JPS5853745B2 - 酵素電極 - Google Patents
酵素電極Info
- Publication number
- JPS5853745B2 JPS5853745B2 JP52117474A JP11747477A JPS5853745B2 JP S5853745 B2 JPS5853745 B2 JP S5853745B2 JP 52117474 A JP52117474 A JP 52117474A JP 11747477 A JP11747477 A JP 11747477A JP S5853745 B2 JPS5853745 B2 JP S5853745B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- enzyme
- electrode
- compound
- redox
- redox compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、酵素の特異的触媒作用を受ける基質に対して
電気化学的活性を有し、基質の濃度を迅速かつ簡便に測
定することができ、しかも連続使用、繰り返し使用ので
きる酵素電極を得ることを目的とする。
電気化学的活性を有し、基質の濃度を迅速かつ簡便に測
定することができ、しかも連続使用、繰り返し使用ので
きる酵素電極を得ることを目的とする。
本発明は、また酸素電極などと組み合わせることにより
基質のもつ化学エネルギを電気エネルギに変換する電池
に用いられる酵素電極に関する。
基質のもつ化学エネルギを電気エネルギに変換する電池
に用いられる酵素電極に関する。
近年、種々の酵素の利用技術の進歩に伴い、これら酵素
の有する特異的触媒反応を工業的に利用する試みが行わ
れている。
の有する特異的触媒反応を工業的に利用する試みが行わ
れている。
その一例として、酵素反応系と電気化学反応系を結びつ
けることにより、酵素と特異的に反応する物質である基
質の濃度を検出することが試みられている。
けることにより、酵素と特異的に反応する物質である基
質の濃度を検出することが試みられている。
酵素反応を電気化学反応として取り扱うには、例えば、
酵素反応系にこれと共役する適当なレドックス化合物を
介在させ、このレドックス化合物の酸化還元反応を電気
化学的に検出する方法が用いられている。
酵素反応系にこれと共役する適当なレドックス化合物を
介在させ、このレドックス化合物の酸化還元反応を電気
化学的に検出する方法が用いられている。
一例として、基質としてグルコース、酸化還元酵素とし
てグルコースオキシダーゼ、レドックス化合物としてベ
ンゾキノンを用いた場合には１次の（１）及び（２）式
で示される反応を、電極を挿入した混合液中で行わすこ
とができる。
てグルコースオキシダーゼ、レドックス化合物としてベ
ンゾキノンを用いた場合には１次の（１）及び（２）式
で示される反応を、電極を挿入した混合液中で行わすこ
とができる。
グルコ−Ｚ＋ペンゾキノン
グルコースオキシダーゼ
グルコノラクトン
＋ヒドロキノン ・・・・・・・・・・
・・（１）ヒドロキノン→ベンゾキノン＋２Ｈ＋・・・
・・・（２）（１）式における還元生成物であるヒドロ
キノンは、（２）式で電気化学的にベンゾキノンに酸化
され、グルコース濃度をこのときの酸化電流として検出
することができる。
・・（１）ヒドロキノン→ベンゾキノン＋２Ｈ＋・・・
・・・（２）（１）式における還元生成物であるヒドロ
キノンは、（２）式で電気化学的にベンゾキノンに酸化
され、グルコース濃度をこのときの酸化電流として検出
することができる。
この方法は多くの酸化還元酵素に適用することができ、
基質濃度の測定法として有力なものである。
基質濃度の測定法として有力なものである。
しかし実用的な面からは、高価な酵素やレドックス化合
物の測定毎の使い拾てや、測定操作の煩雑さを解決する
ために酵素およびレドックス化合物を固定化することが
望ましい。
物の測定毎の使い拾てや、測定操作の煩雑さを解決する
ために酵素およびレドックス化合物を固定化することが
望ましい。
従来、固定化酵素とレドックス化合物を一体化した酵素
電極としては、米国特許第３８３８０３３号の例がある
。
電極としては、米国特許第３８３８０３３号の例がある
。
