酵素多層集積構造を多孔性中空糸膜の孔の上につくり高活性な酵素反応を実現する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655290
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 斎藤 恭一 千葉大学, 工学部, 助教授 (90158915)
• Keywords: 放射線グラフト集合 / 他孔性中空糸膜 / ポリマーブラシ / 酵素反応 / 多層集積 / 膜透過 / 固定化酵素 / ウレアーゼ

Research Abstract

酵素はアミノ酸をモノマーとする,分子量がときには数十万にもおよぶ高分子である.そのコンホメーションがある範囲で保持されるとその機能を果たす.そこで,荷電性ポリマーブラシ(長さが1μm程度あり,電荷密度を制御できる接ぎ木高分子鎖)に囲まれたフレキシブルな空間に酵素を包み込むことによって,酵素の無劣化空間を創りだすことが本研究の目的である.本年度は,多孔性膜へポリマーブラシを付与した後,荷電基を導入し,そこへ酵素を多層で集積させる手法を確立した.
まず,ポリエチレン製の多孔性膜(精密濾過用に市販されている中空糸状の膜)に電子線をあててラジカルをつくった.その後,膜をエポキシ基をもつビニルモノマー液に浸すことによって,ポリマーブラシを多孔性膜に付与した。つぎに,ポリマープラシ中のエポキシ基を,ジエチルアミンおよび亜硫酸ナトリウムと反応させることによって,それぞれプラス,マイナスの電荷をもったポリマーブラシ(荷電性ポリマーブラシ)を作成した。静電反発によって伸長したポリマーブラシの長さを,膜に純水を透過させその抵抗から推算した.さらに,膜の内面から外面へ酵素溶液を透過させた.酵素として,性質が詳細に調べられているウレアーゼを用いた.膜の外面からの流出液中の酵素濃度を連続的に測定し,供給液中の酵素濃度との差から酵素の包み込み量を算出した.ウレアーゼの多層集積度は60にも達した.その後,酵素反応中のpH変化によって酵素が荷電性ポリマーブラシから漏出するのを防ぐために酵素間を架橋した.ウレアーゼ架橋固定多孔性中空糸膜に4M尿素溶液を透過させ,高活性を実証した.

Research Products

• [Publications] 小林 聡: "Highly multilayered urease decomposes highly concentrated urea"Biotechnology Progress. 19. 396-399 (2003)
• [Publications] 藤田彩子: "Production of tripeptide from gelatin using collagenase-immobilized porous hollow-fiber membrane"Biotechnology Progress. 19. 1365-1367 (2003)
• [Publications] 川喜田 英孝: "Skin layer formation on porous membrane by immobilized dextransucrase"AICh E Journal. (in press). (2004)