JPH0728718B2 - バイオリアクタ−素子 - Google Patents
バイオリアクタ−素子Info
- Publication number
- JPH0728718B2 JPH0728718B2 JP59222834A JP22283484A JPH0728718B2 JP H0728718 B2 JPH0728718 B2 JP H0728718B2 JP 59222834 A JP59222834 A JP 59222834A JP 22283484 A JP22283484 A JP 22283484A JP H0728718 B2 JPH0728718 B2 JP H0728718B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin
- bioreactor
- enzyme
- bioreactor element
- support
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 この発明は、バイオリアクター素子に関する。さらに詳
しくは、種々のバイオリアクター、ことに固定化酵素を
用いた合成用や診断用のバイオリアクターとして有用な
バイオリアクター素子に関する。
しくは、種々のバイオリアクター、ことに固定化酵素を
用いた合成用や診断用のバイオリアクターとして有用な
バイオリアクター素子に関する。
（ロ） 従来技術 最近、合成用や診断用のバイオリアクターとして固定化
酵素を用いたものが用いられるようになつてきた。これ
らの固定化酵素を用いたバイオリアクター素子として
は、ビーズ状のガラス等の球体の表面に酵素を固定化し
これを円筒状カラムに充填しその充填空隙を利用して試
料や原料を通過させるように達成したものや、織布の表
面に酵素を固定化しこれを積層しこの織布目の間隙に試
料や原料を通過させるよう構成したものが代表的であ
る。
酵素を用いたものが用いられるようになつてきた。これ
らの固定化酵素を用いたバイオリアクター素子として
は、ビーズ状のガラス等の球体の表面に酵素を固定化し
これを円筒状カラムに充填しその充填空隙を利用して試
料や原料を通過させるように達成したものや、織布の表
面に酵素を固定化しこれを積層しこの織布目の間隙に試
料や原料を通過させるよう構成したものが代表的であ
る。
しかしながら、これらのバイオリアクター素子において
酵素反応の効率を高めるためには、ビーズ径を小さくし
たり織布目を小さくしてできるだけ空隙や間隙を小さく
することを要するが、この場合、通過する試料や原料の
圧損が大きくなりバイオリアクターとしての運転が困難
となつたり、酵素を固定化した支持体の破損を招く場合
が生じたり、目詰りが生じる等の問題点があつた。こと
に、これらの問題点は、粘性の高い液体（例えば、グル
コース溶液、等）や、固形粉末、コロイド状物質（例え
ば、澱粉、等）を含む液体を対象とする際に著しく、こ
れらの液体の使用時にも圧損が低くかく高い酵素反応効
率を発現しうるバイオリアクター素子が望まれている。
酵素反応の効率を高めるためには、ビーズ径を小さくし
たり織布目を小さくしてできるだけ空隙や間隙を小さく
することを要するが、この場合、通過する試料や原料の
圧損が大きくなりバイオリアクターとしての運転が困難
となつたり、酵素を固定化した支持体の破損を招く場合
が生じたり、目詰りが生じる等の問題点があつた。こと
に、これらの問題点は、粘性の高い液体（例えば、グル
コース溶液、等）や、固形粉末、コロイド状物質（例え
ば、澱粉、等）を含む液体を対象とする際に著しく、こ
れらの液体の使用時にも圧損が低くかく高い酵素反応効
率を発現しうるバイオリアクター素子が望まれている。
（ハ） 発明の目的 この発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、酵
素反応効率が高くかつ圧力負荷の減少されたバイオリア
クターを提供しようとするものである。
素反応効率が高くかつ圧力負荷の減少されたバイオリア
クターを提供しようとするものである。
（ニ） 発明の構成 かくしてこの発明によれば、断面形状が６角形である細
管を多数束状に集合設定したハニカム状の支持体と、該
支持体の各々の細管を構成する内壁面に金属アルコキシ
ドからなる酵素固定化用担体を介して被覆形成された薄
膜状固定化酵素、とから構成されてなるバイオリアクタ
ー素子が提供される。
管を多数束状に集合設定したハニカム状の支持体と、該
支持体の各々の細管を構成する内壁面に金属アルコキシ
ドからなる酵素固定化用担体を介して被覆形成された薄
膜状固定化酵素、とから構成されてなるバイオリアクタ
ー素子が提供される。
この発明は、要するに、バイオリアクター素子の流路を
従来のような粒子充填空隙や織布積層間隙ではなく、多
