酵素メディエーター反応の解析

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06226216
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 横山 憲二 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (80242121)
• キーワード: 酵素電極 / メディエーター / シミュレーション / バイオセンター / グルコースオキシダーゼ

研究概要

これまでに酵素電極のシミュレーションは種々行われているが、簡略化されたモデルにより計算されているものがほとんどである。しかし酵素膜内では基質やメディエーター濃度は酵素反応により不均一となるので、厳密なシミュレーションを行うためには酵素膜内での基質やメディエーター濃度の不均一性を考慮する必要がある。またこれまで本研究者が行ってきたシミュレーションでは、基質濃度過剰の場合、メディエーター濃度過剰の場合の2種の場合について分けて計算していた。本研究ではこのような場合分けをせず、基質濃度、メディエーター濃度両者に依存した酵素電極の電流値を計算した。またグルコースオキシダーゼ(GOD)固定化電極のメディエーターとしてベンゾキノン(BQ)を用い、グルコースに対する応答値を調べ実験値と計算値を比較した。さらに種々のパラメータの決定を行った。まずメディエーター型酵素電極の電流値シミュレーションを行った。すなわちメディエーター型酵素電極のモデルを考え、定常状態の酵素膜内における基質および還元型メディエーターの濃度について連立2階微分方程式を得た。変数の無次元化処理後ルンゲクッタ法で数値解を求め、基質およびメディエーターの酵素膜内での濃度分布を得た。計算はC言語で書いたプログラムをUNIXワークステーション上で走らせることにより行った。一方、電流値Iは基質およびメディエーター濃度が無限大時の電流値I_<max>で規格化し、III_<max>の値で評価した。次にメディエーター型GOD固定化電極を作製し、BQを含むリン酸緩衝溶液中でグルコースに対する酸化電流値を調べた。次に本モデルに基づく計算結果および実験結果を比較検討した。その結果、適切なパラメータを設定することにより、実験値と計算値はよい一致を示した。本研究により基質、メディエーターに関して全濃度範囲での応答値の解析が行えるようになった。

研究成果

• [文献書誌] Ryohei Nagata: "A glucose sensor fabricated by printing technique" Biosensors & Bioelectronics. 印刷中.
• [文献書誌] Kenji Yokoyama: "Biosensing based on NADH detection coupled to electrogenerated chemiluminescence from ruthenium tris(2,2'-bipyridine)" Talanta. 41. 1035-1040 (1994)
• [文献書誌] 横山 憲二: "医用工学とバイオセンサ" 電気化学および工業物理化学. 62. 380-385 (1994)
• [文献書誌] Kenji Yokoyama: "Mediated microbiosensors" Applied Biochemistry and Biotechnology. 41. 17-18 (1993)
• [文献書誌] Kenji Yokoyama: "Mediated glucose sensor using a cylindrical microelectrode" Analytica Chimica Acta. 263. 101-110 (1992)
• [文献書誌] Kenji Yokoyama: "Mediated glucose sensors using 2 μm platinum electrodes" Electroanalysis. 4. 859-864 (1992)
• [文献書誌] V.L.Davidson: "Principles and Applications of Quinoproteins" Marcel Dekker, 453 (1992)