この例においては、集電体の外側を半透は膜で覆い、集
電体と半透性膜で囲まれた空間内に酵素とレドックス化
合物を介在させたものであり、レドックス化合物を緩衝
液に溶解させた状態で反応に関与させる方法を採用して
いる。
電体と半透性膜で囲まれた空間内に酵素とレドックス化
合物を介在させたものであり、レドックス化合物を緩衝
液に溶解させた状態で反応に関与させる方法を採用して
いる。
このため、半透性膜を取０除いてしまうと、全くその用
をなさない。
をなさない。
さらには、基質はこの半透性膜を通して内部へ拡散し酵
素の触媒反応を受け、その後反応生成物が再び膜外へ拡
散するものであり、またレドックス化合物の電極内部で
の拡散に起因すると考えられる応答速度の遅れなどがあ
る。
素の触媒反応を受け、その後反応生成物が再び膜外へ拡
散するものであり、またレドックス化合物の電極内部で
の拡散に起因すると考えられる応答速度の遅れなどがあ
る。
これらの理由により、基質にもとづく定常電流を得るま
でに長時間を要する。
でに長時間を要する。
また、基質と同程度の大きさの分子であるレドックス化
合物は当然膜外に徐々に失われていくことになるため、
電極寿命も非常に短く、長時間の連続使用、繰り返し使
用に耐えないものである。
合物は当然膜外に徐々に失われていくことになるため、
電極寿命も非常に短く、長時間の連続使用、繰り返し使
用に耐えないものである。
本発明はこれら従来例の欠点を除去した新しい酵素電極
に関するものであり、固定化酸化還元酵素、不溶性レド
ックス化合物、及び集電体により電極を構成することに
より、半透性膜等を特に必要とせず、迅速測定かつ連続
使用、繰り返し使用の可能な実用性の犬なる酵素電極を
提供するものである。
に関するものであり、固定化酸化還元酵素、不溶性レド
ックス化合物、及び集電体により電極を構成することに
より、半透性膜等を特に必要とせず、迅速測定かつ連続
使用、繰り返し使用の可能な実用性の犬なる酵素電極を
提供するものである。
本発明の特徴は、固定化酵素、レドックス化合物、集電
体としての電子伝導性物質を適切な状態に一体化したこ
とにあり、特にレドックス化合物にはキノン骨格を有す
る不溶性の化合物を使用し、集電体と接触させ、かつ電
極と接する溶液に溶解しない状態で酵素と共役させるよ
うに構成したことである。
体としての電子伝導性物質を適切な状態に一体化したこ
とにあり、特にレドックス化合物にはキノン骨格を有す
る不溶性の化合物を使用し、集電体と接触させ、かつ電
極と接する溶液に溶解しない状態で酵素と共役させるよ
うに構成したことである。
このためレドックス化合物の拡散等に起因すると考えら
れる電極応答速度の低下が著しく改善される。
れる電極応答速度の低下が著しく改善される。
また、酵素やレドックス化合物が電極から失われるのを
防ぐための半透膜等を必要としないため、基質及び反応
生成物の、電極への及び電極からの拡散が円滑に行われ
、迅速な測定が可能である。
防ぐための半透膜等を必要としないため、基質及び反応
生成物の、電極への及び電極からの拡散が円滑に行われ
、迅速な測定が可能である。
当然のことながら、測定中にあるいは電極の洗浄等の操
作により酵素、レドックス化合物が電極から失われるこ
とはなく、また電極の応答性能が低下することもない。
作により酵素、レドックス化合物が電極から失われるこ
とはなく、また電極の応答性能が低下することもない。
以下本発明をその実施例により説明する。
実施例 １
酵素電極は以下に述べる方法により作製する。
酸化還元酵素としてのグルコースオキシダーゼとアセチ
レンブラック等のカーボン粉末にリン酸緩衝液を加えて
十分混合し、次に真空乾燥の後グルクルアルデヒドを用
いて酵素をカーボン上に固定する。
レンブラック等のカーボン粉末にリン酸緩衝液を加えて
十分混合し、次に真空乾燥の後グルクルアルデヒドを用
いて酵素をカーボン上に固定する。
このものにレドックス化合物としてクロルアニルを加え
、さらにグラファイト粉末を添加して充分混合の後、プ
レス成型する。
、さらにグラファイト粉末を添加して充分混合の後、プ
レス成型する。
こうして得られた電極の拡大断面図を第１図に示す。
図中ａはアセチレンブラック粒子、ｂはアセチレンブラ
ック粒子表面に固定化されたグルコースオキシダーゼ、
Ｃはレドックス化合物であるクロルアニル粒子、ｄはグ
