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JPH082293B2 - Reactor - Google Patents

Reactor

Info

Publication number
JPH082293B2
JPH082293B2 JP3154663A JP15466391A JPH082293B2 JP H082293 B2 JPH082293 B2 JP H082293B2 JP 3154663 A JP3154663 A JP 3154663A JP 15466391 A JP15466391 A JP 15466391A JP H082293 B2 JPH082293 B2 JP H082293B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sheet
functional
substrate
functional sheet
reactor
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
JP3154663A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0538280A (en
Inventor
治利 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Vilene Co Ltd
Original Assignee
Japan Vilene Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Vilene Co Ltd filed Critical Japan Vilene Co Ltd
Priority to JP3154663A priority Critical patent/JPH082293B2/en
Publication of JPH0538280A publication Critical patent/JPH0538280A/en
Publication of JPH082293B2 publication Critical patent/JPH082293B2/en
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は分析、定量、有用物質の
生産或は環境汚染物質の分解除去等の用途に用いられる
反応器に関する。詳細には、高効率な反応を実現するこ
とができ、かつ触媒などの機能性材料が機能低下を生じ
ない状態で反応に寄与できるようにした反応器に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reactor used for analysis, quantification, production of useful substances or decomposition and removal of environmental pollutants. More specifically, the present invention relates to a reactor capable of realizing a highly efficient reaction and capable of contributing to a reaction in the state where a functional material such as a catalyst does not deteriorate in function.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シート状の触媒は粒子状に比べて
成型性が良く、取扱いが容易なことからシート状触媒を
用いた反応器の開発が行われており、例えば酵素を固定
化した紙をメンブレンホルダー等の円盤状の容器内に充
填して基質を連続的に通過させることにより、基質と触
媒とを接触させて有用物質を生産する試みがなされた。
「H.IChijo,et al.,SEN−I GA
KKAISHI, Vo1.42, T−636〜T−
642(1986)」この反応器にあっては、シート面
に対して厚みの方向に基質が通過する配置となってお
り、基質が触媒層を移動する距離が短く反応の効率が悪
いという欠点があった。基質と触媒との接触を良くし、
反応効率を高めるには、緻密なシート構造とするか、幾
重にもシートを積層して層長を大きくすることにより接
触時間を長くしなければならなかった。しかしながら構
造を緻密にすると、通液抵抗が大きくなり、生産速度が
低下するという問題があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, since a sheet catalyst has better moldability than a particle catalyst and is easy to handle, a reactor using a sheet catalyst has been developed. For example, an enzyme was immobilized. Attempts have been made to produce useful substances by filling a disc-shaped container such as a membrane holder with paper and continuously passing the substrate to bring the substrate into contact with the catalyst.
"H. I Chijo, et al., SEN-I GA.
KKAISHI, Vo1.42, T-636 to T-
642 (1986) ”In this reactor, the substrate is arranged to pass in the thickness direction with respect to the sheet surface, and there is a shortcoming that the distance that the substrate moves in the catalyst layer is short and the reaction efficiency is poor. there were. Improve the contact between the substrate and the catalyst,
In order to increase the reaction efficiency, it was necessary to increase the contact time by forming a dense sheet structure or by stacking sheets in multiple layers to increase the layer length. However, if the structure is made fine, there is a problem that the liquid passage resistance becomes large and the production rate is reduced.

【0003】一方、分析や計測の分野では、多数の検体
の処理を目的とする場合が多く、大型の反応容器を用い
ると、大量の基質(被処理流体)と触媒とを要する上
に、処理時間も長くなり、大変不経済であるので、でき
るだけ少量の被処理流体と微少な反応容器を用いる必要
があった。しかし、シート状触媒を幾重にも重ねて微少
な反応容器を製造することは実質的に困難であり、この
ため、新しい反応容器を創作する必要があった。
On the other hand, in the field of analysis and measurement, the purpose is often to treat a large number of specimens. When a large reaction vessel is used, a large amount of substrate (fluid to be treated) and catalyst are required, and the treatment is performed. Since it takes a long time and is very uneconomical, it was necessary to use a small amount of fluid to be treated and a minute reaction vessel. However, it is practically difficult to manufacture a minute reaction vessel by stacking sheet catalysts in multiple layers, and thus it is necessary to create a new reaction vessel.

