JPH11248668A - バイオセンサ及び該センサによる水中の金属又は農薬の定量分析方法 - Google Patents
バイオセンサ及び該センサによる水中の金属又は農薬の定量分析方法Info
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- JPH11248668A JPH11248668A JP10089177A JP8917798A JPH11248668A JP H11248668 A JPH11248668 A JP H11248668A JP 10089177 A JP10089177 A JP 10089177A JP 8917798 A JP8917798 A JP 8917798A JP H11248668 A JPH11248668 A JP H11248668A
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Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水環境汚染の計測するための水質分析、特に
微量成分の水質分析を短時間に行うことができるバイオ
センサ及びそれによる定量分析方法を提供する。 【解決手段】 参照電極、対電極及び作用電極を備える
バイオセンサにおいて、作用電極は、アセチルコリンエ
ステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液の供給管
及び該混合溶液の排出管が装着され、先端部が封鎖され
ている半透膜製の筒体内に、電極部材の少なくとも先端
部が配置されて形成されているバイオセンサを提供す
る。このバイオセンサを、アセチルコリンが混合されて
いる、農薬又は金属を含む試料水溶液に浸漬し、該作用
電極の半透膜を浸透するアセチルコリンを、該半透膜を
浸透した金属又は農薬の存在下に、アセチルコリンエス
テラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解して、ベタイン
及び過酸化水素を生成させ、この生成した過酸化水素濃
度を電気化学的に測定し、検量線により、試料溶液中の
金属又は農薬の量を測定することができる。
微量成分の水質分析を短時間に行うことができるバイオ
センサ及びそれによる定量分析方法を提供する。 【解決手段】 参照電極、対電極及び作用電極を備える
バイオセンサにおいて、作用電極は、アセチルコリンエ
ステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液の供給管
及び該混合溶液の排出管が装着され、先端部が封鎖され
ている半透膜製の筒体内に、電極部材の少なくとも先端
部が配置されて形成されているバイオセンサを提供す
る。このバイオセンサを、アセチルコリンが混合されて
いる、農薬又は金属を含む試料水溶液に浸漬し、該作用
電極の半透膜を浸透するアセチルコリンを、該半透膜を
浸透した金属又は農薬の存在下に、アセチルコリンエス
テラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解して、ベタイン
及び過酸化水素を生成させ、この生成した過酸化水素濃
度を電気化学的に測定し、検量線により、試料溶液中の
金属又は農薬の量を測定することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アセチルコリンエ
ステラーゼ及びコリンオキシダーゼが充填されている半
透膜製の筒体内電極部材を装着して形成されている作用
電極、対電極及び参照電極を備えるバイオセンサ及び該
バイオセンサを使用する水中の金属又は農薬の定量分析
方法に関し、特に廃液中の微量の金属又は農薬を検出す
るのに適するバイオセンサ及び廃液中の金属又は農薬の
定量分析方法に関する。また、本発明は、医療分析、環
境計測、食品分析、バイオプロセス計測などの広い分野
に使用可能な金属又は農薬分析用のバイオセンサ及び該
バイオセンサを使用する定量分析方法に関する。
ステラーゼ及びコリンオキシダーゼが充填されている半
透膜製の筒体内電極部材を装着して形成されている作用
電極、対電極及び参照電極を備えるバイオセンサ及び該
バイオセンサを使用する水中の金属又は農薬の定量分析
方法に関し、特に廃液中の微量の金属又は農薬を検出す
るのに適するバイオセンサ及び廃液中の金属又は農薬の
定量分析方法に関する。また、本発明は、医療分析、環
境計測、食品分析、バイオプロセス計測などの広い分野
に使用可能な金属又は農薬分析用のバイオセンサ及び該
バイオセンサを使用する定量分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、産業活動の進展、都市周辺への人
口集中等により産業排水や生活排水の流入に伴う水源の
水質汚濁は著しく進行しており、水質分析が機器分析等
により行われている。
口集中等により産業排水や生活排水の流入に伴う水源の
水質汚濁は著しく進行しており、水質分析が機器分析等
により行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の機器分
析による水質分析では、迅速性あるいは機能性を欠き十
分な対応ができないのが現状である。そこで、本発明
は、水環境汚染を計測する水質分析における従来法の問
題点を解決することを目的としている。
析による水質分析では、迅速性あるいは機能性を欠き十
分な対応ができないのが現状である。そこで、本発明
は、水環境汚染を計測する水質分析における従来法の問
題点を解決することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、水環境汚染の