数の細管状空隙で構成し、それにより高い酵素反応効率
を維持しつつ使用時の圧損の低減化を可能としたもので
ある。そしてかような細管状空隙内への固定化酵素膜の
形成を実現した点にも一つの特徴を有するものである。
従来のような粒子充填空隙や織布積層間隙ではなく、多
数の細管状空隙で構成し、それにより高い酵素反応効率
を維持しつつ使用時の圧損の低減化を可能としたもので
ある。そしてかような細管状空隙内への固定化酵素膜の
形成を実現した点にも一つの特徴を有するものである。
この発明の支持体における細管状空隙の断面形状は、六
角形が好ましい。かかる細管状空隙の断面積は約0.04〜
2.0cm2が適しており約0.08〜1.0cm2が好ましい。また設
定されるこれら細管状空隙の数は処理量に左右される
が、実用上、少なくとも100本以上が適しており、1000
〜10000本が好ましい。
角形が好ましい。かかる細管状空隙の断面積は約0.04〜
2.0cm2が適しており約0.08〜1.0cm2が好ましい。また設
定されるこれら細管状空隙の数は処理量に左右される
が、実用上、少なくとも100本以上が適しており、1000
〜10000本が好ましい。
上記細管状空隙を備えた支持体は、多数の細管を束状に
接着剤等で接合するか又はブロツク状の支持体原料に直
接多数の細管状空隙を穿つことにより構成することがで
きる。これら支持体の材質としては、プラスチツク、金
属、ガラス、セラミツク等の種々のものを適用すること
ができるが、後述する固定化酵素膜の密着性等の点で、
ガラス又はセラミツクを適用するのが好ましい。なお、
バイオリアクター素子自体の機械的強度及び作製上の容
易さ等の点で断面六角形のガラス細管を束状に接着一体
化したハニカム状の支持体を用いるのが好ましい。
接着剤等で接合するか又はブロツク状の支持体原料に直
接多数の細管状空隙を穿つことにより構成することがで
きる。これら支持体の材質としては、プラスチツク、金
属、ガラス、セラミツク等の種々のものを適用すること
ができるが、後述する固定化酵素膜の密着性等の点で、
ガラス又はセラミツクを適用するのが好ましい。なお、
バイオリアクター素子自体の機械的強度及び作製上の容
易さ等の点で断面六角形のガラス細管を束状に接着一体
化したハニカム状の支持体を用いるのが好ましい。
上記支持体の細管状空隙を構成する内壁面に形成させる
固定化酵素膜は薄膜でありかつ高活性であることを要す
る。かかる固定化酵素膜は、金属アルコキシドを溶解し
た易揮発性の親水性溶媒溶液（例えば、メタノール、エ
タノール等の低級アルコール溶液）に酸を添加し、この
液を上記支持体の多数の細管状空隙内に導入し減圧によ
り密着させて各内壁面に液膜を付着させ、次いでこれを
放置し加水分解及び乾燥を行なつて金属水酸化物系のゲ
ル膜に変換し、このゲル膜を担体として酵素を固定化す
ることにより形成することができる。
固定化酵素膜は薄膜でありかつ高活性であることを要す
る。かかる固定化酵素膜は、金属アルコキシドを溶解し
た易揮発性の親水性溶媒溶液（例えば、メタノール、エ
タノール等の低級アルコール溶液）に酸を添加し、この
液を上記支持体の多数の細管状空隙内に導入し減圧によ
り密着させて各内壁面に液膜を付着させ、次いでこれを
放置し加水分解及び乾燥を行なつて金属水酸化物系のゲ
ル膜に変換し、このゲル膜を担体として酵素を固定化す
ることにより形成することができる。
上記担体の原料となる金属アルコキシドとしては、Si
（OCH3）4,Si（OC2H5）4,Ti（OC3H7）4,V（OC2H5）3,Al
（OC3H7）3,Co（OC2H5）2,Ni（OC2H5）2,Fe（OC2H5）３
等が挙げられ、これらのうち低級アルコキシシランが好
ましい。
（OCH3）4,Si（OC2H5）4,Ti（OC3H7）4,V（OC2H5）3,Al
（OC3H7）3,Co（OC2H5）2,Ni（OC2H5）2,Fe（OC2H5）３
等が挙げられ、これらのうち低級アルコキシシランが好
ましい。
また、上記親水性溶媒溶液中に添加する酸としては種々
の鉱酸が挙げられるが、フツ化水素酸を用いるのが好ま
しく、塩酸でpH1〜３とした後フツ化水素酸を少量添加
するのが最も好ましい。フツ化水素酸の添加量は金属に
対するモル比として0.05〜1.0モル程度が適切である。
なお、この溶液中には少量の水が添加されていてもよ
い。
の鉱酸が挙げられるが、フツ化水素酸を用いるのが好ま
しく、塩酸でpH1〜３とした後フツ化水素酸を少量添加
するのが最も好ましい。フツ化水素酸の添加量は金属に
対するモル比として0.05〜1.0モル程度が適切である。
なお、この溶液中には少量の水が添加されていてもよ
い。
このようにして得られる金属水酸化物系のゲル体は薄膜
（通常0.05μｍ〜0.2μｍ）でありかつ多孔性のもので
あり、しかも全体に多数の水酸基を有したものである。
