Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

化学センサ / オプティカルセンサ / バイオセンサ / 活性阻害 / シアン配糖体 / チロシナーゼ / メラニン / 電気化学 / 酵素電極

本研究では、キャッサバ、ウメ、アンズ、タケノコなどの食用植物中に含まれ、急性・慢性食中毒の原因となっているシアン配糖体に対する、高感度・高選択性・安価かつ簡便な全固体型センサーの開発・評価を目的とした。本年度は、β-グルコシダーゼの作用によってシアン配糖体から遊離させたシアン化物イオンが、酵素チロシナーゼの活性を阻害する作用に基づいて、シアン配糖体オプティカルセンサーを開発した。チロシナーゼの活性は、L-チロシンを溶存酸素により酸化してドーパクローム(赤色)およびメラニン(暗褐色)を生成する反応に基づいて分光的に評価した。まず、チロシナーゼを用いてシアン化ナトリウムの定量が可能であることがわかり、次いで、β-グルコシダーゼのエムルシン(アミグダリンに特異的)やリナマラーゼ(リナマリンに特異的)を併用することにより、シアン配糖体であるアミグダリンやリナマリンを感度よくセンシングできることがわかった。このときの酵素濃度と応答速度・ダイナミックレンジ等との相関についても調べた。また、シアン配糖体用の試験プレートも開発した。白色のポリエチレンプレート上にβ-グルコシダーゼ、チロシナーゼ、L-チロシン、ポリ(エチレンオキシド)を含む膜をアルゴン雰囲気下で形成し、この膜にシアン配糖体を含む試料溶液を滴下することにより、シアン配糖体を選択的に検出できることがわかった。キャッサバ抽出液に含まれるリナマリンを定量することも可能であった。

酵素電極 / 酸化還元高分子 / 導電性高分子 / 電気化学 / 分析化学

20℃以下では水に可溶で、30℃以上では不溶となる酸化還元高分子をアクリルアミド誘導体とビニルフェロセンから合成し、水溶性の酵素グルコースオキシダーゼとともに約10℃の水に溶解し、電極表面に塗布、乾燥して新しい酵素電極を作製した。この電極が窒素下においてもグルコースに対し酸化電流応答を示したことから、上記の高分子はグルコースオキシダーゼの固定化担体として、なおかつグルコースオキシダーゼ-電極間の電荷伝達メディエーターとして機能することが明らかになった。これらの機能を同時に持つ高分子は従来報告がなかった。一方、上記のアクリルアミド誘導体とビニルフェロセンを架橋剤存在下で重合することにより、全く新しい酸化還元ゲルを合成した。このゲルは水溶液中において体積相転移を示し、20℃以下で膨潤、30℃以上で収縮する。このゲルを電極上に固定化し、膨潤させてグルコースオキシダーゼを取り込ませ、収縮させると、高分子を用いた場合と同様、グルコースに対する応答を示した。ゲルを再び膨潤させてグルコースオキシダーゼを新しいものと交換したり、ラクテートオキシダーゼなど異種の酵素に交換することによって異なるセンサーにすることも可能であった。本研究により、親水性の高い酸化還元高分子/ゲルを用いることによって、水溶性の酵素と電極の間の速やかな電荷伝達を起こせることがわかった。同様に、水に可溶な導電性高分子を用いることによっても、酵素-電極間の電荷伝達が可能であることがわかった。