【0004】又、生体触媒を固定化したガラスビーズや
キトサンビーズをチューブ状カラムに充填した反応部を
備えた触媒センサーがあり、このセンサーでは、基質が
反応部に連続的に送られて反応が行われるようになって
いる。しかしながら、このセンサーにあっては、通常1
〜2mm程度の径小なチューブ状カラム内にビーズを充
填することから、生体触媒を固定化する操作が難しく、
煩雑を極めていた。又、このセンサーにあっては、カラ
ム内に一旦気泡が入ると、これを除去するのが難しく、
このため、カラム内を常に湿潤状態に保たねばならず、
コンディショニングが難しかった。又、カラム内を常に
湿潤状態とした場合には、水中の夾雑物の影響を受け易
くなり触媒の活性が低下し易く、長期に保存しておくこ
とができなかった。更に、測定時の被処理流体中のタン
パク質やバクテリアなどの夾雑物により目づまりが生じ
易く、触媒機能の低下を招いていた。
Further, there is a catalyst sensor provided with a reaction section in which glass beads or chitosan beads on which a biocatalyst is immobilized are packed in a tubular column. In this sensor, a substrate is continuously sent to the reaction section to cause a reaction. It is supposed to be done. However, with this sensor,
Since beads are packed in a tubular column having a small diameter of about 2 mm, the operation of immobilizing the biocatalyst is difficult,
It was extremely complicated. Also, with this sensor, once air bubbles enter the column, it is difficult to remove them.
For this reason, the column must always be kept in a wet state,
Conditioning was difficult. Further, when the inside of the column was always kept in a wet state, it was apt to be affected by foreign matters in water and the activity of the catalyst was apt to decrease, so that it could not be stored for a long period of time. Furthermore, impurities such as proteins and bacteria in the fluid to be treated during the measurement tend to cause clogging, resulting in deterioration of the catalytic function.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑み成されたものであり、高効率な反応を実現す
ることができ、少量の被処理流体でも処理が可能で、か
つ触媒などの機能性材料が機能低下を生じない状態で反
応に寄与できるようにした反応器を提供することを目的
とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to realize a highly efficient reaction, and it is possible to process even a small amount of a fluid to be processed and a catalyst. It is an object of the present invention to provide a reactor capable of contributing to a reaction in a state in which a functional material such as does not cause functional deterioration.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、請求項1記載の発明にあっては、「連続した
三次元的な多孔構造を有するシートの構成材表面に触媒
などの機能性材料が担持されている機能シートを備え、
この機能シートの長手方向の一端側に基質が強制的に送
り込まれる流入部が設けられていると共に、機能シート
の他端側に反応物が流出する流出部が設けられており、
当該機能シート内に送り込まれた基質が機能シート内を
長手方向へ移動する過程で、基質と機能性材料とが接触
し反応するように構成されたことを特徴とする反応器」
をその要旨とした。
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, " continuous
A catalyst on the surface of the constituent material of a sheet having a three-dimensional porous structure
Equipped with a functional sheet carrying functional materials such as
One longitudinal end side of the functional sheet with inlet portion the substrate is forced into are provided, the outflow portion is provided with the reactants to the other end of the functional sheet to flow out,
In the course of substrates to which the sent into function the sheet moves through the functional sheet in the longitudinal direction, the reactor, characterized in that the substrate and the functional material is configured to contact and react "
Was the gist.

【0007】請求項2記載の発明にあっては、「機能シ
ートの長手方向一端側に設けた通液手段によってキャリ
ヤー流体が機能シート内部に強制的に送り込まれること
で、機能シートの一端側から他端側に至るフローが作ら
れ、このキャリヤー流体のフローに沿って当該機能シー
ト内に送り込まれた基質が機能シート内を一端側から他
端側へ移動するように構成されたことを特徴とする反応
器」をその要旨とした。
According to the second aspect of the invention, the "functional system
A carrier is provided on one end side in the longitudinal direction of the carriage to carry it.
The fluid is forced into the functional sheet.
To create a flow from one end of the functional sheet to the other
Along the flow of this carrier fluid.
The substrate sent into the inside of the functional sheet from the one end side to the other
Reaction characterized by being configured to move to the edge
Vessel "is the gist.

【0008】又、請求項記載の発明にあっては、「
シートが、構成繊維表面に形成した絹フィブロイン層
に触媒が包括固定された不織布であることを特徴とする
反応器」をその要旨とした。
According to the invention of claim 3 , the " machine "
The gist is “reactor characterized in that the Noh sheet is a nonwoven fabric in which a catalyst is entrapped and fixed in a silk fibroin layer formed on the surface of the constituent fibers”.

【0009】以下に本発明の反応器を詳細に説明する。
本発明の反応器は、連続した三次元的な多孔構造を有す
るシートの構成材表面 に触媒などの機能性材料が担持さ
れている機能シートを用い、この機能シートに基質を強
制的に送り込み、機能シート内を長手方向に移動させる
ことにより、基質と触媒とを接触させて反応させるとい
う点に特徴がある。
The reactor of the present invention will be described in detail below.
The reactor of the present invention has a continuous three-dimensional porous structure.
A functional material such as a catalyst is supported on the surface of the components of the sheet.
Is the functional sheet is used, the substrate forcibly fed into the functional sheet, by moving the function in the seat in the longitudinal direction, is characterized in that the reaction is carried out by contacting the substrate and catalyst.