（通常0.05μｍ〜0.2μｍ）でありかつ多孔性のもので
あり、しかも全体に多数の水酸基を有したものである。
このような薄膜担体への酵素の固定化自体は、シランカ
ツプリング剤を用いた方法や臭化シアン活性化法等の公
知の方法を適用することができ、最も好ましい方法は、
減圧吸引により、γ−アミノプロピルトリエトキシシラ
ンの溶液を上記担体が被覆された支持体の細管状空隙内
に導入して保持し、この後グルタルアルデヒドを同様に
して保持させ、最後に所望の酵素溶液を保持させる方法
である。
ツプリング剤を用いた方法や臭化シアン活性化法等の公
知の方法を適用することができ、最も好ましい方法は、
減圧吸引により、γ−アミノプロピルトリエトキシシラ
ンの溶液を上記担体が被覆された支持体の細管状空隙内
に導入して保持し、この後グルタルアルデヒドを同様に
して保持させ、最後に所望の酵素溶液を保持させる方法
である。
第２図にこの発明のバイオリアクター素子を示した。な
お、第１図はバイオリアクター素子の参考例を示してい
る。第１図は、ガラス細管（２）をガラス外被（３）中
に束状に挿入し各細管の間に接着剤（４）を充填し固定
して支持体とし、この各ガラス細管（２）の内壁面に薄
膜状の固定化酵素膜（５）を被膜形成して構成した円筒
状のバイオリアクター素子（１）を示すものである。一
方、第２図は、断面六角形の細管（２′）を束状に接着
剤で接合一体化し、この各細管（２′）の内壁面に薄膜
状の固定化酵素膜（５）を被膜形成して構成したハニカ
ム状のバイオリアクター素子（１′）を示すものであ
る。
お、第１図はバイオリアクター素子の参考例を示してい
る。第１図は、ガラス細管（２）をガラス外被（３）中
に束状に挿入し各細管の間に接着剤（４）を充填し固定
して支持体とし、この各ガラス細管（２）の内壁面に薄
膜状の固定化酵素膜（５）を被膜形成して構成した円筒
状のバイオリアクター素子（１）を示すものである。一
方、第２図は、断面六角形の細管（２′）を束状に接着
剤で接合一体化し、この各細管（２′）の内壁面に薄膜
状の固定化酵素膜（５）を被膜形成して構成したハニカ
ム状のバイオリアクター素子（１′）を示すものであ
る。
（ホ）実施例 参考例 内径2mm,長さ20cm,肉厚1mmのガラス細管を内径10cmのガ
ラス外被内に多数挿入しこの内部にエポキシ系接着剤を
注入して多数の細管状空隙を有する支持体を作製した。
次いでこの細管状空隙の中に、他端から減圧法によりSi
（OC2H5）4,H2O,HCl,セルロース及びC2H5OHからなる金
属アルコキシド溶液を注入し不要な溶液を吸引除去する
ことにより、各空隙の内壁面に該溶液の塗膜を付着させ
た。この後、この支持体を100℃下30分間の条件下放置
することによつて金属アルコキシドの加水分解及び溶媒
等の蒸発を徐々に進行させることにより、膜厚約0.1μ
ｍの金属水酸化物を主体とするゲル膜を形成させた。
ラス外被内に多数挿入しこの内部にエポキシ系接着剤を
注入して多数の細管状空隙を有する支持体を作製した。
次いでこの細管状空隙の中に、他端から減圧法によりSi
（OC2H5）4,H2O,HCl,セルロース及びC2H5OHからなる金
属アルコキシド溶液を注入し不要な溶液を吸引除去する
ことにより、各空隙の内壁面に該溶液の塗膜を付着させ
た。この後、この支持体を100℃下30分間の条件下放置
することによつて金属アルコキシドの加水分解及び溶媒
等の蒸発を徐々に進行させることにより、膜厚約0.1μ
ｍの金属水酸化物を主体とするゲル膜を形成させた。
次いでこの細管状空隙の内に減圧法によつて、5wt％の
γ−アミノプロピルトリエトキシシランのpH3.5緩衝水
溶液を注入し85℃下、２時間保持して、前記ゲル膜中に
水酸基を介してこのカツプリング剤を結合導入し、さら
に2.5wt％の二官能性のグルタルアルデヒドのpH7.0緩衝
水溶液を注入し１時間保持してカツプリング剤の末端に
アルデヒド基を有するシツフベースを導入した。
γ−アミノプロピルトリエトキシシランのpH3.5緩衝水
溶液を注入し85℃下、２時間保持して、前記ゲル膜中に
水酸基を介してこのカツプリング剤を結合導入し、さら
に2.5wt％の二官能性のグルタルアルデヒドのpH7.0緩衝
水溶液を注入し１時間保持してカツプリング剤の末端に
アルデヒド基を有するシツフベースを導入した。
上記処理を行なつた後、細管状空隙内に、10mg/mlのグ
ルコースオキシダーゼ（pH7.0リン酸塩緩衝液）溶液を
注入することによりカツプリング剤残基を介して化学結
合によりグルコースオキシダーゼを固定化を行ない、乾
燥することにより第１図に示すごときこの発明のバイオ
リアクター素子（１）を得た。
ルコースオキシダーゼ（pH7.0リン酸塩緩衝液）溶液を
注入することによりカツプリング剤残基を介して化学結
合によりグルコースオキシダーゼを固定化を行ない、乾
