JP2986899B2 - Functional thin films of guanidinium derivatives - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基質選択性及び検出感度が高いセンサー，
基質の輸送抽出等に使用される担体等としての用途が有
望視されるグアニジニウム誘導体から製膜された機能薄
膜に関する。The present invention relates to a sensor having high substrate selectivity and high detection sensitivity,
The present invention relates to a functional thin film formed from a guanidinium derivative which is expected to be used as a carrier or the like used for transport extraction of a substrate.

［従来の技術］ 化学物質に応答するセンサーは、化学センサーと呼ば
れており、（１）pHセンサーに代表されるイオンセンサ
ー，（２）ガスセンサー，（３）バイオセンサー等があ
る。イオンセンサーは、被測定液に含まれている化学物
質の濃度をイオン感応膜の膜電位変化として検出する。
ガスセンサーとしては多種多様なものであるが、たとえ
ば半導体ガスセンサーは、ガス分子吸着時の電気抵抗変
化を測定し、低電位電解式及びガルバニ電池式のガスセ
ンサーは、電気化学的酸化還元を利用するものである。
これらイオンセンサー及びガスセンサーでは、被検出物
によって感応部の分性が変化し、その変化量を検出シグ
ナルとして取り出している。また、測定される対象とし
ては、無機分子が多い。[Related Art] Sensors that respond to chemical substances are called chemical sensors, and include (1) an ion sensor represented by a pH sensor, (2) a gas sensor, and (3) a biosensor. The ion sensor detects the concentration of the chemical substance contained in the liquid to be measured as a change in the membrane potential of the ion-sensitive membrane.
There are various types of gas sensors.For example, semiconductor gas sensors measure the change in electrical resistance during gas molecule adsorption, and low-potential electrolytic and galvanic cell gas sensors use electrochemical oxidation-reduction. Is what you do.
In these ion sensors and gas sensors, the nature of the sensitive part changes depending on the object to be detected, and the amount of change is extracted as a detection signal. In addition, there are many inorganic molecules to be measured.

他方、有機分子の検出は、医療検査，発酵，食品工
業，バイオエンジニアリング等の多くの分野で必要とさ
れる。この検出手段としては、酵素センサー等のバイオ
センサーが使用されている。このバイオセンサーでは、
特定の物質を選択的に認識できる生体物質を利用し、被
測定物質との化学反応に含まれる物質変化を検出シグナ
ルとして取り出している。On the other hand, detection of organic molecules is required in many fields such as medical testing, fermentation, food industry, bioengineering and the like. As this detecting means, a biosensor such as an enzyme sensor is used. In this biosensor,
Using a biological substance capable of selectively recognizing a specific substance, a change in a substance included in a chemical reaction with the substance to be measured is extracted as a detection signal.

すなわち、従来のバイオセンサーでは、被検出物質と
特異な反応を行う生体物質を選択し、イオンセンサーや
ガスセンサー等で検出可能な酸素，過酸化水素等の生成
物を与えている。そして、イオンセンサー又はガスセン
サーとの組合わせによって、多種類の有機分子の検出が
可能となり、また微量測定も可能となる。That is, in the conventional biosensor, a biological substance that reacts specifically with the substance to be detected is selected, and products such as oxygen and hydrogen peroxide that can be detected by an ion sensor, a gas sensor, or the like are provided. Then, in combination with an ion sensor or a gas sensor, it becomes possible to detect various kinds of organic molecules, and it is also possible to measure a trace amount.

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来から使用されているバイオセンサ
ーでは、その機能上から感応部とシグナル発生部が別個
に構成されているため、複雑な構造を持つものとなって
いる。しかも、固定化酵素等を使用するセンサーでは、
酵素の活性が経時的に変化したり、使用温度が酵素の種
類によって定まる生理温度付近に制限される欠点があ
る。[Problems to be Solved by the Invention] However, a conventionally used biosensor has a complicated structure because a sensitive part and a signal generating part are separately configured in terms of its function. . Moreover, in sensors using immobilized enzymes, etc.
There are drawbacks in that the activity of the enzyme changes over time, and that the use temperature is limited to a physiological temperature determined by the type of the enzyme.

