JPS635074B2 - - Google Patents

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JPS635074B2
JPS635074B2 JP59232221A JP23222184A JPS635074B2 JP S635074 B2 JPS635074 B2 JP S635074B2 JP 59232221 A JP59232221 A JP 59232221A JP 23222184 A JP23222184 A JP 23222184A JP S635074 B2 JPS635074 B2 JP S635074B2
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JP
Japan
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maleic anhydride
membrane
polymer
copolymer
enzyme
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JP59232221A
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Japanese (ja)
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JPS60214883A (en
Inventor
Tomohiko Yamaguchi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無水マレイン酸残基を有する高分子
膜を利用した酵素固定化膜に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an enzyme-immobilized membrane using a polymer membrane having maleic anhydride residues.

無水マレイン酸コポリマーは、その無水マレイ
ン酸残基が反応性に富むことから、反応性高分子
として知られている。しかしながら、この無水マ
レイン酸コポリマーは、水溶液中において徐々に
加水分解されて電荷密度の高い水溶性ポリマーに
なり、また、2価性架橋剤により架橋化させて
も、水中においては著しく膨潤すると共に、粘着
性を増大させるために取扱いが難しく、実用膜と
しての利用は困難であつた。
Maleic anhydride copolymers are known as reactive polymers because their maleic anhydride residues are highly reactive. However, this maleic anhydride copolymer is gradually hydrolyzed in an aqueous solution to become a water-soluble polymer with a high charge density, and even when crosslinked with a divalent crosslinking agent, it swells significantly in water and It was difficult to handle due to increased tackiness, making it difficult to use it as a practical membrane.

本発明者は、このような無水マレイン酸コポリ
マーから、水溶液中においても実用に耐える高分
子膜を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、無水マ
レイン酸コポリマーと支持ポリマーとをブレンド
し、さらに2価性架橋剤で処理して部分的に架橋
化させる時に、無水マレイン酸コポリマーは水不
溶化されかつ水中においても低膨潤性しか示さな
いことを見出すと共に、この場合に得られる高分
子の膜は、酢素固定化膜としてすぐれた効果を有
することを見出し、本発明を完成するに到つた。
As a result of extensive research in order to develop a polymer membrane that can be used in practical use even in aqueous solutions from such maleic anhydride copolymers, the present inventor blended maleic anhydride copolymers with a supporting polymer, and further developed divalent polymer membranes. We have found that when partially crosslinked by treatment with a reactive crosslinking agent, the maleic anhydride copolymer becomes water insolubilized and exhibits only low swelling in water, and the resulting polymeric membrane is The present inventors have discovered that the membrane has excellent effects as an element-immobilizing membrane, and have completed the present invention.

即ち、本発明によれば、無水マレイン酸コポリ
マーと支持ポリマーとのブレンド体からなり、該
ブレンド体は2価性架橋剤で部分的に架橋化され
ていることを特徴とする無水マレイン酸残基を有
する高分子膜を基材とし、該基材に対しヘキソキ
ナーゼを結合させたことを特徴とする酵素固定化
膜が提供される。
That is, according to the present invention, maleic anhydride residues are composed of a blend of a maleic anhydride copolymer and a supporting polymer, and the blend is partially crosslinked with a divalent crosslinking agent. Provided is an enzyme-immobilized membrane characterized in that it uses a polymer membrane having the following as a base material, and has hexokinase bound to the base material.

本発明の酵素固定化膜の基材である高分子膜
は、無水マレイン酸残基を有するため、この無水
マレイン酸残基を利用し、ヘキソキナーゼ容易に
膜に固定化することができる。
Since the polymer membrane, which is the base material of the enzyme-immobilized membrane of the present invention, has maleic anhydride residues, hexokinase can be easily immobilized on the membrane using the maleic anhydride residues.