【0010】機能シートは、不織布、フェルト、織物、
編物またはこれらの複合体など連続した三次元的な多孔
構造を有する繊維シートや連続した三次元的な多孔構造
を有する合成樹脂シートを担体とし、これら繊維シート
や合成樹脂シートの構成材表面、すなわち繊維シートや
合成樹脂シートを構成する繊維や合成樹脂表面に触媒な
どの機能性材料を担持させたものである。機能性材料と
しては、白金などの金属触媒や、酵素、微生物菌体、オ
ルガネラ、植物の組織片などの生体触媒等、触媒機能を
有する物質の他、発色剤等の試薬を用いることができ
る。特に生体触媒は、高選択性を持ち高感度であること
から、複数の物質を含んだ混合物中から微量に含まれる
特定の基質を反応させることができる。又、内部に複数
の触媒(酵素)を保有する微生物菌体、オルガネラ、植
物の組織片などの生体触媒を利用した場合には多段的或
は複数種の触媒反応を一つのシートで一度に起こせると
いう利点がある。尚、機能シートには複数種の機能性材
料を担持させてもよく、この場合、微生物菌体やオルガ
ネラと同様に多段的或は複数種の反応を機能シート内で
起こすことができる。機能性材料の機能シートへの固定
化方法としては、結合剤を用いる方法や機能シートの構
成物(例えば繊維)中に触媒等の機能性材料を練り込む
方法などがある。中でも酵素などの生体触媒を固定化す
る方法としては、担体に共有結合、イオン結合、物理的
吸着、生化学的親和力により触媒自体を固定化する担体
結合法、網目構造を有する絹フィブロインなどの高分子
ゲルの格子内や樹脂膜に触媒を閉じ込めて固定化する包
括法などの固定化法を適用することができる。特に絹フ
ィブロインは、タンパク質などの大きな分子は通過させ
ず、基質などの小さな分子は通過させる性質があるた
め、生体触媒を固定化する手段として望ましい。このよ
うに構成された機能シートの長手方向の一端側に基質が
強制的に送り込まれる流入部が設けられている。
Functional sheets include non-woven fabrics, felts, woven fabrics,
The synthetic resin sheet having a fiber sheet or a continuous three-dimensional porous structure with a knitted or continuous three-dimensional porous structures such as these complexes as a carrier, these fiber sheet
Surface of synthetic resin sheet, that is, fiber sheet,
A functional material such as a catalyst is supported on the surface of fibers or synthetic resin forming a synthetic resin sheet . As the functional material, a metal catalyst such as platinum, a biocatalyst such as an enzyme, a microbial cell, an organelle, or a tissue piece of a plant, which has a catalytic function, and a reagent such as a color former can be used. In particular, since the biocatalyst has high selectivity and high sensitivity, it is possible to react a specific substrate contained in a trace amount from a mixture containing a plurality of substances. When a biocatalyst containing multiple catalysts (enzymes) inside, such as a microbial cell, an organelle, or a tissue piece of a plant, is used, it is possible to carry out multi-step or multiple types of catalytic reactions at once with one sheet. There is an advantage. It should be noted that the functional sheet may carry a plurality of types of functional materials, and in this case, a multi-step or a plurality of types of reactions can be caused in the functional sheet as in the case of microbial cells and organelles. As a method of fixing the functional material to the functional sheet, there are a method of using a binder and a method of kneading a functional material such as a catalyst into a constituent (for example, fiber) of the functional sheet. Among them, as a method for immobilizing biocatalyst such as enzyme, covalent bond to carrier, ionic bond, physical adsorption, carrier binding method for immobilizing catalyst itself by biochemical affinity, silk fibroin with network structure, etc. An immobilization method such as an encapsulation method in which the catalyst is confined and immobilized in the lattice of the molecular gel or in the resin film can be applied. In particular, silk fibroin is desirable as a means for immobilizing a biocatalyst because it has a property that it does not allow large molecules such as proteins to pass but small molecules such as substrates. An inflow portion into which the substrate is forcibly fed is provided on one end side in the longitudinal direction of the functional sheet thus configured.

