JPS585643A - 酵素電極 - Google Patents
酵素電極Info
- Publication number
- JPS585643A JPS585643A JP56102816A JP10281681A JPS585643A JP S585643 A JPS585643 A JP S585643A JP 56102816 A JP56102816 A JP 56102816A JP 10281681 A JP10281681 A JP 10281681A JP S585643 A JPS585643 A JP S585643A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- enzyme
- film
- membrane
- acetylcellulose
- 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.)
- Granted
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/001—Enzyme electrodes
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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
定することが可能で、しかも繰り返し使用することので
きる酵素電極に関するものである。
て電気化学活性を有し、基質の濃度を迅速かつ簡便に測
定することが可能で、しかも繰り返し使用することので
きる酵素電極に関するものである。
酵素の有する特異的触媒作用を工業的に利用する試みの
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
濃度を測定することが試みられている。その−例として
以下の（１） 、 （２１式に示す様に、酸素を水素受
容体とする酸化還元酵素、例、ｔばグルコースオキシダ
ーゼの作用により、基質例えばグルコースが酸化されて
Ｈ２Ｏ２が生成し、次にこのＨ２Ｏ）ヲ白金電極などを
用いて酸化し、この時得られる酸化電流値からグルコー
スの濃度を知ることができる。
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
濃度を測定することが試みられている。その−例として
以下の（１） 、 （２１式に示す様に、酸素を水素受
容体とする酸化還元酵素、例、ｔばグルコースオキシダ
ーゼの作用により、基質例えばグルコースが酸化されて
Ｈ２Ｏ２が生成し、次にこのＨ２Ｏ）ヲ白金電極などを
用いて酸化し、この時得られる酸化電流値からグルコー
スの濃度を知ることができる。
グルコース＋ｏ２
膨りとＬ二乙土曳２メヨ±４グルコノラクトン＋Ｈ２Ｏ
２・・・・・・・・・・（１） ）１２０２ →２Ｈ” ＋ ２ｅ ＋ ０２ｅ ＊ １
１ ＠ ＠ ｅ ａ ＊ ＊ ＊ （２）この原理を応
用して繰り返し使用可能な基質濃度測定用の酵素電極を
構成するには、水溶性である酵素を白金電極上またはそ
の近傍に固定化する必要がある。一方、この様な酵素電
極を用いて基質濃度を測定するにあたっては、被検物中
に含まれる妨害物質が問題となる。例えば、血液中のグ
ルコースを測定する際には、その中に含まれる尿酸、ア
スコルビン酸などの各種の共存物質が白金電極上で直接
電気化学的に酸化される。すなわち、前記（２）式に示
したち０２の電極上での酸化の際に、これら共存物質が
同時に酸化されるため、得られる電流値に誤差を与える
ことになる。
２・・・・・・・・・・（１） ）１２０２ →２Ｈ” ＋ ２ｅ ＋ ０２ｅ ＊ １
１ ＠ ＠ ｅ ａ ＊ ＊ ＊ （２）この原理を応
用して繰り返し使用可能な基質濃度測定用の酵素電極を
構成するには、水溶性である酵素を白金電極上またはそ
の近傍に固定化する必要がある。一方、この様な酵素電
極を用いて基質濃度を測定するにあたっては、被検物中
に含まれる妨害物質が問題となる。例えば、血液中のグ
ルコースを測定する際には、その中に含まれる尿酸、ア
スコルビン酸などの各種の共存物質が白金電極上で直接
電気化学的に酸化される。すなわち、前記（２）式に示
したち０２の電極上での酸化の際に、これら共存物質が
同時に酸化されるため、得られる電流値に誤差を与える
ことになる。
この様な妨害物質に対する対策の従来例どしては次のも
のがある。
のがある。
（１）２つの白金電極を使用し、一方の電極にのみ酵素
を固定化しておき、両方の電極で得られる電流値を差し
引くことにより、妨害物質の影響を補償する。
を固定化しておき、両方の電極で得られる電流値を差し
引くことにより、妨害物質の影響を補償する。
（２） シリコーンゴム、セルロースアセテートなど
からなる妨害物質を阻止するための膜を白金電極の前面
（被検液側）に配置することにより、尿酸、アスコルビ
ン酸が白金電極へ拡散するのを阻止する。
からなる妨害物質を阻止するための膜を白金電極の前面
（被検液側）に配置することにより、尿酸、アスコルビ
ン酸が白金電極へ拡散するのを阻止する。