計測するための水質分析、特に微量成分の水質分析を短
時間に行うことができるバイオセンサ及びそれによる定
量分析方法を提供することを目的としている。本発明者
は、水質汚染の成分中、例えば、微量の金属又は農薬
が、アセチルコリンのアセチルコリンエステラーゼ及び
コリンオキシダーゼによる分解反応を、阻害し抑制する
ように作用する物質であることを発見して、本発明に至
った
計測するための水質分析、特に微量成分の水質分析を短
時間に行うことができるバイオセンサ及びそれによる定
量分析方法を提供することを目的としている。本発明者
は、水質汚染の成分中、例えば、微量の金属又は農薬
が、アセチルコリンのアセチルコリンエステラーゼ及び
コリンオキシダーゼによる分解反応を、阻害し抑制する
ように作用する物質であることを発見して、本発明に至
った
【０００５】即ち、本発明は、参照電極、対電極及び作
用電極を備えるバイオセンサにおいて、作用電極は、ア
セチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混
合溶液の供給管及び該混合溶液の排出管が装着され、先
端部が封鎖されている半透膜製の筒体内に、電極部材の
少なくとも先端部が配置されて形成されていることを特
徴とするバイオセンサにあり、また、本発明は、アセチ
ルコリンが混合されている、農薬又は金属を含む試料水
溶液に、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシ
ダーゼの混合溶液が充填されている半透膜製の筒体内
に、電極部材の少なくとも先端部が前記混合溶液内に挿
入されて形成されている作用電極を浸漬すると共に、対
極及び参照電極を浸漬し、該作用電極の半透膜を浸透す
るアセチルコリンを、該半透膜を浸透した金属又は農薬
の存在下に、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオ
キシダーゼで分解して、ベタイン及び過酸化水素を生成
させ、この生成した過酸化水素濃度を電気化学的に測定
し、一方アセチルコリン標準溶液に、前記作用電極、対
極及び参照電極を浸漬し、該作用電極の半透膜を浸透す
るアセチルコリンを、金属又は農薬の非存在下に、アセ
チルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解
して、ベタイン及び過酸化水素を生成させ、この生成し
た過酸化水素濃度を電気化学的に測定して、この測定さ
れた過酸化水素濃度を、前記金属又は農薬の存在下に生
成した過酸化水素の濃度と比較して、試料溶液中の金属
又は農薬の量を測定することを特徴とする水中の金属又
は農薬の定量分析方法にある。
用電極を備えるバイオセンサにおいて、作用電極は、ア
セチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混
合溶液の供給管及び該混合溶液の排出管が装着され、先
端部が封鎖されている半透膜製の筒体内に、電極部材の
少なくとも先端部が配置されて形成されていることを特
徴とするバイオセンサにあり、また、本発明は、アセチ
ルコリンが混合されている、農薬又は金属を含む試料水
溶液に、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシ
ダーゼの混合溶液が充填されている半透膜製の筒体内
に、電極部材の少なくとも先端部が前記混合溶液内に挿
入されて形成されている作用電極を浸漬すると共に、対
極及び参照電極を浸漬し、該作用電極の半透膜を浸透す
るアセチルコリンを、該半透膜を浸透した金属又は農薬
の存在下に、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオ
キシダーゼで分解して、ベタイン及び過酸化水素を生成
させ、この生成した過酸化水素濃度を電気化学的に測定
し、一方アセチルコリン標準溶液に、前記作用電極、対
極及び参照電極を浸漬し、該作用電極の半透膜を浸透す
るアセチルコリンを、金属又は農薬の非存在下に、アセ
チルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解
して、ベタイン及び過酸化水素を生成させ、この生成し
た過酸化水素濃度を電気化学的に測定して、この測定さ
れた過酸化水素濃度を、前記金属又は農薬の存在下に生
成した過酸化水素の濃度と比較して、試料溶液中の金属
又は農薬の量を測定することを特徴とする水中の金属又
は農薬の定量分析方法にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明において、ダイアリシスバ
イオセンサである作用電極は、その少なくとも一部は半
透膜製の筒部に形成されており、少なくとも該半透膜製
の筒部内には、コリンオキシダーゼ及びアセチルコリン
エステラーゼの、例えば、ｐＨ８．０のトリス・塩酸緩
衝液の混合溶液が充填される。前記混合溶液において、
コリンオキシダーゼは、アセチルコリンエステラーゼに
対して、０．１乃至１０倍量、好ましくは、０．５乃至
５倍量の割合で使用することができる。
イオセンサである作用電極は、その少なくとも一部は半
透膜製の筒部に形成されており、少なくとも該半透膜製
の筒部内には、コリンオキシダーゼ及びアセチルコリン
エステラーゼの、例えば、ｐＨ８．０のトリス・塩酸緩
衝液の混合溶液が充填される。前記混合溶液において、
コリンオキシダーゼは、アセチルコリンエステラーゼに
対して、０．１乃至１０倍量、好ましくは、０．５乃至
５倍量の割合で使用することができる。
【０００７】作用電極内に入れられる前記混合溶液に使
用されるアセチルコリンエステラーゼは、例えば、シビ
