EGFET型グルコースセンサーの開発

現在市販されているグルコースセンサーの多くは酵素電極型であり、酵素反応により生成された過酸化水素を電気分解し、その際に発生する電流を検出することでグルコース濃度を測定しています。一方、EGFET（Extended-Gate Field-Effect Transistor）を用いた方式では、絶縁ゲートに酵素を固定化した拡張電極を接続し、酵素反応によって生成されるプロトンの吸着電荷変化をゲート電位として検出します。この方式では、被検液中での電気分解反応を必要としないため、連続測定や繰り返し測定に適しており、ウェアラブル型など低侵襲センサーへの応用が期待されます。

我々は、生体適合性の高い絹フィブロイン（silk fibroin: SF）を酵素包括担体として用いたEGFET型グルコースセンサーの開発を進めています。拡張電極表面には、SFを用いた酵素膜をスピンコート法により形成しています。酵素膜の原料としては、株式会社松田養蚕場より提供されたナノフィブロインⓇパウダーを使用しています。このパウダーは、家蚕由来の絹糸からセリシンを除去して抽出された高純度のフィブロインであり、従来のフィブロイン溶液と比べて、濃度の調整が容易であるという利点があります。

SFは酵素を構成するアミノ酸と共有結合可能であるため、グルタルアルデヒドなどの架橋剤を用いずに酵素を安定的に包括固定できる点も特徴です。さらに、SFで包括された酵素は、遊離酵素と比較して広範なpH範囲で活性が維持され、また低温殺菌にも対応でき、60℃まで活性が保たれることが報告されています［朝倉ほか，繊維学会誌，45(6), 252 (1989)］。

図1に、酵素膜作製のプロセスを示します。まず、ナノフィブロインパウダーを超純水に溶解し、酵素を加えて混合水溶液を調製します。次に、拡張ゲート電極として、Ti膜を形成したガラスまたはTiフレキシブル基板を用意し、アミノシランを用いたシランカップリング処理によって基板表面を親水化します。その後、酵素水溶液を滴下し、スピンコートによって膜を形成します。自然乾燥後、酵素膜をエタノール水溶液に浸漬して不溶化処理を施します。これは、SFが水溶性であるため、酵素膜として安定に使用するために不可欠な工程です。この処理により、SFは非晶質構造からβシート構造へと結晶化し、水に不溶な多孔質酵素膜が形成されます。