上記方法において、（１）では２つの白金電極の応答性
をうまく釣り合わせるのが大変困難であるという欠点を
有する。また（２）の方法は簡単であるが、セルロース
アセテートなどからなる膜そのものを使用するため、膜
を使用しない場合と比較して、応答電流の低下（感度の
低下）や応答速度の低下は避けられないものであった。
をうまく釣り合わせるのが大変困難であるという欠点を
有する。また（２）の方法は簡単であるが、セルロース
アセテートなどからなる膜そのものを使用するため、膜
を使用しない場合と比較して、応答電流の低下（感度の
低下）や応答速度の低下は避けられないものであった。
そこで、本発明者らは、以上に述べた諸点について改良
すべく種々検討を重ねた結果、優れた特性を有する酵素
電極を見い出した。本発明の酵素電極の特徴は、多孔質
膜を用い、この膜の孔中あるいはさらに膜面上にアセチ
ルセルロース層を形成し、得られた膜の一方の面上に直
接白金等をコーティングすることにより、過酸水素検知
用電極を形成し、他の膜面上に酵素を固定化した点にあ
る。すなわち、１枚の多孔質膜上に白金電槙、固定化酵
素層、さらに尿酸、アスコルビン酸を阻止するためのア
セチルセルロース層が各々形成されている。
すべく種々検討を重ねた結果、優れた特性を有する酵素
電極を見い出した。本発明の酵素電極の特徴は、多孔質
膜を用い、この膜の孔中あるいはさらに膜面上にアセチ
ルセルロース層を形成し、得られた膜の一方の面上に直
接白金等をコーティングすることにより、過酸水素検知
用電極を形成し、他の膜面上に酵素を固定化した点にあ
る。すなわち、１枚の多孔質膜上に白金電槙、固定化酵
素層、さらに尿酸、アスコルビン酸を阻止するためのア
セチルセルロース層が各々形成されている。
第１図に本発明の酵素電極の構成例を断面模式図で示す
。図中１は担体となる多孔質膜であり、膜の孔中と膜面
上にアセチルセルロース層２が形成されている。膜面の
アセチルセルロース層の上に固定化酵素層３を形成し、
反対側の膜面上に蒸着、スパッタリングなどにより例え
ば白金などの薄層４を形成し、全体として１枚の薄膜状
としている。
。図中１は担体となる多孔質膜であり、膜の孔中と膜面
上にアセチルセルロース層２が形成されている。膜面の
アセチルセルロース層の上に固定化酵素層３を形成し、
反対側の膜面上に蒸着、スパッタリングなどにより例え
ば白金などの薄層４を形成し、全体として１枚の薄膜状
としている。
この酵素電極を使用する際には、過酸化水素検知用電極
４に対して固定化酵素層３が被検液側になるように配置
する。被検液中の基質は酵素の作用でＨ２Ｏ２ヲ生成し
、このＨ２Ｏ２は膜中を拡散して反対側の過酸化水素検
知用電極４でアノード電流として検出される。一方、尿
酸、アスコルビン酸などが共存する場合、これらの妨害
物質の拡散は、アセチルセルロース層の働きで阻止され
るため、過酸化水率検知用電極まで到達するのは困難で
ある。
４に対して固定化酵素層３が被検液側になるように配置
する。被検液中の基質は酵素の作用でＨ２Ｏ２ヲ生成し
、このＨ２Ｏ２は膜中を拡散して反対側の過酸化水素検
知用電極４でアノード電流として検出される。一方、尿
酸、アスコルビン酸などが共存する場合、これらの妨害
物質の拡散は、アセチルセルロース層の働きで阻止され
るため、過酸化水率検知用電極まで到達するのは困難で
ある。
この様に、本発明の酵素電極は、妨害物質の影響を効果
的に減することができるとともに、過酸化水素検知用電
極を膜に直接形成しており、全体として薄膜状であるの
で、応答速度、応答感度に優れており、また使用中の膜
の伸縮、変形等によっても応答特性はほとんど影響され
ず、安定した応答を得ることができろう 使用する酵素は１種類に限定されることはなく、酵素反
応に際してＨ２Ｏ２ヲ生成するものであれば複合酵素系
であっても良い。また膜面上に形成する過酸化水素検知
用電極としては、白金以外に、ルテニウムあるいはこれ
らの酸化物にど、すでに述べた目的に合う金属、金属酸
化物であれば良い。
的に減することができるとともに、過酸化水素検知用電
極を膜に直接形成しており、全体として薄膜状であるの
で、応答速度、応答感度に優れており、また使用中の膜
の伸縮、変形等によっても応答特性はほとんど影響され
ず、安定した応答を得ることができろう 使用する酵素は１種類に限定されることはなく、酵素反
応に際してＨ２Ｏ２ヲ生成するものであれば複合酵素系
であっても良い。また膜面上に形成する過酸化水素検知
用電極としては、白金以外に、ルテニウムあるいはこれ
らの酸化物にど、すでに述べた目的に合う金属、金属酸
化物であれば良い。
担体として用いる多孔質膜としては、膜上に過酸化水素
検知用電極を形成することができ、水溶液中での使用に
際して、白金等との密着性が損なわれない様な材質のも
のが良い。この様な多孔質膜としては、ポリカーボネー
ト、ポリエチレン。
検知用電極を形成することができ、水溶液中での使用に
際して、白金等との密着性が損なわれない様な材質のも
のが良い。この様な多孔質膜としては、ポリカーボネー
ト、ポリエチレン。