レエイアセチルコリンエステラーゼ、電気ウナギ発電器
官由来のアセチルコリンエステラーゼ、ウマ血清由来の
アセチルコリンエステラーゼ等の従来から使用されてい
るアセチルコリンエステラーゼを使用することができる
が、ウマ血清由来のアセチルコリンエステラーゼを使用
すると、０．１ｐｐｍまで測定可能となるので好まし
い。
用されるアセチルコリンエステラーゼは、例えば、シビ
レエイアセチルコリンエステラーゼ、電気ウナギ発電器
官由来のアセチルコリンエステラーゼ、ウマ血清由来の
アセチルコリンエステラーゼ等の従来から使用されてい
るアセチルコリンエステラーゼを使用することができる
が、ウマ血清由来のアセチルコリンエステラーゼを使用
すると、０．１ｐｐｍまで測定可能となるので好まし
い。
【０００８】本発明において、ダイアリシスバイオセン
サである作用電極には、一本のプラチナ電極が、電極部
材として、半透膜製の筒部内に封入される。このように
一本の電極部材を半透膜製の筒部内に設けるようにする
と、作用電極センサの半透膜製の筒部の径を細くするこ
とが可能となる。このようにセンサの半透膜部位を細く
すると、センサの応答が速くなり、より高性能なセンサ
とすることができる。
サである作用電極には、一本のプラチナ電極が、電極部
材として、半透膜製の筒部内に封入される。このように
一本の電極部材を半透膜製の筒部内に設けるようにする
と、作用電極センサの半透膜製の筒部の径を細くするこ
とが可能となる。このようにセンサの半透膜部位を細く
すると、センサの応答が速くなり、より高性能なセンサ
とすることができる。
【０００９】本発明において、金属は、例えば、亜鉛イ
オン、コバルトイオン、銅イオン及び鉛イオン等であ
り、例えば、硫酸塩等の亜鉛、コバルト、銅及び鉛化合
物である。本発明において、農薬は、例えば、次の表１
に示すことができる。
オン、コバルトイオン、銅イオン及び鉛イオン等であ
り、例えば、硫酸塩等の亜鉛、コバルト、銅及び鉛化合
物である。本発明において、農薬は、例えば、次の表１
に示すことができる。
【００１０】本発明は、作用電極は、アセチルコリンエ
ステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液の供給管
及び該混合溶液の排出管が装着され、先端部が封鎖され
ている半透膜製の筒体内に、電極部材の少なくとも先端
部が配置されて形成されるので、測定時、測定セル中
に、参照電極及び対電極を取り付けられるが、作用電極
の電極部材は、単独で半透膜製の筒部内に納められてい
る。
ステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液の供給管
及び該混合溶液の排出管が装着され、先端部が封鎖され
ている半透膜製の筒体内に、電極部材の少なくとも先端
部が配置されて形成されるので、測定時、測定セル中
に、参照電極及び対電極を取り付けられるが、作用電極
の電極部材は、単独で半透膜製の筒部内に納められてい
る。
【００１１】したがって、従来のこの種のバイオセンサ
では、３電極方式であり、センサとなる半透膜製の部分
に３本の電極をまとめて封入されているのに比して、本
発明では、半透膜製の筒部内に封入される電極部材が、
白金電極１本であるために、作用電極の半透膜製の筒部
の径を細くすることが可能となり、このように作用電極
の半透膜部位を細くすると、作用電極の応答が速くな
り、より高性能な作用電極とすることができる。
では、３電極方式であり、センサとなる半透膜製の部分
に３本の電極をまとめて封入されているのに比して、本
発明では、半透膜製の筒部内に封入される電極部材が、
白金電極１本であるために、作用電極の半透膜製の筒部
の径を細くすることが可能となり、このように作用電極
の半透膜部位を細くすると、作用電極の応答が速くな
り、より高性能な作用電極とすることができる。
【００１２】また、本発明は、アセチルコリンが混合さ
れている、農薬又は金属を含む試料水溶液に、アセチル
コリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液
が充填されている半透膜製の筒体内に、電極部材の少な
くとも先端部が前記混合溶液内に挿入されて形成されて
いる作用電極を浸漬すると共に、対極及び参照電極を浸
漬し、該作用電極の半透膜を浸透するアセチルコリン
を、該半透膜を浸透した金属又は農薬の存在下に、アセ
チルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解
して、ベタインアルデヒド及び過酸化水素を生成させ、
この生成した過酸化水素濃度を電気化学的に測定し、一
方アセチルコリン標準溶液に、前記作用電極、対極及び
参照電極を浸漬し、該作用電極の半透膜を浸透するアセ
チルコリンを、金属又は農薬の非存在下に、アセチルコ
リンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解して、
ベタインアルデヒドと及び過酸化水素を生成させ、この
生成した過酸化水素濃度を電気化学的に測定して、この
測定された過酸化水素濃度を、前記金属又は農薬の存在
下に生成した過酸化水素の濃度と比較して、試料溶液中
の金属又は農薬の量を測定するので、比較的精度が高
く、しかも、農薬等は、アセチルコリンの分解反応の抑
制特性は、比較的類似しているので、抑制特性に応じて
検量線を作成すれば足りるので、比較的短時間に分析結
果を知ることができる。
れている、農薬又は金属を含む試料水溶液に、アセチル
コリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液
が充填されている半透膜製の筒体内に、電極部材の少な