【0011】この機能シートの長手方向の一端側にはポ
ンプ、インジェクターなどの通液手段が配されており、
反応器の流入部を通して機能シート内にキャリヤー流体
が強制的に送り込まれるようになっている。キャリヤー
流体はリン酸緩衝液やホウ酸緩衝液などの緩衝液や不活
性ガスなどの流体であり、このキャリヤー流体が通液手
段によって機能シートの長手方向の一端側から流入部を
通して送り込まれ、機能シート内を長手方向に通過して
機能シートの長手方向の他端側へと流出し、機能シー
トの長手方向の一端から他端へ至るフローが作られてい
る。
A liquid passage means such as a pump or an injector is arranged on one end side in the longitudinal direction of the functional sheet,
The carrier fluid is forced into the functional sheet through the inlet of the reactor. The carrier fluid is a fluid such as a buffer solution such as a phosphate buffer solution or a borate buffer solution or an inert gas, and the carrier fluid is fed from one end side in the longitudinal direction of the functional sheet through the inflow portion by the liquid passing means to function. through the inside sheet in the longitudinal direction and flows out to the other longitudinal end side of the functional sheet, flow extending from one longitudinal end of the functional Sea <br/> bets to the other is made.

【0012】キャリヤー流体の流速としては、特に限定
されないが、キャリヤー流体の流速と機能シートの体積
と空間速度との間には、空間速度=キャリヤー流速/
シートの体積という関係があり、その設定に際して
は、機能シートのサイズ、機能性材料の反応速度、基質
応答曲線のピーク強度などを考慮する必要がある。仮に
キャリヤー流速を0.5ml/分とした場合、機能シー
トの幅は0.3〜1.0cm、長さは2〜10cm、厚
さは0.1〜1.5mmの範囲にあることが望ましい。
というのは、基質応答曲線のピーク強度が大で、応答速
度が速い、空間速度の条件が30〜3000/h−1
望ましくは200〜400/h−1であるからである。
The flow velocity of the carrier fluid is not particularly limited, but between the flow velocity of the carrier fluid and the volume of the functional sheet and the space velocity, space velocity = carrier velocity / machine
It is related that the volume of the capacity sheet, in that setting the size of the functional sheet, the reaction rate of the functional material, it is necessary to consider and peak intensity of the substrate response curve. If the carrier flow rate is 0.5 ml / min, the functional sheet has a width of 0.3 to 1.0 cm, a length of 2 to 10 cm, and a thickness of 0.1 to 1.5 mm. Is desirable.
This is because the peak intensity of the substrate response curve is high, the response speed is fast, and the space velocity condition is 30 to 3000 / h -1 ,
This is because it is preferably 200 to 400 / h −1 .

【0013】又、反応器の流入部からは、キャリヤー流
体とともに基質も通液手段によって機能シート内に送り
込まれるようになっている。ここで、基質と、基質と反
応を起こす機能性材料とを例示すると、グルコース−グ
ルコースオキシターゼ、エタノール−アルコールオキシ
ターゼ、尿酸−ウリカーゼ、L−アミノ酸−Lアミノ酸
オキシターゼ、L−アスパラギン−アスパラギナーゼ、
尿素−ウレアーゼ、コレステロール−コレステロールエ
ステラーゼ、中性脂肪−リパーゼ、グルコース−ペセウ
ドモナスフロレッセンス(Pseudomonas f
luorescens)、アンモニア−消化菌、BOD
−トリコスポロンカタネウム(Trichosporo
n cutaneum)などを挙げることができる。
From the inlet of the reactor, the substrate as well as the carrier fluid is fed into the functional sheet by the liquid passing means. Here, when a substrate and a functional material that reacts with the substrate are exemplified, glucose-glucose oxidase, ethanol-alcohol oxidase, uric acid-uricase, L-amino acid-L amino acid oxidase, L-asparagine-asparaginase,
Urea-urease, cholesterol-cholesterol esterase, neutral fat-lipase, glucose-Pseudomonas florescens (Pseudomonas f)
luorescens), ammonia-digesting bacteria, BOD
-Trichosporon Cataneum (Trichosporo)
n cutaneum) and the like.

【0014】反応器の流入部を通して機能シート内に送
り込まれた基質は、キャリヤー流体のフローに沿って、
機能シートの長手方向の一端側から他端側へと移動する
ようになる。この移動の過程で機能シートの構成材表面
に担持された機能性材料と基質とが接触し、ここに反応
が起こるのである。尚、予め所定量だけの基質とキャリ
ヤー流体とを混合しておき、これをインジェクター等で
機能シートに送り込むようにすることもできる。
The substrate fed into the functional sheet through the inlet of the reactor, along with the flow of carrier fluid,
The functional sheet moves from one end side to the other end side in the longitudinal direction. In the process of this movement, the surface of the functional sheet components
The functional material carried by the and the substrate come into contact with each other, and the reaction occurs there. It should be noted that a predetermined amount of the substrate and the carrier fluid are mixed in advance, and this is mixed with an injector or the like.
It can also be sent to a function sheet.

