新規多相系知能材料を用いたバイオミメティックセンサの開発

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555157
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 前田 瑞夫 九州大学, 工学部, 助教授 (10165657)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小出 善文 熊本大学, 工学部, 講師 (40040430) ; 中野 幸二 九州大学, 工学部, 助手 (10180324)
• Keywords: 多相系材料 / 化学センサ / 尿素センサ / ポリペプチド / コンホメ-ション / イオンチャンネル / 生体類似機能 / 知能材料

Research Abstract

酵素などの生体物質を活用した計測法として、バイオセンサはいまや実用化の域に達した。しかし、安定性や操作性の面で、まだ数多くの問題を残している。一方、高性能化学センサを構築する新しい研究の流れに“バイオミメティックセンサ"がある。これは、生体の精緻の作用機構に学び、対象物質との相互作用の電気信号への変換といったセンサ作動プロセスを確立するアプロ-チをとる。この点で、生体物質を直接センサ素子に用いたバイオセンサとは大きく異なり、生体物質に代わる優れた人工材料の開発が重要となる。
我々は、生体類似機能をもった人工材料として、ポリ-L-グルタミン酸(PLG)を感応部位として持つ多相系高分子を合成した。これを修飾電極に応用することで、生体膜類似の「イオンチャンネル原理」に基づくバイオミメティックセンサの開発に成功した。本センサはPLGのコンフォメ-ション変化を誘起する物質を検出することが可能であることから、本来電気化学的に不活性な非イオン性の物質にも、適用が可能であると期待される。そこで、タンパク質の変性剤として知られ、そのコンホメ-ション変化を誘起すると考えられている尿素の検出に応用した。その結果、電流応答値と尿素濃度の間には良好な直線関係がみられることが明かとなった。PLG主鎖のアミド結合と尿素との間に水素結合が形成されることによりポリペプチド鎖の収縮がおこり、共存する酸化還元マ-カ-の透過性が増加するため、その結果電流値が増加したものと解釈される。これまで尿素センサとしてはウレア-ゼ固定化電極が用いられており、尿素の電気化学的検出には酵素ウレア-ゼが不可欠であると考えられてきた。これに対し本研究では、酵素に頼ることなくこれに成功した。これは、非酵素的な尿素センサの初めての例である。

Research Products

• [Publications] Koji Nakano: "Multiphase Material Containing Poly(L-glutamate) for Biomembrane Mimetic Sensors" Polymer.
• [Publications] Mizuo Maeda: "DNA-Immobilized Au Electrode for DNA-Binding Drug Sensor" Anal.Sci.(1992)
• [Publications] Shohei Inoue: "Biomembrane Model from Stable Polymer Membrane Having Polypeptide Domains as Channels" J.Macromol.Sci.-Chem.A28. 1137-1149 (1991)
• [Publications] 前田 瑞夫: "ポリペプチドを用いた超分子の構築" 化学工業. 41. 317-321 (1991)
• [Publications] Mizuo Maeda: "Non-enzymatic response towards urea using poly(L-glutamate)-modified Pt electrode" J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1991. 1724-1725 (1991)