本発明の酵素固定化膜の基材である高分子膜を
調製するには、無水マレイン酸コポリマーと支持
体ポリマーを、アセトン、テトラヒドロフラン、
アセトニトリルなどの有機溶媒に溶かして十分混
合(ブレンド化)した後、同一有機溶媒に溶かし
た2価性架橋剤を加えて激しく混合し、平板ガラ
ス上でゆるやかに乾燥して製膜する。この場合、
ブレンド体中、無水マレイン酸コポリマーは50重
量%以下、通常、10〜30重量%及び支持ポリマー
は50重量%以上、通常、70〜90重量%にするのが
よい。また2価性架橋剤としては、無水マレイン
酸残基に対して反応性を示す2価性化合物、例え
ば、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミ
ン、エチレングリコール、プロピレングリコール
などの2価アミンや2価アルコールがある。この
2価性架橋剤の使用割合は、無水マレイン酸残基
の1/10当量を標準とするが、一般には、1/20〜1/
5当量の範囲で用いられる。即ち、ブレンド体に
含まれる無水マレイン酸残基の中、5〜20モル%
を架橋化させるのがよい。また、ブレンド体中、
無水マレイン酸コポリマーは50重量%以下、好ま
しくは30重量%以下にするのがよく、50重量%以
上を越えると膜の強度が低下する傾向を示す。
To prepare the polymer membrane that is the base material of the enzyme-immobilized membrane of the present invention, a maleic anhydride copolymer and a support polymer are mixed with acetone, tetrahydrofuran,
After dissolving in an organic solvent such as acetonitrile and thoroughly mixing (blending), add a divalent crosslinking agent dissolved in the same organic solvent, mix vigorously, and gently dry on a flat glass to form a film. in this case,
In the blend, the maleic anhydride copolymer is preferably present at less than 50% by weight, typically from 10 to 30%, and the supporting polymer is present at least 50%, typically from 70 to 90%. Examples of divalent crosslinking agents include divalent compounds that are reactive with maleic anhydride residues, such as divalent amines and divalent alcohols such as ethylene diamine, hexamethylene diamine, ethylene glycol, and propylene glycol. . The standard usage ratio of this divalent cross-linking agent is 1/10 equivalent of maleic anhydride residue, but generally it is 1/20 to 1/2 equivalent.
It is used in a range of 5 equivalents. That is, 5 to 20 mol% of the maleic anhydride residues contained in the blend.
It is preferable to crosslink it. In addition, in the blend body,
The amount of maleic anhydride copolymer is preferably 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less; if it exceeds 50% by weight, the strength of the membrane tends to decrease.