【0015】前記機能シートで生じた反応物、即ち反応
生成物若しくは反応消費物は機能シートの長手方向の他
端側に設けられた流出部から流出するようになってい
る。この流出部には、有用物質の生産、分析、定量或は
環境汚染物質の分解除去等の目的に応じて、精製機、検
出器などが接続され、反応物の処理が行われるようにな
っている。
The reaction product generated on the functional sheet, that is, the reaction product or the reaction consumer, flows out from the outflow portion provided on the other end side in the longitudinal direction of the functional sheet. Purifiers, detectors, etc. are connected to this outflow section for the purpose of production, analysis, quantification of useful substances or decomposition and removal of environmental pollutants, and the reaction products are processed. There is.

【0016】反応器の具体例として、図1及び図2に
は、2枚のアクリル製板6,6の間にシリコーンシート
をスペーサー7として充填して、アクリル製板6,6の
間に機能シート5を収納する収納部4を形成すると共
に、この収納部4の長手方向の一端側にはキャリヤー流
体及び基質の流入部2を設け、他端側には流出部3を設
けたプラスチックセル1を用い、このセル1の収納部4
内に機能シート5を長手方向に収納したものが示されて
いる。この反応器によれば、プラスチックセル1の流入
部2を通してキャリヤー流体と基質とがセル1内に流入
し、これらキャリヤー流体及び基質がセル1に設けた収
納部4の機能シート5内部を長手方向に移動し、機能
ート5内で基質と機能シート5の構成材表面に担持され
た機能性材料とが接触し反応が起き、この反応による
反応物が同じくセル1の流出部3を通して流出されるよ
うになっている。尚、反応器の別の態様として、図3に
示すように、両側壁に流入部2と流出部3が夫々設けら
れた容器をプラスチックセル1とし、このセル1内に
シート5を長手方向に収納したものも挙げることが出
来る。
As a concrete example of the reactor, in FIGS. 1 and 2, a silicone sheet is filled as a spacer 7 between two acrylic plates 6 and 6 to function between the acrylic plates 6 and 6. A plastic cell 1 in which a storage part 4 for storing a sheet 5 is formed, a carrier fluid / substrate inflow part 2 is provided at one end side in the longitudinal direction of the storage part 4, and an outflow part 3 is provided at the other end side. Using the storage part 4 of this cell 1.
It is shown that the functional sheet 5 is housed in the longitudinal direction. According to this reactor, the carrier fluid and the substrate flow into the cell 1 through the inflow portion 2 of the plastic cell 1, and the carrier fluid and the substrate flow in the functional sheet 5 of the storage portion 4 provided in the cell 1 in the longitudinal direction. Go to, functioning <br/> substrate and functional sheet 5 configuration material surface in contact with the supported functional material in the reaction is going on over preparative within 5, of the reactants also cell 1 according to the reaction It is designed to flow out through the outflow portion 3. As another aspect of the reactor, as shown in FIG. 3, a container having an inflow part 2 and an outflow part 3 on both side walls is a plastic cell 1 and the inside of this cell 1 is a machine.
It is also possible to cite a Noh sheet 5 stored in the longitudinal direction.

【0017】反応器の機能シートについて好適な例を挙
げて更に詳説する。例えばレーヨンなどの親水性繊維を
主体とし、これら繊維を水流絡合により三次元的に絡合
した不織布を用い、この不織布の構成繊維表面に絹フィ
ブロインのゲル層を形成し、この絹フィブロイン層に触
媒を包括固定した機能シートがよい。この機能シートに
あっては、絹フィブロインのゲル層が表面部では結晶構
造領域が集中し、内部ではこの領域が少ない不均一な構
造となっており、このため、酵素などの触媒分子は大き
いためゲル層から容易に出ることはできないが、低分子
である基質や反応物は自由に出入りすることができる。
また、ゲル層内では酵素などの触媒の自由度が大きいた
め、反応しやすい状態となっており、故に層内の触媒の
活性が高く、特定の化学物質と触媒とが接触しやすい状
態を実現することができる。更に、親水性繊維を主体と
する不織布の構成繊維表面に絹フィブロインのゲル層が
形成されているため、繊維とゲル層との親和性が高く、
ゲル層が繊維表面から容易に脱落しないようになる。上
機能シートは、親水性繊維を主体とする水流絡合不織
布に触媒を含む絹フィブロイン水溶液を含浸して、不織
布の構成繊維表面に絹フィブロインを付着せしめ、これ
を乾燥した後、アルコールにより不溶化するという工程
で得ることができる。
The functional sheet of the reactor will be described in more detail with a suitable example. For example, using a non-woven fabric mainly composed of hydrophilic fibers such as rayon and three-dimensionally entangled by hydroentangling, a silk fibroin gel layer is formed on the surface of the constituent fibers of the non-woven fabric, and the silk fibroin layer is formed on the silk fibroin layer. A functional sheet in which the catalyst is comprehensively fixed is preferable. In this functional sheet, the silk fibroin gel layer has a heterogeneous structure with a concentrated crystal structure region on the surface and a small number of this region inside, so that the catalyst molecules such as enzymes are large. Although it cannot easily come out of the gel layer, it can freely come in and out of low molecular weight substrates and reactants.
In addition, since the degree of freedom of the catalyst such as the enzyme is large in the gel layer, it is in a state where it is easy to react. Therefore, the activity of the catalyst in the layer is high, and it is easy to contact the specific chemical substance with the catalyst. can do. Furthermore, since the gel layer of silk fibroin is formed on the surface of the constituent fibers of the non-woven fabric composed mainly of hydrophilic fibers, the affinity between the fibers and the gel layer is high,
The gel layer does not easily fall off the fiber surface. The functional sheet is obtained by impregnating a hydro-entangled nonwoven fabric composed mainly of hydrophilic fibers with an aqueous silk fibroin solution containing a catalyst to adhere silk fibroin to the surface of the constituent fibers of the nonwoven fabric, which is dried and then insolubilized with alcohol. It can be obtained in the process.

