レドックス活性高分子を修飾した生体高分子ハイブリッドの合成と電子移動制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10126220
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 渡辺 正義 横浜国立大学, 工学部, 教授 (60158657)
• 研究分担者: 今林 慎一郎 横浜国立大学, 工学部, 講師 (50251757)
• キーワード: グルコースオキシターゼ / メディエーター / バイオコンジュゲート / フェノチアジン / ポリエチレンオキシド / 電子移動反応 / グルコースセンサー

研究概要

本研究の目的は、酸化還元酵素であるグルコースオキシダーゼ(GOD)に、片末端に定量的にフェノチアジンあるいはフェロセンなどのレドックス活性基を有する単分散PEOを位置選択的に修飾し、これら生体高分子機能が保持あるいは改変された新規三次元ナノ組織体である生体高分子ハイブリッドを創製することにある。特に、合成化学的手法を駆使した生体高分子機能を損なうことのない位置選択的修飾方法を適用し、その特性の詳細を明らかにすることによって、工学的にも充分に意味のある生体高分子ハイブリッドを提示する。
電子メディエーターとなるレドックス活性基がPEO鎖を介して修飾されたGODでは、修飾するレドックス活性PEOの分子量、修飾量、修飾位置を変換させて合成し、補酵素⇔レドックス活性基(メディエーター)⇔電極間の電子移動反応の速度論的解析を詳細に行った。その結果、PEOスペーサーを介してフェノチアジンを修飾したハイブリッドにおいて未修飾GODにはみられない無酸素下での酵素反応、低分子メディエーター混合系以上の迅速電子移動を起こす自己メディエーター型酵素を実現した。すなわちGODハイブリッドの機能改変の本質を明らかにした。具体的には無酸素化でターンオーバー数が140S^<-1>という従来にはみられない高速電子移動反応速度を有するGODハイブリッドを得ることができた。さらに、電極電位規制による酵素反応のon-off制御、およびGODハイブリッドを電極表面に固定化することによる高効率ベクトル電子移動系の構築を通した新しいグルコースセンサー実現を図った。

研究成果

• [文献書誌] 斉藤貴宏、渡辺正義他: "生体適合性高分子メディエーターを用いたグルコースセンサー" 高分子論文集. 55. 200-206 (1998)
• [文献書誌] M.Watanabe,T.Akahoshi,Y.Tabata,D.Nakayama: "Molecular Specific Swelling Chsange of Hydrogels in Accordance with the Concentration of Guest Molecules" J.Am.Chem.Soc.120. 5577-5578 (1998)
• [文献書誌] T.Saito,M.Watanabe: "Characterization of Poly(vinylferrocne-co-2-hydroxyethyl methacrylate)for the Use in Enzymatic Glucose Sensor" Reactive & Functional Polymers. 37. 263-269 (1998)
• [文献書誌] A.Uedono,S.Tanigawa,A.Nishimoto,M.Watanabe: "Open Spaces and Molecular Motions of Polyether-Based Network Polymers Probed by Positron Annihilation" J.Polym.Sci.,Part B,Polym.Phys. 36. 1919-1925 (1998)
• [文献書誌] T.Saito,M.Watanabe: "Characterization of Polymeric Mediators for Glucose Sensor based on Enzymatic Reaction of Glucose Oxidase" Polym.J.(in press). (1999)
• [文献書誌] 竹岡敬和、渡辺正義: "分子認識ゲルの可能性" 化学. 47. 829 (1998)