くとも先端部が前記混合溶液内に挿入されて形成されて
いる作用電極を浸漬すると共に、対極及び参照電極を浸
漬し、該作用電極の半透膜を浸透するアセチルコリン
を、該半透膜を浸透した金属又は農薬の存在下に、アセ
チルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解
して、ベタインアルデヒド及び過酸化水素を生成させ、
この生成した過酸化水素濃度を電気化学的に測定し、一
方アセチルコリン標準溶液に、前記作用電極、対極及び
参照電極を浸漬し、該作用電極の半透膜を浸透するアセ
チルコリンを、金属又は農薬の非存在下に、アセチルコ
リンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解して、
ベタインアルデヒドと及び過酸化水素を生成させ、この
生成した過酸化水素濃度を電気化学的に測定して、この
測定された過酸化水素濃度を、前記金属又は農薬の存在
下に生成した過酸化水素の濃度と比較して、試料溶液中
の金属又は農薬の量を測定するので、比較的精度が高
く、しかも、農薬等は、アセチルコリンの分解反応の抑
制特性は、比較的類似しているので、抑制特性に応じて
検量線を作成すれば足りるので、比較的短時間に分析結
果を知ることができる。
【００１３】本発明のバイオセンサは、４０℃以下の室
温において使用することができる。本発明のバイオセン
サは、コリンエステラーゼ活性を指標としており、従来
のようにモノクローナル抗体を作成する必要がなく、種
々の農薬の検出が可能である。
温において使用することができる。本発明のバイオセン
サは、コリンエステラーゼ活性を指標としており、従来
のようにモノクローナル抗体を作成する必要がなく、種
々の農薬の検出が可能である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施の態様の例を説明する
が、本発明は、以下の説明及び例示によって何等制限さ
れるものではない。図１は、本発明のバイオセンサの一
実施例における作用電極について、その概略の構造を示
す概略の側断面図である。図２は、本発明の一実施例に
おいて、図１に示す作用電極を使用する事例を示す模式
図である。図３は、電気ウナギ発電器官由来のアセチル
コリンエステラーゼを使用したときの、農薬によるアセ
チルコリンの分解抑制率を測定した結果を示す図であ
る。図４は、ウマ血清由来のアセチルコリンエステラー
ゼを使用したときと、電気ウナギ発電器官由来のアセチ
ルコリンエステラーゼを使用したときの、農薬によるア
セチルコリンの分解抑制率を測定した結果を対比して示
す比較図である。図１及び図２において、同一の箇所及
び物については同一の符号が使用されている。
が、本発明は、以下の説明及び例示によって何等制限さ
れるものではない。図１は、本発明のバイオセンサの一
実施例における作用電極について、その概略の構造を示
す概略の側断面図である。図２は、本発明の一実施例に
おいて、図１に示す作用電極を使用する事例を示す模式
図である。図３は、電気ウナギ発電器官由来のアセチル
コリンエステラーゼを使用したときの、農薬によるアセ
チルコリンの分解抑制率を測定した結果を示す図であ
る。図４は、ウマ血清由来のアセチルコリンエステラー
ゼを使用したときと、電気ウナギ発電器官由来のアセチ
ルコリンエステラーゼを使用したときの、農薬によるア
セチルコリンの分解抑制率を測定した結果を対比して示
す比較図である。図１及び図２において、同一の箇所及
び物については同一の符号が使用されている。
【００１５】バイオセンサに使用する作用電極１の概略
を図１に示す。図１において、作用電極１は、上部が生
化学的に不活性なプラスチック製のプラスチック筒体２
で形成され、該プラスチック筒体２の下端に、直径２２
０μｍで先端がエポキシ接着剤で封鎖されている生化学
的に不活性な半透膜製の筒体３が、同様の接着剤で密封
固定されている。本例において、半透膜製の筒体３は、
アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼが
流出しないで、アセチルコリン及び金属が透過可能なよ
うに、分子量５０００以下の分子のみが透過可能に形成
されている。前記プラスチック筒体２及び半透膜製の筒
体３内には、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオ
キシダーゼが、１対１の混合比で、ｐＨ８の５０ｍＭト
リス・塩酸緩衝液（ｐＨ８）に、１００Ｕ／ｍｌの濃度
で溶解された混合溶液が入れられている。この混合溶液
は、半透膜を透過して浸透するアセチルコリンを十分に
分解できるように、供給排出される。該混合溶液の供給
排出を行うために、本例においては、混合溶液の供給管
４及び排出管５がプラスチック筒体２の頂部の融着部６
に設けられている。本例において、作用電極１の電極部
材である白金電極７は、プラスチック筒体２の上部から
半透膜製の筒体３の底部にまで伸びて設けられている。
を図１に示す。図１において、作用電極１は、上部が生
化学的に不活性なプラスチック製のプラスチック筒体２
で形成され、該プラスチック筒体２の下端に、直径２２
０μｍで先端がエポキシ接着剤で封鎖されている生化学
的に不活性な半透膜製の筒体３が、同様の接着剤で密封
固定されている。本例において、半透膜製の筒体３は、
アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダーゼが
流出しないで、アセチルコリン及び金属が透過可能なよ
うに、分子量５０００以下の分子のみが透過可能に形成
されている。前記プラスチック筒体２及び半透膜製の筒