無水マレイン酸コポリマーとしては、無水マレ
イン酸と、エチレン、プロピレン、イソブテンな
どのオレフインや、酢酸ビニル、酢酸アリル、酢
酸イソプロペニルなどのビニル系モノマーの共重
合体で分子量の大きなもの(通常、分子量5万〜
50万)が好ましい。無水マレイン酸は、ビニル系
モノマーと1対1の共重合体を作る事が知られて
おり、共重合体中の無水マレイン酸残基は従つ
て、約50モル%となる。支持ポリマーとしては、
それ自身で製膜能を有し、無水マレイン酸コポリ
マーと反応せず、かつ乾燥後においても無水マレ
イン酸コポリマーと均一に混合して、相分離を生
起しない、無水マレイン酸コポリマーを膜体とし
て支持する作用を持つものが適用され、例えば、
無水マレイン酸・酢酸ビニルコポリマーや無水マ
レイン酸・酢酸アリルコポリマーなどの無水マレ
イン酸・酢酸系ポリマーに対しては、ポリメタク
リル酸メチルのようなメタクリル酸アルキルポリ
マーが好ましく適用される。さらに、この支持ポ
リマーの他の例を挙げると、無水マレイン酸−ス
チレンコポリマーに対しては、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体などが知られている。(小佐井興一、
東野剛、日本接着協会誌、11(1)、2(1975)) 本発明の基材となる無水マレイン酸残基を有す
る高分子膜においては、無水マレイン酸残基の反
応性が、水やアルコールよりもアミンに対して高
いことを利用して、水溶液中で適当な反応試薬と
反応させて、アミノ基を導入した両性膜や、アミ
ノ酸や酸アジド基等を導入した膜を得ることがで
きる。
Maleic anhydride copolymers are copolymers of maleic anhydride and olefins such as ethylene, propylene, and isobutene, and vinyl monomers such as vinyl acetate, allyl acetate, and isopropenyl acetate, and have a large molecular weight (usually 5 ml). 10,000 ~
500,000) is preferred. Maleic anhydride is known to form a 1:1 copolymer with a vinyl monomer, and the maleic anhydride residue in the copolymer is therefore about 50 mol%. As a supporting polymer,
Supports maleic anhydride copolymer as a film body, which has film-forming ability by itself, does not react with maleic anhydride copolymer, and even after drying, mixes uniformly with maleic anhydride copolymer and does not cause phase separation. For example, those that have the effect of
For maleic anhydride/acetic acid based polymers such as maleic anhydride/vinyl acetate copolymer and maleic anhydride/allyl acetate copolymer, alkyl methacrylate polymers such as polymethyl methacrylate are preferably applied. Further, as another example of this supporting polymer, ethylene-vinyl acetate copolymer and the like are known for maleic anhydride-styrene copolymer. (Koichi Kosai,
Tsuyoshi Higashino, Japan Adhesive Association Journal, 11(1), 2 (1975)) In the polymer film containing maleic anhydride residues, which is the base material of the present invention, the reactivity of the maleic anhydride residues is Taking advantage of the fact that amines are higher than alcohols, it is possible to react with an appropriate reaction reagent in an aqueous solution to obtain amphoteric membranes with amino groups introduced, or membranes with amino acids, acid azide groups, etc. introduced. .

本発明は、無水マレイン酸残基を有する高分子
膜の前記のような性質を利用して、これを酵素固
定化用の基材として用い、これに酵素を結合させ
て酵素固定化膜とするものである。この場合、ヘ
キソキナーゼは高分子膜の無水マレイン酸残基に
直接結合させることができるが、また、適当なス
ペーサー等を利用して、無水マレイン酸残基から
誘導されるこの種の酸素固定化に慣用されている
官能基(酸アジド、ジアゾニウム、イミドエステ
ル、アルデヒド、酸クロリド、イソシアナート、
イソチオシアナートなど)を介して結合させるこ
ともできる。
The present invention takes advantage of the above-mentioned properties of a polymer membrane having maleic anhydride residues, uses it as a base material for enzyme immobilization, and binds an enzyme to this to form an enzyme immobilization membrane. It is something. In this case, hexokinase can be directly bound to maleic anhydride residues in the polymer membrane, but it is also possible to bind this type of oxygen derived from maleic anhydride residues using an appropriate spacer. Commonly used functional groups (acid azide, diazonium, imidoester, aldehyde, acid chloride, isocyanate,
isothiocyanate, etc.).

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明す
る。
Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

参考例 <無水マレイン酸残基を有する合成高分子膜の
調製> 分子量約12万の無水マレイン酸・酢酸ビニルコ
ポリマー5gをアセトンに溶かし、全量を100ml
とする(溶液A)。市販のポリメタクリル酸メチ
ル5gをアセトンに溶かし、全量を100mlとする
(溶液B)。ヘキサメチレンジアミン0.5gをアセ
トンに溶かし、100mlとする(溶液C)。溶液A3
部と溶液B7部を混合し、十分撹拌した後、密封
して一夜室温に放置した後、激しく撹拌しながら
溶液C1.5部を徐々に滴下する。この溶液2mlを直
径6cmのフラツトシヤーレに広げ、フタをかぶせ
て平面上で室温にてゆつくり乾燥させる。透明な
厚さ2.6×10-3cm前後の膜が得られる。
Reference example <Preparation of synthetic polymer membrane having maleic anhydride residues> Dissolve 5 g of maleic anhydride/vinyl acetate copolymer with a molecular weight of approximately 120,000 in acetone, and make the total amount 100 ml.
(Solution A). Dissolve 5 g of commercially available polymethyl methacrylate in acetone to make a total volume of 100 ml (solution B). Dissolve 0.5 g of hexamethylene diamine in acetone to make 100 ml (solution C). Solution A3
1 part and 7 parts of solution B were mixed, thoroughly stirred, sealed and left at room temperature overnight, and then 1.5 parts of solution C was gradually added dropwise while stirring vigorously. Spread 2 ml of this solution on a flat tray with a diameter of 6 cm, cover with a lid, and dry slowly on a flat surface at room temperature. A transparent film with a thickness of approximately 2.6×10 -3 cm is obtained.