ポリプロピレン等の水に対して膨潤性を有しない多孔質
膜が最適である。
膜が最適である。
以下、本発明の実施例について説明する。
担体膜として、孔径２００ｏ人、膜厚１０μｍ。
孔密度３×１０ 個／ ｔｒｉ、のポリカーボネート多
孔質膜を用いた。この膜の片側面をアセチルセルロース
のアセトン溶液に浸漬し、次に乾燥する。この操作を数
回繰り返すことにより、孔中と膜の片側面にアセチルセ
ルロース層を形成することができる。得られた膜のアセ
チルセルロース層が形成されていない側の膜面上へ白金
をスパッタし、数−百〜数千オングストロームの厚さの
過酸化水素検出用電極を形成した。次に、この白金形成
面とは反対側の膜面上に酵素としてグルコースオキシダ
ー−ｔ＝’ノ水溶液ｃ濃度２０ｏｒｎｇ／ｒＩＬｅ）を
展開、乾燥し、グルタルアルデヒド蒸気中にて固定化反
応を行わせた後、十分に水洗した。この様にして得られ
た本発明による酵素電極をＡとする。
孔質膜を用いた。この膜の片側面をアセチルセルロース
のアセトン溶液に浸漬し、次に乾燥する。この操作を数
回繰り返すことにより、孔中と膜の片側面にアセチルセ
ルロース層を形成することができる。得られた膜のアセ
チルセルロース層が形成されていない側の膜面上へ白金
をスパッタし、数−百〜数千オングストロームの厚さの
過酸化水素検出用電極を形成した。次に、この白金形成
面とは反対側の膜面上に酵素としてグルコースオキシダ
ー−ｔ＝’ノ水溶液ｃ濃度２０ｏｒｎｇ／ｒＩＬｅ）を
展開、乾燥し、グルタルアルデヒド蒸気中にて固定化反
応を行わせた後、十分に水洗した。この様にして得られ
た本発明による酵素電極をＡとする。
また比較のため、アセチルセルロース処理をせずに、そ
れ以外は上記Ａと同じ条件で作製した酵素電極をＢとす
る。
れ以外は上記Ａと同じ条件で作製した酵素電極をＢとす
る。
上記の酵素電極を第２図に示す円筒形の電極ホルダーに
装着し、測定に供した。図中６は参照極、６は対極、７
は白金リードである。８は酵素電極であり、膜の白金電
極側はり一ド７に接しており、パツキン９？：介してキ
ャップ１ｏにより樹脂製の筒状本体１１に保持されてい
る。また電極ホルダー内は電解液１２で満たされている
。
装着し、測定に供した。図中６は参照極、６は対極、７
は白金リードである。８は酵素電極であり、膜の白金電
極側はり一ド７に接しており、パツキン９？：介してキ
ャップ１ｏにより樹脂製の筒状本体１１に保持されてい
る。また電極ホルダー内は電解液１２で満たされている
。
この電極ホルダーをｐＨ６，６の緩衝液中に浸漬し、酵
素電極の電位を参照極に対しＨ２Ｏ２の十分々酸化電位
に設定した後、グルコースあるいはアスコルビン酸を添
加し、その濃度変化に伴う電流変化（定常値）を測定し
た。Ａ、Ｂ各々の酵素電極について、電流増加量を第３
図に示す。図中、実線はグルコース濃度変化に対する応
答特性、破線はアスコルビン酸濃度変化に対する応答特
性を示す。図より明らかなごとく、本発明による酵素電
極Ａはアセチルセルロース処理なしの酵素電極Ｂに比較
して、グルコースに対する応答特性をほぼ維持しており
、かつアスコルビン酸の影響をほとんど受けないという
特性を有することがわかるつアスコルビン酸に対するこ
の様な優れた特性は、尿酸、さらにはグルタチオンなど
の妨害物質に対しても同様であった。また、本発明の酵
素電極においては、グルコースの添加後、Ｈ２Ｏ２の酸
化型。
素電極の電位を参照極に対しＨ２Ｏ２の十分々酸化電位
に設定した後、グルコースあるいはアスコルビン酸を添
加し、その濃度変化に伴う電流変化（定常値）を測定し
た。Ａ、Ｂ各々の酵素電極について、電流増加量を第３
図に示す。図中、実線はグルコース濃度変化に対する応
答特性、破線はアスコルビン酸濃度変化に対する応答特
性を示す。図より明らかなごとく、本発明による酵素電
極Ａはアセチルセルロース処理なしの酵素電極Ｂに比較
して、グルコースに対する応答特性をほぼ維持しており
、かつアスコルビン酸の影響をほとんど受けないという
特性を有することがわかるつアスコルビン酸に対するこ
の様な優れた特性は、尿酸、さらにはグルタチオンなど
の妨害物質に対しても同様であった。また、本発明の酵
素電極においては、グルコースの添加後、Ｈ２Ｏ２の酸
化型。
流は１０秒程度で定常値に達するなど、応答速度におい
てもきわめて優れた特性を有するものであった。
てもきわめて優れた特性を有するものであった。
以上のごとく、本発明の酵素電極は優れた性能を有する
ものである。
ものである。
第１図は本発明の酵素電極の構成例を示す断面模式図、
第２図は酵素電極を装着した電極ホルダーを用いた電極
系を示す縦断面図、第３図はグルコースおよびアスコル
ビン酸について濃度と電流増加量の関係を示す図である
。 １・■・−・多孔質膜、２・讐ＩＩＩＩＩ・アセチルセ
ルロース層、３・・・・・・酵素、４・・・・・・過酸
化水素検知用電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図
第２図は酵素電極を装着した電極ホルダーを用いた電極
系を示す縦断面図、第３図はグルコースおよびアスコル