ラファイト粒子である。
ック粒子表面に固定化されたグルコースオキシダーゼ、
Ｃはレドックス化合物であるクロルアニル粒子、ｄはグ
ラファイト粒子である。
この電極を第２図に示すごとく、電極支持体に装着する
。
。
図中、１は円柱状の樹脂製電極支持体で、その下端には
円形の凹部２を有し、この凹部底面に白金板３を取り付
けている。
円形の凹部２を有し、この凹部底面に白金板３を取り付
けている。
４は白金板３に接続した白金リードで、支持体を貫通し
、上部に導出されている。
、上部に導出されている。
５は上記の電極で、白金板３と密着して凹部２に装着し
、支持体１下端に螺合した樹脂製袋ナツト６で固定して
いる。
、支持体１下端に螺合した樹脂製袋ナツト６で固定して
いる。
７はバッキングである。
上記の構成による酵素電極８を用いて基質濃度を測定す
る場合の測定系を第３図に示す。
る場合の測定系を第３図に示す。
図中９は記録計、１０はポテンショスクット、１１は参
照極、１２は塩橋、１３は対極、１４は基質であるグル
コースを含むリン酸緩衝液である。
照極、１２は塩橋、１３は対極、１４は基質であるグル
コースを含むリン酸緩衝液である。
第４図に酵素電極８の２５℃におけるグルコースに対す
る応答特性を示す。
る応答特性を示す。
酵素電極の電位を参照極の飽和カロメル電極電位に対し
＋０．４■に設定しておき、図中のＡでグルコース溶液
を添加し濃度をｌＸｌ０−３モル／ｌにすると、酸化電
流は約３０秒後において３５μＡ／−増大して定常値に
達した。
＋０．４■に設定しておき、図中のＡでグルコース溶液
を添加し濃度をｌＸｌ０−３モル／ｌにすると、酸化電
流は約３０秒後において３５μＡ／−増大して定常値に
達した。
レドックス化合物を含有しない酵素電極においては、こ
の様な電流の増大は観測されない。
の様な電流の増大は観測されない。
この様にして測定したグルコース濃度と電流増大量の関
係を第５図に曲線Ｂで示す。
係を第５図に曲線Ｂで示す。
図より明らかな様に、グルコース濃度が約８×１０−３
モル／ｌまでは良い直線関係が得られている。
モル／ｌまでは良い直線関係が得られている。
また図中Ｃは、前記Ｂの測定に供した酵素電極を充分洗
浄し、リン酸緩衝液中に１週間保存後再び測定に供した
場合を示すものである。
浄し、リン酸緩衝液中に１週間保存後再び測定に供した
場合を示すものである。
これより応答性の低下がほとんど見うけられず、優れた
再現性を有していることがわかる。
再現性を有していることがわかる。
レドックス化合物としては前述のクロルアニルの他に以
下のＤ−Ｇに示す様な、キノン骨格を有する化合物を使
用することができる。
下のＤ−Ｇに示す様な、キノン骨格を有する化合物を使
用することができる。
Ｄ）フロムアニル、ヨードアニル、テトラメチルバラベ
ンゾキノンなどのバラベンゾキノン誘導体。
ンゾキノンなどのバラベンゾキノン誘導体。
Ｅ） ａ−ナフトキノン、β−ナフトキノン、２゜３
−ジクロロ−ａ−ナフトキノンなどのナフトキノン類。
−ジクロロ−ａ−ナフトキノンなどのナフトキノン類。
Ｆ）１，４−アントラキノン、１，２−アントラキノン
、９，１０−アントラキノン、２，３−ジクロロ−１，
４−アントラキノンなどのアントラキノン類。
、９，１０−アントラキノン、２，３−ジクロロ−１，
４−アントラキノンなどのアントラキノン類。
Ｇ）４．４’−ジフェノキノン、４，４′−スチルベン
キノン。
キノン。
これらの水に不溶性のレドックス化合物を用いた場合の
応答特性を第６図に示す。
応答特性を第６図に示す。
図中のＤ−Ｇは、それぞれ前述のＤ−Ｇにあげたレドッ
クス化合物のグループに対応する。
クス化合物のグループに対応する。
Ｄ−Ｇの各グループ間には反応可逆性の差に基づくと考
えられる応答特性の違いが見うけられるが、いずれのレ
ドックス化合物も本発明の目的に使用することができる
。
えられる応答特性の違いが見うけられるが、いずれのレ
ドックス化合物も本発明の目的に使用することができる
。
実施例 ２
集電体としてアセチレンブラックを用い、これとクロル
アニルを充分混合する。
アニルを充分混合する。
この場合、クロルアニルをクロロホルム等に溶解した後
アセチレンブラックと混合し、乾燥することにより、よ
り均一に混合することができる。