【0018】[0018]

【実施例】実施例 家蚕精練絹からなる繊維ウェブを、水流絡合法により絡
合して厚さ0.5mm、見かけ密度0.18g/cm
の不織布とした。一方、3%絹フィブロイン水溶液を調
整し、これに生体触媒としてグルコースオキシターゼ
(EC.1.1.3.4)を絹フィブロインに対して3
%の割合で添加した溶液を作製した。この溶液を上記不
織布に含浸し、20℃、50%の相対温度下で2時間風
乾した後、80%メタノール水溶液に30秒間浸漬して
絹フィブロインを不溶化した。図1及び図2に示すよう
に、この機能シートを幅5mm、長さ50mmの長方形
にカットし、2枚のアクリル製板6,6の間に厚さ0.
5mmのシリコーンシートをスペーサー7として充填し
て平板状のプラスチックセル1を作製した。このセル1
に収納された機能シート5の長手方向の一端側にはキャ
リヤー流体及び基質の流入部2を設け、更にこの流入部
2にはキャリアー流体及び基質を反応器に強制的に送り
込むポンプ8、インジェクター9を配した。一方、機能
シート5の長手方向の他端側には酵素電極10を設置し
てバイオセンサーを作製した。
[Examples] Example A fibrous web made of silkworm scouring silk was entangled by a hydroentangling method to have a thickness of 0.5 mm and an apparent density of 0.18 g / cm 3.
Of non-woven fabric. On the other hand, a 3% silk fibroin aqueous solution was prepared, and glucose oxidase (EC.1.1.3.4) as a biocatalyst was added to the silk fibroin in an amount of 3%.
A solution added at a ratio of% was prepared. The above nonwoven fabric was impregnated with this solution, air-dried at 20 ° C. and a relative temperature of 50% for 2 hours, and then immersed in an 80% methanol aqueous solution for 30 seconds to insolubilize silk fibroin. As shown in FIGS. 1 and 2, this functional sheet was cut into a rectangle having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and a thickness of 0.
A 5 mm silicone sheet was filled as a spacer 7 to produce a flat plastic cell 1. This cell 1
A carrier fluid / substrate inflow portion 2 is provided on one end side in the longitudinal direction of the functional sheet 5 housed in the pump. Further, a pump 8 and an injector 9 for forcibly feeding the carrier fluid and substrate into the reactor are provided in the inflow portion 2. Arranged. On the other hand, the enzyme electrode 10 was installed on the other end side of the functional sheet 5 in the longitudinal direction to manufacture a biosensor.

【0019】キャリアー流体としてpH7のリン酸緩衝
液をダブルプランジャー型ポンプで0.5ml/分の速
度で機能シートに送り込むと共に、基質として10μl
のぶどう糖(グルコース)水溶液をループインジェクタ
ーでキャリヤー流体のフロー中に強制的に送り込み、反
応器の機能シート内においてグルコースオキシターゼと
触媒反応させ、反応器の流出部の酸素電極により溶存酸
素濃度を測定した。なお、溶存酸素濃度の測定はグルコ
ースオキシターゼがグルコースを酸化させる際に酸素を
消費することに基づいている。
A phosphate buffer solution having a pH of 7 as a carrier fluid was fed into the functional sheet at a rate of 0.5 ml / min by a double plunger type pump, and 10 μl as a substrate.
An aqueous solution of glucose (glucose) was forcibly fed into the carrier fluid flow by a loop injector to cause catalytic reaction with glucose oxidase in the functional sheet of the reactor, and the dissolved oxygen concentration was measured by the oxygen electrode at the outlet of the reactor. . The measurement of the dissolved oxygen concentration is based on the fact that glucose oxidase consumes oxygen when it oxidizes glucose.