体３内には、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオ
キシダーゼが、１対１の混合比で、ｐＨ８の５０ｍＭト
リス・塩酸緩衝液（ｐＨ８）に、１００Ｕ／ｍｌの濃度
で溶解された混合溶液が入れられている。この混合溶液
は、半透膜を透過して浸透するアセチルコリンを十分に
分解できるように、供給排出される。該混合溶液の供給
排出を行うために、本例においては、混合溶液の供給管
４及び排出管５がプラスチック筒体２の頂部の融着部６
に設けられている。本例において、作用電極１の電極部
材である白金電極７は、プラスチック筒体２の上部から
半透膜製の筒体３の底部にまで伸びて設けられている。
【００１６】図１に示す作用電極１は、測定時に白金電
極の対極８及び参照電極（銀／塩化銀）９と共に、撹拌
機１０及び加熱器１１を備える測定セル１２内の試料排
水１３中に浸漬される。作用電極１、対極８及び参照電
極９は、接続ライン１４、１５及び１６を介してポテン
ショスタット１７に接続している。本例において、ポテ
ンショスタット１７から作用電極１へ加える電圧は、参
照電極（Ａｇ／Ａｇｃｌ）８に対して５５０ｍｖであ
る。測定時に作用電極１の白金電極７に流れる電流は、
ポテンショスタット１７に送られて測定され、ポテンシ
ョスタット１７に接続するコンピュータ１８に送られ
て、電流値に対応する農薬濃度がディスプレイ１９に表
示される。
極の対極８及び参照電極（銀／塩化銀）９と共に、撹拌
機１０及び加熱器１１を備える測定セル１２内の試料排
水１３中に浸漬される。作用電極１、対極８及び参照電
極９は、接続ライン１４、１５及び１６を介してポテン
ショスタット１７に接続している。本例において、ポテ
ンショスタット１７から作用電極１へ加える電圧は、参
照電極（Ａｇ／Ａｇｃｌ）８に対して５５０ｍｖであ
る。測定時に作用電極１の白金電極７に流れる電流は、
ポテンショスタット１７に送られて測定され、ポテンシ
ョスタット１７に接続するコンピュータ１８に送られ
て、電流値に対応する農薬濃度がディスプレイ１９に表
示される。
【００１７】本例は以上のように構成されているので、
白金電極部材６は、直径２２０μｍの半透膜製の筒体
（ＭＷ Ｃｕｔ−ｏｆｆ５００）３の中に封入すること
により、作用電極１に取付けられた。アセチルコリンエ
ステラーゼ（ＡＣｈＥ）およびコリンオキシダーゼ（Ｃ
ｈＯｘ）を５０ｍＭトリス・塩酸緩衝液（ｐＨ＝８．
０）中に１００Ｕ（ユニット）／ｍｌの濃度で溶解し、
これを透析膜チューブ内に充填した。分子量の大きい酵
素は膜外へ流出しないが、アセチルコリン（ＡＣｈ）、
金属及び農薬などの低分子量の酵素阻害物質は容易に膜
を通過し、作用電極１の半透膜製の筒体３内に拡散す
る。該半透膜製の筒体３内に拡散したアセチルコリン
（ＡＣｈ）は、該半透膜製の筒体３内のアセチルコリン
エステラーゼ（ＡＣｈＥ）の作用により、コリン（Ｃ
ｈ）と酢酸に分解され、ここで生成したコリン（Ｃｈ）
は、さらにコリンオキシダーゼ（ＣｈＯｘ）の作用によ
りベタイン及び過酸化水素を生成する。ここで生成した
過酸化水素濃度は、アセチルコリン（ＡＣｈ）濃度に依
存するので、前記生成した過酸化水素濃度を電気化学検
出法により酸化電流値として検出すれば、間接的にアセ
チルコリン（ＡＣｈ）濃度を測定することができる。一
方、アセチルコリンエステラーゼ（ＡＣｈＥ）又はコリ
ンオキシダーゼ（ＣｈＯｘ）の活性を抑制する化学物質
は、アセチルコリン（ＡＣｈ）の反応を抑制する。
白金電極部材６は、直径２２０μｍの半透膜製の筒体
（ＭＷ Ｃｕｔ−ｏｆｆ５００）３の中に封入すること
により、作用電極１に取付けられた。アセチルコリンエ
ステラーゼ（ＡＣｈＥ）およびコリンオキシダーゼ（Ｃ
ｈＯｘ）を５０ｍＭトリス・塩酸緩衝液（ｐＨ＝８．
０）中に１００Ｕ（ユニット）／ｍｌの濃度で溶解し、
これを透析膜チューブ内に充填した。分子量の大きい酵
素は膜外へ流出しないが、アセチルコリン（ＡＣｈ）、
金属及び農薬などの低分子量の酵素阻害物質は容易に膜
を通過し、作用電極１の半透膜製の筒体３内に拡散す
る。該半透膜製の筒体３内に拡散したアセチルコリン
（ＡＣｈ）は、該半透膜製の筒体３内のアセチルコリン
エステラーゼ（ＡＣｈＥ）の作用により、コリン（Ｃ
ｈ）と酢酸に分解され、ここで生成したコリン（Ｃｈ）
は、さらにコリンオキシダーゼ（ＣｈＯｘ）の作用によ
りベタイン及び過酸化水素を生成する。ここで生成した
過酸化水素濃度は、アセチルコリン（ＡＣｈ）濃度に依
存するので、前記生成した過酸化水素濃度を電気化学検
出法により酸化電流値として検出すれば、間接的にアセ
チルコリン（ＡＣｈ）濃度を測定することができる。一
方、アセチルコリンエステラーゼ（ＡＣｈＥ）又はコリ
ンオキシダーゼ（ＣｈＯｘ）の活性を抑制する化学物質
は、アセチルコリン（ＡＣｈ）の反応を抑制する。
【００１８】ここで、一定濃度（５０μＭ）のアセチル
コリン（ＡＣｈ）の反応に対する各種農薬、金属などの
抑制効果から各種農薬及び金属の濃度を測定することが
できることがわかった。なお抑制率は次式で定義する。 この式中で、Ｉ０は、対照（水環境汚染物質が存在しな
い場合）の酸化電流値を示し、Ｉは、水環境汚染物質に
よる酵素活性抑制時の酸化電流値を示す。Ｉ０の値は実
験を実施する日の条件により多少異なるので１日１回実
験の初めに測定した値を採用する。重金属、農薬はマイ
クロシリンジ（注射器）で計量し緩衝液に注入する。
コリン（ＡＣｈ）の反応に対する各種農薬、金属などの
抑制効果から各種農薬及び金属の濃度を測定することが
できることがわかった。なお抑制率は次式で定義する。 この式中で、Ｉ０は、対照（水環境汚染物質が存在しな
い場合）の酸化電流値を示し、Ｉは、水環境汚染物質に