実施例 <酵素固定膜> (A) 酸アジド化法 参考例で得られる合成高分子膜を5%ヒドラ
ジン水溶液にひたし、12時間室温に放置する。
十分水洗の後30mlの2%塩酸水溶液に移す(特
に膜の孔径を大きくしたい時は、この間にアル
カリ処理を行う)。激しく撹拌しながら、4%
亜硝酸溶液8mlを氷冷下で滴下し、酸アジド化
膜を得る。従来の酸アジド化に比べて時間が著
しく短縮される点が特色である。
Examples <Enzyme-immobilized membrane> (A) Acid azidation method The synthetic polymer membrane obtained in the reference example is soaked in a 5% hydrazine aqueous solution and left at room temperature for 12 hours.
After thorough washing with water, transfer to 30 ml of 2% aqueous hydrochloric acid solution (if you want to increase the pore size of the membrane, perform alkali treatment during this time). While stirring vigorously, add 4%
Add 8 ml of nitrous acid solution dropwise under ice cooling to obtain an acid azide film. A distinctive feature of this process is that it takes significantly less time than conventional acid azidation.

この膜を、1ml当り100ユニツトのヘキソキ
ナーゼ(米国シグマ社製)を含む0.02Mリン酸
緩衡液(PH7.4)にひたし、4℃で12時間撹拌
しながら反応させた後、十分洗浄する。酵素活
性は1.9×10-3ユニツト/cm3で、酵素の離脱は
認められなかつた (B) 直接固定法 参考例において、ポリマーの混合比を1対1
にして調製された合成高分子膜を、(A)と同様に
ヘキソキナーゼ溶液にひたし、12時間反応させ
る。本法で得られる酵素活性は3.9×10-4ユニ
ツト/cm3である。このように、膜表面への酵素
の固定化はスペーサーを介する(A)法の方がすぐ
れている。
This membrane is immersed in a 0.02M phosphate buffer (PH7.4) containing 100 units of hexokinase (manufactured by Sigma, USA) per ml, reacted with stirring at 4°C for 12 hours, and then thoroughly washed. The enzyme activity was 1.9×10 -3 units/cm 3 and no enzyme detachment was observed (B) Direct immobilization method In the reference example, the polymer mixing ratio was 1:1.
The synthetic polymer membrane prepared in step (A) is soaked in a hexokinase solution and allowed to react for 12 hours. The enzyme activity obtained by this method is 3.9×10 -4 units/cm 3 . In this way, method (A) using a spacer is superior in immobilizing enzymes on the membrane surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 無水マレイン酸コポリマー10〜50重量%と、
アルキルメタリレートポリマー又はエチレン−酢
酸ビニル共重合体からなる支持ポリマー90〜50重
量%とのブレンド体からなり、該ブレンド体はジ
アミン又はジオールで部分的に架橋化されている
ことを特徴とする無水マレイン酸残基を有する高
分子膜を基材とし、該基材に体しヘキソキナーゼ
を結合させたことを特徴とする酵素固定化膜。
1 10 to 50% by weight of maleic anhydride copolymer;
An anhydrous product comprising a blend with 90 to 50% by weight of a support polymer consisting of an alkyl metharylate polymer or an ethylene-vinyl acetate copolymer, the blend being partially crosslinked with a diamine or diol. An enzyme-immobilized membrane comprising a polymer membrane having maleic acid residues as a base material, and hexokinase bound to the base material.
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