【0020】この測定値は基質応答曲線として得られ、
曲線はピーク型を示した。ぶどう糖濃度を0.05〜
2.00%の範囲で変化させて測定を行い、ぶどう糖濃
度の逆数とピーク強度の逆数とをプロットしたところ、
比例関係を示す直線の検量線が得られた。従って、この
実施例のバイオセンサーによれば、この検量線を利用し
て、未知のサンプル内に含まれるぶどう糖の濃度を測定
することができる。
This measured value is obtained as a substrate response curve,
The curve showed a peak shape. Glucose concentration 0.05 ~
The measurement was performed while changing the range of 2.00%, and the reciprocal of glucose concentration and the reciprocal of peak intensity were plotted.
A linear calibration curve showing a proportional relationship was obtained. Therefore, according to the biosensor of this example, the concentration of glucose contained in an unknown sample can be measured using this calibration curve.

【0021】比較例 シート面に対して直角の方向にキャリヤー流体が流れる
ように設計された円盤状のセルに、実施例で得た機能シ
ートを直径22mmの円盤状に打ち抜いたものを装着し
て、リアクター部を作製した。
Comparative Example A disc-shaped cell designed to allow a carrier fluid to flow in a direction perpendicular to a sheet surface was fitted with a disc-shaped disc having a diameter of 22 mm obtained by punching out the functional sheet obtained in the example. , The reactor part was produced.

【0022】リアクター部を上記リアクター部に変えた
こと以外は、実施例と同様にして溶存酸素濃度を測定し
たところ、基質応答性が極めて低く、ピーク強度は実施
例で検出された強度の10%以下で、感度が低く使用に
耐えないものであった。
The dissolved oxygen concentration was measured in the same manner as in Example except that the reactor section was changed to the above-mentioned reactor section. As a result, the substrate responsiveness was extremely low and the peak intensity was 10% of the intensity detected in the Example. In the following, the sensitivity was low and it could not be used.

【0023】[0023]

【発明の効果】上記構成を備えたことにより、請求項1
記載の反応器にあっては、連続した三次元的な多孔構造
を有するシートの構成材表面に触媒などの機能性材料が
担持されている機能シートに基質が送り込まれ、この基
質が機能シート内部を長手方向に移動する過程で基質と
機能性材料との反応が行われるようになっていることか
ら、機能シートでの高効率な反応を実現することがで
き、基質や機能性材料の量を必要最小限にとどめること
ができる。又、この反応器にあっては、基質が機能シー
トの長手方向の一端側より連続的に送り込まれ、機能
ート内で反応が連続的に行われるようになっており、分
析、定量、有用物質の生産或は環境汚染物質の分解除去
等の処理を効率的に行うことができる。又、この反応器
にあっては、連続した三次元的な多孔構造を有するシー
トの構成材表面に触媒などの機能性材料が担持されてい
る機能シートを備えていることから、気泡を除くことが
容易であり、湿潤状態にする必要がなく、数分間キャリ
ヤー流体を流すことでコンディショニングをすることが
できる。又、乾燥した状態に保存できるので、水中の夾
雑物の影響を受けにくく、夾雑物による触媒の活性の低
下を招きにくく長期の保存が可能となる。又、この反応
器にあっては、機能シートが大きな空隙が連続した三次
元的な多孔構造を持つことから、タンパク質や微生物な
どの夾雑物によって目づまりが生しにくく、機能シート
の目づまりによる触媒機能の低下を招きにくくすること
ができる。
According to the present invention, the above-mentioned structure is provided.
In the described reactor, a continuous three-dimensional porous structure
A functional material such as a catalyst is placed on the surface of the constituent material of the sheet
Substrate is fed into the functional sheet being carried, since the reaction of the substrate with functional sheet inside in the process of moving in the longitudinal direction with the substrate and the functional material is to be carried out, high in functionality sheet Efficient reaction can be realized, and the amount of substrate and functional material can be minimized. Also, in this reactor, the substrate is fed continuously from one longitudinal end of the functional Sea <br/> bets, to react in the functioning <br/> over preparative is continuously performed Therefore, it is possible to efficiently perform processing such as analysis, quantification, production of useful substances or decomposition and removal of environmental pollutants. Further, in this reactor , a sheet having a continuous three-dimensional porous structure is used.
A functional material such as a catalyst is supported on the surface of the component
Since it is provided with a functional sheet, it is easy to remove air bubbles, it is not necessary to make it wet, and conditioning can be performed by flowing the carrier fluid for several minutes. Further, since it can be stored in a dry state, it is less likely to be affected by contaminants in water, and the contaminants are less likely to reduce the activity of the catalyst, which enables long-term storage. In addition, in this reactor, the functional sheet has a tertiary
Since it has an original porous structure, clogging is less likely to occur due to contaminants such as proteins and microorganisms, and deterioration of the catalytic function due to clogging of the functional sheet can be prevented.