ビン酸について濃度と電流増加量の関係を示す図である
。 １・■・−・多孔質膜、２・讐ＩＩＩＩＩ・アセチルセ
ルロース層、３・・・・・・酵素、４・・・・・・過酸
化水素検知用電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図
Claims (2)
- （１）多孔質膜と、この多孔質膜の孔中あるいは一方の
膜面上に形成したアセチルセルロース層と、多孔質膜の
前記一方の側の膜面上に固定化した酵素と、多孔質膜の
他方の膜面上に形成した過酸化水素検知用電極とを有す
ることを特徴とする酵素電極。 - （２）前記多孔質膜が、水に対して膨潤性を有しないも
のである特許請求の範囲第１項記載の酵素電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56102816A JPS585643A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 酵素電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56102816A JPS585643A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 酵素電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS585643A true JPS585643A (ja) | 1983-01-13 |
| JPH021261B2 JPH021261B2 (ja) | 1990-01-10 |
Family
ID=14337549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56102816A Granted JPS585643A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 酵素電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS585643A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60177735U (ja) * | 1984-05-02 | 1985-11-26 | セイレイ工業株式会社 | コンバインの自扱センサ装置 |
| JPH02311755A (ja) * | 1989-05-29 | 1990-12-27 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 電量分析法 |
| US5332479A (en) * | 1991-05-17 | 1994-07-26 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Biosensor and method of quantitative analysis using the same |
-
1981
- 1981-06-30 JP JP56102816A patent/JPS585643A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60177735U (ja) * | 1984-05-02 | 1985-11-26 | セイレイ工業株式会社 | コンバインの自扱センサ装置 |
| JPH02311755A (ja) * | 1989-05-29 | 1990-12-27 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 電量分析法 |
| US5332479A (en) * | 1991-05-17 | 1994-07-26 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Biosensor and method of quantitative analysis using the same |
| US5382346A (en) * | 1991-05-17 | 1995-01-17 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Biosensor and method of quantitative analysis using the same |
| US5496453A (en) * | 1991-05-17 | 1996-03-05 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Biosensor and method of quantitative analysis using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH021261B2 (ja) | 1990-01-10 |
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