのプラズマ照射により、還元が行なわれるばかりでは
なく、工程上の安全性が確保される。

（３）酵素固定化ポリアクリロニトリル膜は、バイオセ
ンサ、バイオリアクタなどとして有効に使用し得る。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例 レドックス系重合開始剤を用い、乳化重合法で得られた
ポリアクリロニトリル（Mw約65万）の15重量％ジメチル
ホルムアミド溶液を調製し、このドープ液をガラス棒を
用いてガラス板上に流延し、室温下に30秒間放置後、蒸
留水中に浸漬してゲル化させた。得られたポリアクリロ
ニトリル膜を走査型電子顕微鏡で観察すると、断面にポ
ーラス層を有し、蒸発面が緻密な非対称膜であることが
分った。

この膜のカット片をプラズマ反応容器中に収容し、水蒸
気圧力0.5Torr、電力60W、グロー放電時間15分間の条件
下でプラズマ照射した後、グルタルアルデヒド蒸気圧力
0.2Torr、電力60W、グロー放電時間15分間の条件下でプ
ラズマ照射した。

このようにして順次水蒸気およびグルタルアルデヒドの
存在下でプラズマ照射処理したポリアクリロニトリル膜
カット片（10×10×0.12mm）を、濃度5mg/mlのウレアー
ゼ水溶液中に４℃で18時間浸漬し、ウレアーゼの固定化
を行なった。

このウレアーゼ固定化膜について、その酵素活性をUrea
−NB−Test Wakoキット（和光純薬工業製）を用い、イ
ンドフェノール法で波長570nmの吸光度として測定した
結果、吸光度として0.525の値を示し、これを水洗して
再度測定しても0.504の値を示した。

比較例 実施例で用いられたポリアクリロニトリル膜カット片
を、プラズマ照射処理することなく、直接濃度5mg/mlの
ウレアーゼ水溶液中に４℃で18時間浸漬した。

このようにしてウレアーゼを固定化させた膜カット片に
ついて、同様に酵素活性を測定すると、吸光度が0.124
の値を示し、これを水洗して再度測定すると0.016に低
下していた。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ照射条件下でポリアクリロニトリ
   ル膜に水蒸気およびジアルデヒド化合物を順次作用させ
   た後、これに酵素を結合させることを特徴とする酵素固
   定化ポリアクリロニトリル膜の製造法。
2. 【請求項２】ジアルデヒド化合物がグルタルアルデヒド
   である特許請求の範囲第１項記載の酵素固定化ポリアク
   リロニトリル膜の製造法。