【0024】又、請求項2記載の反応器にあっては、機
能シートの一端側から他端側に至るキャリヤー流体のフ
ローに沿って当該機能シート内に送り込まれた基質が機
能シート内を一端側から他端側へ移動するようになって
いるので、基質が機能シート内をスムーズに移動するこ
とができ、より効率的な反応を実現することができる。
Further , in the reactor according to claim 2,
Carrier fluid flow from one end of the performance sheet to the other.
The substrate fed into the function sheet along the row is
To move inside the Noh seat from one end to the other
The substrate can move smoothly in the function sheet.
Therefore, a more efficient reaction can be realized.

【0025】又、請求項記載の反応器にあっては、機
能シートとして用いた不織布の構成繊維表面に形成され
た絹フィブロインのゲル層が、酵素などの触媒分子は大
きいためゲル層から容易に出入りできないのに対し、低
分子である基質や反応物は自由に出入りすることができ
るという性質を有しており、また、このゲル層では触媒
の自由度が大きいことから、高効率な触媒反応を実現す
ることができる。
Further, in the reactor according to claim 3, the silk fibroin gel layer formed on the surface of the constituent fibers of the non-woven fabric used as the functional sheet is easily formed from the gel layer because the catalyst molecules such as enzymes are large. It has the property that low molecular weight substrates and reactants can freely move in and out, whereas this gel layer has a high degree of freedom in the catalyst. The reaction can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は請求項1記載の反応器を模式的に示した
正面図である。
FIG. 1 is a front view schematically showing a reactor according to claim 1.

【図2】図2はプラスチックセル及び機能シートを正面
からみた拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a plastic cell and a functional sheet as seen from the front.

【図3】図3は反応器の別の例を示す拡大断面図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing another example of the reactor.

【符号の説明】 1・・・プラスチックセル 2・・・流入部 3・・・
流出部 4・・・収納部 5・・・機能シート
[Explanation of symbols] 1 ... plastic cell 2 ... inflow part 3 ...
Outflow section 4 ... Storage section 5 ... Functional sheet

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続した三次元的な多孔構造を有するシ
ートの構成材表面に触媒などの機能性材料が担持されて
いる機能シートを備え、この機能シートの長手方向の一
端側に基質が強制的に送り込まれる流入部が設けられて
いると共に、機能シートの他端側に反応物が流出する流
出部が設けられており、当該機能シート内に送り込まれ
た基質が機能シート内を長手方向へ移動する過程で、基
質と機能性材料とが接触し反応するように構成されたこ
とを特徴とする反応器。
1. A system having a continuous three-dimensional porous structure.
A functional material such as a catalyst is supported on the surface of the component
A function sheet are, substrate in the longitudinal direction of the one end side of the functional sheet, together with inlet part which is forced into is provided, and the outflow part is provided reactants to the other end of the functional sheet flows out cage, reactor in the process of substrate fed to the function the sheet moves through the functional sheet in the longitudinal direction, characterized in that the substrate and the functional material is configured to contact and react.
【請求項2】 前記機能シートの長手方向一端側に設け2. Provided to one end side in the longitudinal direction of the functional sheet
た通液手段によってキャリヤー流体が機能シート内部にCarrier fluid inside the functional sheet
強制的に送り込まれることで、機能シートの一端側からBy being forcibly fed, from one end side of the function sheet
他端側に至るフローが作られ、このキャリヤー流体のフThe flow to the other end is created and the carrier fluid flow is
ローに沿って当該機能シート内に送り込まれた基質が機The substrate fed into the function sheet along the row is
能シート内を一端側から他端側へ移動するように構成さIt is configured to move from one end to the other end in the Noh seat.
れたことを特徴とする請求項1記載の反応器。The reactor according to claim 1, characterized in that
【請求項3】 機能 シートが、構成繊維表面に形成した
絹フィブロイン層に触媒が包括固定された不織布である
ことを特徴とする請求項1または2記載の反応器。
3. A functional sheet is, the reactor according to claim 1 or 2, wherein the catalyst silk fibroin layer formed on the constituent fibers surface is entrapped and immobilized nonwoven.
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