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酵素反応を利用するバイオリアクターとして通常、酵素選択吸着性官能基(リガンド)を有する直径100μm程度のゲルビーズを充填したカラムが用いられる。しかしながら、カラム法は圧損が大きく、また基質が拡散で酵素に供給されるために高速で操作できないために、生産性が低い。この欠点を克服するために、酵素の固定化担体として孔表面にリガンドを固定した多孔性膜(選択吸着機能多孔性膜;孔径はサブミクロンオーダー)を利用する案が提案されている。そこで、本研究では、単位体積当たりの充填膜面積が大きくとれて実用上有利な中空糸状多孔性膜(ポリエチレン製)の孔表面に、工業化に適した高分子表面改質方法である放射線グラフト重合法を用いてリガンドを有する多孔性中空糸膜を開発し、さらに酵素固定化担体へ応用することを目的とした。
まず、疎水性相互作用吸着を行うリガンド(フェニル基)を孔表面に固定する方法を確立し、それらの酵素高速吸着性を明らかにした。つぎに、フェニル基をリガンドとする多孔性中空糸膜に酵素としてα-アミラーゼを吸着固定したところ、(1)酵素固定化量およびでんぷん分解活性から求めた固定化時の酵素活性保持率は既往の研究(ビーズ、パウダーへの固定)と比べて同等以上であり、かつ(2)膜はでんぷん溶液を高流速で通液できるため、単位時間、単位体積当たりのでんぷん分解能力は既往の研究(ビーズ充填カラム法)の100倍以上に達し、タンパク質吸着機能多孔性中空糸膜は、バイオリアクター用の酵素固定担体としても有効であることを明らかにした。
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