燥することにより第１図に示すごときこの発明のバイオ
リアクター素子（１）を得た。
このようにして得られたバイオリアクター素子を用い、
グルコースをＤ−グルコノラクトンと過酸化水素に分解
し、グルコースの減少をグルコース計により定量するこ
とによりバイオリアクターとしての活性を評価したとこ
ろ、従来のビーズ状アルコキシドガラス上に固定化した
ものと同様な活性が認められ、しかも圧損が低く流速を
高めることが容易に可能であり酵素反応効率に優れたも
のであることが判った。
グルコースをＤ−グルコノラクトンと過酸化水素に分解
し、グルコースの減少をグルコース計により定量するこ
とによりバイオリアクターとしての活性を評価したとこ
ろ、従来のビーズ状アルコキシドガラス上に固定化した
ものと同様な活性が認められ、しかも圧損が低く流速を
高めることが容易に可能であり酵素反応効率に優れたも
のであることが判った。
実施例１ 上記参考例を更に検討した結果、バイオリタクター素子
自身の機械的強度及び作製上の容易さ等の点で、第２図
に示す如き断面六角形のガラス細管を束状に接着一体化
したハニカム状の支持体を用いることを提案した。
自身の機械的強度及び作製上の容易さ等の点で、第２図
に示す如き断面六角形のガラス細管を束状に接着一体化
したハニカム状の支持体を用いることを提案した。
本実施例のバイオリアクター素子は、断面六角形の細管
を束状に接着剤で接合一体化すること以外は、上記参考
例と同様の方法によって、固定化酵素膜が細管の空隙内
に被覆される。
を束状に接着剤で接合一体化すること以外は、上記参考
例と同様の方法によって、固定化酵素膜が細管の空隙内
に被覆される。
（ヘ） 発明の効果 以上述べたごとく、この発明のバイオリアクター素子
は、圧力負荷が小さくかつ酵素反応効率が高いものであ
り、ことに従来適用が困難であつた高粘度液体、不純物
含有液体等のバイオリアクターとして有用なものであ
る。
は、圧力負荷が小さくかつ酵素反応効率が高いものであ
り、ことに従来適用が困難であつた高粘度液体、不純物
含有液体等のバイオリアクターとして有用なものであ
る。
第１図Ａは参考例のバイオリアクター素子を示す斜視
図、第１図Ｂは同参考例中の支持体の一部を構成する細
管を示す部分断面図、第２図Ａはこの発明のバイオリア
クター素子の実施例を示す斜視図、第２図Ｂは、同実施
例の支持体の一部を構成する細管を示す部分断面図であ
る。 （１）（１′）……バイオリアクター素子、（２）
（２′）……細管、（３）……ガラス外被、（４）……
接着剤、（５）……固定化酵素膜。 お
図、第１図Ｂは同参考例中の支持体の一部を構成する細
管を示す部分断面図、第２図Ａはこの発明のバイオリア
クター素子の実施例を示す斜視図、第２図Ｂは、同実施
例の支持体の一部を構成する細管を示す部分断面図であ
る。 （１）（１′）……バイオリアクター素子、（２）
（２′）……細管、（３）……ガラス外被、（４）……
接着剤、（５）……固定化酵素膜。 お
Claims (1)
- 【請求項１】断面形状が６角形である細管を多数束状に
集合設定したハニカム状の支持体と、該支持体の各々の
細管を構成する内壁面に金属アルコキシドからなる酵素
固定化用担体を介して被覆形成された薄膜状固定化酵
素、とから構成されてなるバイオリアクター素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59222834A JPH0728718B2 (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | バイオリアクタ−素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59222834A JPH0728718B2 (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | バイオリアクタ−素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61100186A JPS61100186A (ja) | 1986-05-19 |
| JPH0728718B2 true JPH0728718B2 (ja) | 1995-04-05 |
Family
ID=16788638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59222834A Expired - Lifetime JPH0728718B2 (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | バイオリアクタ−素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0728718B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5163985A (en) * | 1974-11-27 | 1976-06-02 | Tanabe Seiyaku Co | Kosochuubuno seizohoho |