よる酵素活性抑制時の酸化電流値を示す。Ｉ０の値は実
験を実施する日の条件により多少異なるので１日１回実
験の初めに測定した値を採用する。重金属、農薬はマイ
クロシリンジ（注射器）で計量し緩衝液に注入する。
【００１９】実験方法 酵素溶液を充填した作用電極１、対極８及び参照電極９
を測定セル１２の試料排水中に浸漬し、出力電流が安定
したことを確認して、アセチルコリン濃度が５０μＭと
なるように、アセチルコリンを試料排水中に添加して、
アセチルコリンに対する酸化電流値を測定した。
を測定セル１２の試料排水中に浸漬し、出力電流が安定
したことを確認して、アセチルコリン濃度が５０μＭと
なるように、アセチルコリンを試料排水中に添加して、
アセチルコリンに対する酸化電流値を測定した。
【００２０】結果と考察 本例におけるバイオセンサのアセチルコリン応答性を検
討した結果、アセチルコリン濃度が１０−６Ｍから１０
−３Ｍの間で出力電流値との間に有意な直線関係を認
め、安定性を含めて十分実用に耐えるものであった。農
薬の酵素活性に対する抑制効果を次の表２及び図３に示
す。ここでは電気ウナギ発電器官由来のアセチルコリン
エステラーゼを用いた。抑制率５０％時の濃度をＩＣ
５０と定義し比較すると、本例における４種類の農薬の
中では、殺菌剤のイプコナゾール（Ｉｐｃｏｎａｚｏｌ
ｅ）（図３の符号２０）の毒性が一番強く、次にカルバ
メート系殺虫剤ＰＨＣ（図３の符号２１）の毒性が強か
った。除草剤のアシュラム（Ａｓｕｌａｍ）（図３の符
号２２）及び有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰ（図３の符号
２３）についてもＩｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度範囲
において濃度依存的にアセチルコリンの反応を抑制し
た。
討した結果、アセチルコリン濃度が１０−６Ｍから１０
−３Ｍの間で出力電流値との間に有意な直線関係を認
め、安定性を含めて十分実用に耐えるものであった。農
薬の酵素活性に対する抑制効果を次の表２及び図３に示
す。ここでは電気ウナギ発電器官由来のアセチルコリン
エステラーゼを用いた。抑制率５０％時の濃度をＩＣ
５０と定義し比較すると、本例における４種類の農薬の
中では、殺菌剤のイプコナゾール（Ｉｐｃｏｎａｚｏｌ
ｅ）（図３の符号２０）の毒性が一番強く、次にカルバ
メート系殺虫剤ＰＨＣ（図３の符号２１）の毒性が強か
った。除草剤のアシュラム（Ａｓｕｌａｍ）（図３の符
号２２）及び有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰ（図３の符号
２３）についてもＩｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度範囲
において濃度依存的にアセチルコリンの反応を抑制し
た。
【００２１】
【００２２】次の表３及び図４において、ウマ血清由来
アセチルコリンエステラーゼを用いた場合（図４の符号
２４）と電気ウナギ発電器官由来のアセチルコリンエス
テラーゼを用いた場合（図４の符号２５）、ＤＤＶＰに
よる活性抑制の比較を示す。図４における１０ｐｐｍに
おける抑制率は、ウマ血清由来アセチルコリンエステラ
ーゼが約９５％で、電気ウナギ発電器官由来アセチルコ
リンエステラーゼが約８％であり、ウマ血清由来アセチ
ルコリンエステラーゼの方が阻害剤による抑制を強く受
けているといえる。これによりウマ血清由来アセチルコ
リンエステラーゼを用いた場合、より低濃度で感度の良
い測定を行うことができると考えられる。
アセチルコリンエステラーゼを用いた場合（図４の符号
２４）と電気ウナギ発電器官由来のアセチルコリンエス
テラーゼを用いた場合（図４の符号２５）、ＤＤＶＰに
よる活性抑制の比較を示す。図４における１０ｐｐｍに
おける抑制率は、ウマ血清由来アセチルコリンエステラ
ーゼが約９５％で、電気ウナギ発電器官由来アセチルコ
リンエステラーゼが約８％であり、ウマ血清由来アセチ
ルコリンエステラーゼの方が阻害剤による抑制を強く受
けているといえる。これによりウマ血清由来アセチルコ
リンエステラーゼを用いた場合、より低濃度で感度の良
い測定を行うことができると考えられる。
【００２３】表３ ウマ血清由来ＣｈＥと電気ウナギ発
電器官由来ＣｈＥを用いたＤＤＶＰによる活性抑制
電器官由来ＣｈＥを用いたＤＤＶＰによる活性抑制
【００２４】図３より、ＤＤＶＰとアシュラム、イプコ
ナゾールとＰＨＣが、それぞれ似た様な傾向を示してい
る。農薬の安全性評価にはいくつかの方法があるが、上
記の様に魚毒性で言うと例えばＤＤＶＰとアシュラム
が、鯉を使用して、４８時間後でも５０％が耐える薬剤
濃度（ＴＬｍ）４８＞１０ｐｐｍ（Ａ類）に属し、イプ
コナゾールとＰＨＣが１０ｐｐｍ＞ＴＬｍ４８＞０．５
ｐｐｍ（Ｂ類）に属していると解される。このように、
実際に使用される農薬について実験をして、似た傾向の
農薬毎に検量線等を作成しておけば、似た傾向の農薬に
ついて、予め作成した検量線を使用して定量分析を行う
ことができ、検量線を、農薬毎に作成しなくて定量分析
を行うことができる。
ナゾールとＰＨＣが、それぞれ似た様な傾向を示してい
る。農薬の安全性評価にはいくつかの方法があるが、上
記の様に魚毒性で言うと例えばＤＤＶＰとアシュラム
が、鯉を使用して、４８時間後でも５０％が耐える薬剤
濃度（ＴＬｍ）４８＞１０ｐｐｍ（Ａ類）に属し、イプ
コナゾールとＰＨＣが１０ｐｐｍ＞ＴＬｍ４８＞０．５
ｐｐｍ（Ｂ類）に属していると解される。このように、
実際に使用される農薬について実験をして、似た傾向の
農薬毎に検量線等を作成しておけば、似た傾向の農薬に