アセチレンブラックと混合し、乾燥することにより、よ
り均一に混合することができる。
こうして得られた混合物にグラファイトを添加混合後、
プレス成型する。
プレス成型する。
得られた成型体を、グルコースオキシダーゼの緩衝溶液
中に浸漬し、減圧含浸する。
中に浸漬し、減圧含浸する。
充分含浸の後乾燥し、次にグルタルアルデヒドで酵素を
固定化する。
固定化する。
得られた電極を実施例１と同様の方法により測定に供す
る。
る。
この電極のグルコースに対する応答性能は、実施例１の
場合と同様に良好な応答特性を有するものであった。
場合と同様に良好な応答特性を有するものであった。
集電体に用いる電子伝導性物質としては、カーボンの他
に、白金、金などの貴金属、あるいはチタニウム、クン
タルなどの耐腐食性金属、酸化スズ、酸化ルテニウムな
どの導電性物質などを使用することができる。
に、白金、金などの貴金属、あるいはチタニウム、クン
タルなどの耐腐食性金属、酸化スズ、酸化ルテニウムな
どの導電性物質などを使用することができる。
粉末として使用する場合には、グラファイトを添加する
か、あるいは、フッ素樹脂などの合成樹脂を主体とする
結着剤を添加することによりプレス電極とすることがで
きる。
か、あるいは、フッ素樹脂などの合成樹脂を主体とする
結着剤を添加することによりプレス電極とすることがで
きる。
また、板状の集電体として使用する場合には、まず、集
電体表面に有機溶剤に溶解したレドックス化合物を塗布
後、乾燥し、次に酵素の緩衝溶液を塗布し再度乾燥後、
グルタルアルデヒドで酵素を固定し、酵素電極とするこ
とができる。
電体表面に有機溶剤に溶解したレドックス化合物を塗布
後、乾燥し、次に酵素の緩衝溶液を塗布し再度乾燥後、
グルタルアルデヒドで酵素を固定し、酵素電極とするこ
とができる。
本発明の酵素電極においては、グルコースオキダーゼの
他に、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ
等の酸化還元酵素を固定して用いることにより、各々の
酵素基質を定量することが可能となる。
他に、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ
等の酸化還元酵素を固定して用いることにより、各々の
酵素基質を定量することが可能となる。
以上述べたごとく、本発明によれば、酵素基質に対し迅
速な応答性能を有し、しかも簡便で繰り返し使用の可能
な酵素電極を得ることができる。
速な応答性能を有し、しかも簡便で繰り返し使用の可能
な酵素電極を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例における酵素電極の拡大断面
図、第２図は酵素電極の構造を示す縦断面図、第３図は
基質濃度の測定系の構成を示す図、第４図は酵素電極の
グルコースに対する応答特性を示す図、第５図はグルコ
ースの濃度と電流増大量との関係を示す図、第６図は各
種レドックス化合物を用いた場合のグルコース濃度と電
流増大量との関係を示す。 ａ、ｃｌ・・・・・・電子伝導性物質、ｂ・・・・・・
酵素、Ｃ・・・・・・レドックス化合物。
図、第２図は酵素電極の構造を示す縦断面図、第３図は
基質濃度の測定系の構成を示す図、第４図は酵素電極の
グルコースに対する応答特性を示す図、第５図はグルコ
ースの濃度と電流増大量との関係を示す図、第６図は各
種レドックス化合物を用いた場合のグルコース濃度と電
流増大量との関係を示す。 ａ、ｃｌ・・・・・・電子伝導性物質、ｂ・・・・・・
酵素、Ｃ・・・・・・レドックス化合物。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 固定化された酸化還元酵素と、これに共役するレド
ックス化合物及び電子伝導性物質からなり、前記レドッ
クス化合物が、キノン骨格を有する不溶性化合物であっ
て前記電子伝導性物質と接触した状態で前記酵素と共役
するように構成した酵素電極。 ２ レドックス化合物が、バラベンゾキノン誘導体、ナ
フトキノン類、アントラキノン類、４，４′−ジフエノ
キノン及び４，４′−スチルベンキノンよりなる群から
選んだ化合物である特許請求の範囲第１項記載の酵素電
極。 ３ 酵素を固定化した電子伝導性物質と、レドックス化
合物との混合物の成型体よりなる特許請求の範囲第１項