| JPS58116676A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-11 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 発酵装置 |
| JPS59125894A (ja) * | 1982-12-29 | 1984-07-20 | Shimadzu Corp | 活性の優れた多孔性ゲル状酵素固定化用担体 |
| JPS59128205A (ja) * | 1983-03-24 | 1984-07-24 | Shimadzu Corp | 多孔性ゲル状酵素固定化用担体の製造法 |
-
1984
- 1984-10-22 JP JP59222834A patent/JPH0728718B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61100186A (ja) | 1986-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2689531B2 (ja) | グルコースセンサ | |
| US4102746A (en) | Immobilized proteins | |
| US4169014A (en) | Method of immobilizing proteinaceous substances | |
| US3841971A (en) | Synergistic enzymes adsorbed within porous inorganic carriers | |
| JPS60232090A (ja) | 固定化酵素、その製造方法およびその使用方法 | |
| Ulbricht et al. | Polyacrylonitrile enzyme ultrafiltration membranes prepared by adsorption, cross-linking, and covalent binding | |
| KR102143837B1 (ko) | 방오 활성을 가지는 효소기반 수처리용 멤브레인 및 이의 제조방법 | |
| US7556945B1 (en) | Method for converting sucrose to β-D-glucose | |
| JPH0728718B2 (ja) | バイオリアクタ−素子 | |
| US5122462A (en) | Process for the enzymatic preparation of optically-active cyanohydrins | |
| JPS60173452A (ja) | 酵素電極用固定化酵素膜の形成方法 | |
| HU204084B (en) | Process for producing enzymes bonded to a carrier | |
| JPH0695930B2 (ja) | バブリング式バイオリアクタ− | |
| US4206286A (en) | Immobilization of proteins on inorganic supports | |
| US4434229A (en) | Enzyme immobilization with an immobilizing reagent in vapor phase | |
| JPS59164953A (ja) | 固定化酵素膜およびその製造方法 | |
| JPS61100187A (ja) | 固定化酵素カラム | |
| US4897468A (en) | Immobilization of peptide-containing compounds on metal hydroxide gels | |
| EP0267470A1 (en) | Porous glass fiber mats for attachment of cells and biologically active substances | |
| JP6970311B2 (ja) | 酵素−多孔性炭素複合体 | |
| JP2728932B2 (ja) | 二層膜 | |
| JPS63196290A (ja) | 固定化酵素 | |
| JPH0799960A (ja) | セラミックバイオリアクター担体 | |
| JPH05502671A (ja) | タンパク質を親水性の表面に共有結合する方法 | |
| CN1291016C (zh) | 一种基于双功能基团硅烷的溶胶－凝胶酶固定法 |