ついて、予め作成した検量線を使用して定量分析を行う
ことができ、検量線を、農薬毎に作成しなくて定量分析
を行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明においては、参照電極、対電極及
び作用電極を備えるバイオセンサにおいて、作用電極
は、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダー
ゼの混合溶液の供給管及び該混合溶液の排出管が装着さ
れ、先端部が封鎖されている半透膜製の筒体内に、電極
部材の少なくとも先端部が配置されて形成されているの
で、バイオセンサにより農薬等の水環境汚染物質の検出
が可能であり、従来の分析方法に比して、短時間で、微
量の金属及び／又は農薬の正確な定量分析が可能であ
る。
び作用電極を備えるバイオセンサにおいて、作用電極
は、アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダー
ゼの混合溶液の供給管及び該混合溶液の排出管が装着さ
れ、先端部が封鎖されている半透膜製の筒体内に、電極
部材の少なくとも先端部が配置されて形成されているの
で、バイオセンサにより農薬等の水環境汚染物質の検出
が可能であり、従来の分析方法に比して、短時間で、微
量の金属及び／又は農薬の正確な定量分析が可能であ
る。
【図１】本発明のバイオセンサの一実施例における作用
電極について、その概略の構造を示す概略の側断面図で
ある。
電極について、その概略の構造を示す概略の側断面図で
ある。
【図２】本発明の一実施例において、図１に示す作用電
極を使用する事例を示す模式図である。
極を使用する事例を示す模式図である。
【図３】電気ウナギ発電器官由来のアセチルコリンエス
テラーゼを使用したときの、農薬によるアセチルコリン
の分解抑制率を測定した結果を示す図である。
テラーゼを使用したときの、農薬によるアセチルコリン
の分解抑制率を測定した結果を示す図である。
【図４】ウマ血清由来のアセチルコリンエステラーゼを
使用したときと、電気ウナギ発電器官由来のアセチルコ
リンエステラーゼを使用したときの、農薬によるアセチ
ルコリンの分解抑制率を測定した結果を対比して示す比
較図である。
使用したときと、電気ウナギ発電器官由来のアセチルコ
リンエステラーゼを使用したときの、農薬によるアセチ
ルコリンの分解抑制率を測定した結果を対比して示す比
較図である。
１ 作用電極 ２ プラスチック製の筒体 ３ 半透膜製の筒体 ４ アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダー
ゼの混合溶液の供給管 ５ アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダー
ゼの混合溶液の排出管 ６ 融着部 ７ 作用電極１の電極部材である白金電極 ８ 対極 ９ 参照電極 １０ 撹拌機 １１ 加熱器 １２ 測定セル １３ 試料排水 １４、１５、１６ 接続ライン １７ ポテンショスタット １８ コンピュータ １９ ディスプレイ ２０ イプコナゾールの濃度に対する抑制率の関係を示
す線 ２１ カルバメート系殺虫剤ＰＨＣの濃度に対する抑制
率の関係を示す線 ２２ 除草剤のアシュラム（Ａｓｕｌａｍ）の濃度に対
する抑制率の関係を示す線 ２３ 有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰの濃度に対する抑制
率の関係を示す線 ２４ ウマ血清由来アセチルコリンエステラーゼを用い
た場合の有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰの濃度に対する抑
制率の関係を示す線 ２５ 電気ウナギ発電器官由来のアセチルコリンエステ
ラーゼを用いた場合の有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰの濃
度に対する抑制率の関係を示す線
ゼの混合溶液の供給管 ５ アセチルコリンエステラーゼ及びコリンオキシダー
ゼの混合溶液の排出管 ６ 融着部 ７ 作用電極１の電極部材である白金電極 ８ 対極 ９ 参照電極 １０ 撹拌機 １１ 加熱器 １２ 測定セル １３ 試料排水 １４、１５、１６ 接続ライン １７ ポテンショスタット １８ コンピュータ １９ ディスプレイ ２０ イプコナゾールの濃度に対する抑制率の関係を示
す線 ２１ カルバメート系殺虫剤ＰＨＣの濃度に対する抑制
率の関係を示す線 ２２ 除草剤のアシュラム（Ａｓｕｌａｍ）の濃度に対
する抑制率の関係を示す線 ２３ 有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰの濃度に対する抑制
率の関係を示す線 ２４ ウマ血清由来アセチルコリンエステラーゼを用い
た場合の有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰの濃度に対する抑
制率の関係を示す線 ２５ 電気ウナギ発電器官由来のアセチルコリンエステ
ラーゼを用いた場合の有機リン系殺虫剤のＤＤＶＰの濃
度に対する抑制率の関係を示す線
Claims (4)
- 【請求項１】 参照電極、対電極及び作用電極を備える
バイオセンサにおいて、作用電極は、アセチルコリンエ
ステラーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液の供給管
及び該混合溶液の排出管が装着され、先端部が封鎖され
ている半透膜製の筒体内に、電極部材の少なくとも先端
部が配置されて形成されていることを特徴とするバイオ
センサ。 - 【請求項２】 アセチルコリンエステラーゼがウマ血清