または第２項記載の酵素電極。 ４ 酵素が、レドックス化合物と電子伝導性物質との混
合物の成型体上に固定化された特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載の酵素電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52117474A JPS5853745B2 (ja) | 1977-09-29 | 1977-09-29 | 酵素電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52117474A JPS5853745B2 (ja) | 1977-09-29 | 1977-09-29 | 酵素電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5451595A JPS5451595A (en) | 1979-04-23 |
| JPS5853745B2 true JPS5853745B2 (ja) | 1983-12-01 |
Family
ID=14712575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52117474A Expired JPS5853745B2 (ja) | 1977-09-29 | 1977-09-29 | 酵素電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5853745B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3278334D1 (en) * | 1981-10-23 | 1988-05-19 | Genetics Int Inc | Sensor for components of a liquid mixture |
| JPS63131057A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-03 | Terumo Corp | 酵素センサ |
| JP2569404B2 (ja) * | 1987-03-12 | 1997-01-08 | 国立身体障害者リハビリテ−シヨンセンタ− | 生体機能物質の固定化法及びそれを用いた電極 |
| DE3852122T2 (de) * | 1987-03-12 | 1995-04-27 | Japan Government | Immobilisierung von biofunktionellem material, daraus erzeugtes element und massnahme zu dessen verwendung. |
| JP2600073B2 (ja) * | 1987-12-03 | 1997-04-16 | 国立身体障害者リハビリテーションセンター総長 | フローインジェクション分析システム及びそれによる分析方法 |
| JP2615391B2 (ja) * | 1987-12-03 | 1997-05-28 | 国立身体障害者リハビリテーションセンター総長 | 酵素分析システム及びそれによる分析法 |
| CN101322267A (zh) * | 2005-09-28 | 2008-12-10 | 株式会社荏原制作所 | 生物发电用阳极及利用该阳极的发电方法和装置 |
| JP2025127858A (ja) * | 2024-02-21 | 2025-09-02 | 国立大学法人京都大学 | バイオセンサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH559912A5 (ja) * | 1971-09-09 | 1975-03-14 | Hoffmann La Roche |
-
1977
- 1977-09-29 JP JP52117474A patent/JPS5853745B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5451595A (en) | 1979-04-23 |
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