由来のアセチルコリンエステラーゼであることを特徴と
する請求項１に記載のバイオセンサ。 - 【請求項３】 アセチルコリンが混合されている、農薬
又は金属を含む試料水溶液に、アセチルコリンエステラ
ーゼ及びコリンオキシダーゼの混合溶液が充填されてい
る半透膜製の筒体内に、電極部材の少なくとも先端部が
前記混合溶液内に挿入されて形成されている作用電極を
浸漬すると共に、対極及び参照電極を浸漬し、該作用電
極の半透膜を浸透するアセチルコリンを、該半透膜を浸
透した金属又は農薬の存在下に、アセチルコリンエステ
ラーゼ及びコリンオキシダーゼで分解して、ベタイン及
び過酸化水素を生成させ、この生成した過酸化水素濃度
を電気化学的に測定し、一方アセチルコリン標準溶液
に、前記作用電極、対極及び参照電極を浸漬し、該作用
電極の半透膜を浸透するアセチルコリンを、金属又は農
薬の非存在下に、アセチルコリンエステラーゼ及びコリ
ンオキシダーゼで分解して、ベタイン及び過酸化水素を
生成させ、この生成した過酸化水素濃度を電気化学的に
測定して、この測定された過酸化水素濃度を、前記金属
又は農薬の存在下に生成した過酸化水素の濃度と比較し
て、試料溶液中の金属又は農薬の量を測定することを特
徴とする水中の金属又は農薬の定量分析方法。 - 【請求項４】 アセチルコリンエステラーゼがウマ血清
由来のアセチルコリンエステラーゼであることを特徴と
する請求項１に記載の水中の金属又は農薬の定量分析方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10089177A JPH11248668A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | バイオセンサ及び該センサによる水中の金属又は農薬の定量分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10089177A JPH11248668A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | バイオセンサ及び該センサによる水中の金属又は農薬の定量分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11248668A true JPH11248668A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=13963496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10089177A Pending JPH11248668A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | バイオセンサ及び該センサによる水中の金属又は農薬の定量分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11248668A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004029605A1 (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-08 | Infopia Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring reaction result of samples on biosensor |
| JP2007127620A (ja) * | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Development Center For Biotechnology | 農薬を検出する方法およびバイオマイクロセンサ |
| JP2011155937A (ja) * | 2010-02-03 | 2011-08-18 | Satake Corp | 残留農薬測定方法 |
| JP2012026994A (ja) * | 2010-07-28 | 2012-02-09 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 酵素センサ及び当該酵素センサを用いた検出対象物質測定方法 |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP10089177A patent/JPH11248668A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004029605A1 (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-08 | Infopia Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring reaction result of samples on biosensor |
| CN1302281C (zh) * | 2002-09-30 | 2007-02-28 | 因福皮亚有限公司 | 用于测定生物传感器上样品的反应结果的设备和方法 |
| US7678261B2 (en) | 2002-09-30 | 2010-03-16 | Infopia Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring reaction result of samples on biosensor |
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