この点、無機化合物を対象とするイオンセンサーやガ
スセンサーと同様な感知応答機構を持った有機物センサ
ーの開発が要求されており、一部では試験的な研究が行
われている。たとえば、岡畑等は、Polymer Preprints.
Japan Vol.37,No.10p3309−3311（1988）で、二分子膜
で被覆した水晶発振子及び多孔ポリマー膜を使用し、二
分子膜に各種の水性アルコールを吸着させるとき、それ
ぞれ重量，膜電位，膜抵抗等が変化することを見い出
し、センサーとして使用可能なことを報告している。こ
こでの分子識別は、疎水分子が膜の疎水層に分配される
ことによって行われる。In this regard, the development of an organic substance sensor having a sensing response mechanism similar to that of an ion sensor or a gas sensor targeting inorganic compounds is required, and some studies are being conducted on a trial basis. For example, Okahata etc. are Polymer Preprints.
In Japan Vol.37, No.10p3309-3311 (1988), when using a crystal oscillator and a porous polymer membrane coated with a bilayer membrane and adsorbing various aqueous alcohols on the bilayer membrane, the weight and membrane potential are respectively And changes in film resistance, etc., and report that it can be used as a sensor. The molecular identification here is performed by distributing the hydrophobic molecules to the hydrophobic layer of the membrane.

また、小田嶋等は、脂溶性大環状ポリアミンを含む液
膜を分子認識素子とするカテコール類感応センサー［第
３回生体機能関連化学シンポジウム予講集p165−167（1
988）］やATPセンサー［1989環太平洋国際化学会議予稿
集第１部BIOS04−420（1989）］を報告している。前者
では、ホスト−ゲスト間の水素結合相互作用によるプロ
トンエジェクション、後者ではイオン対形成を電位応答
のメカニズムと推察している。Odashima et al. Have proposed a catechol-type sensitive sensor using a liquid membrane containing a fat-soluble macrocyclic polyamine as a molecular recognition element [3rd Symposium on Biofunctional Chemistry, p165-167 (1)
988)] and ATP sensors [BIOS04-420 (1989), Proceedings of the 1989 Pan Pacific International Chemistry Conference]. In the former, it is assumed that proton ejection by hydrogen bonding interaction between the host and the guest is performed, and in the latter, ion pair formation is a mechanism of potential response.

ところが、岡畑等が報告したセンサーは、対象とする
化合物が脂溶性のものに限られるという欠点がある。他
方、小田嶋等のセンサーは、応答のpH依存性が大きいと
共に、液膜型であることから、測定できる物性量が電位
変化に限られる。また、利用しているホスト−ゲスト相
互作用が均一溶液系のものであることから、被検出物を
均一溶液系で結合する分子の合成が必要とされる。その
ため、選択性，感度，操作性が低くなる欠点がある。However, the sensor reported by Okahata et al. Has the disadvantage that the target compound is limited to fat-soluble compounds. On the other hand, the sensor of Odashima et al. Has a large pH dependence of the response and is of a liquid film type, so that the amount of physical properties that can be measured is limited to a potential change. In addition, since the host-guest interaction used is of a homogeneous solution system, it is necessary to synthesize a molecule that binds the analyte in the homogeneous solution system. Therefore, there is a disadvantage that the selectivity, sensitivity, and operability are reduced.

そこで、本発明は、前述したイオンセンサーやガスセ
ンサー等のタイプに相当する新規な有機物センサーとし
て有用な物質を提供することを目的とする。また、セン
サーに限らず、基質の輸送や抽出等に使用される担体と
して使用される新規なグアニジニウム誘導体及び該誘導
体を使用して製膜された機能薄膜を提供することを目的
とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a substance useful as a novel organic substance sensor corresponding to the above-described types such as the ion sensor and the gas sensor. It is another object of the present invention to provide a novel guanidinium derivative used as a carrier used for transporting and extracting a substrate, and a functional thin film formed using the derivative, without being limited to a sensor.

［課題を解決するための手段］ 本発明の機能薄膜は、その目的を達成するため、一般
式 （ただし、Ｒは炭素数10〜22の長鎖アルキル基又は長鎖
フルオロアルキル基を示し、HXは酸を示す。）で表され
るグアニジニウム誘導体をLB法，キャスト法又は分散法
で製膜し、分子の自己組織化によってグアニジニウム基
が膜表面に向かって配列されていることを特徴とする。
この機能薄膜は、物理的或いは化学的吸着により固体表
面に固定化することもできる。[Means for Solving the Problems] The functional thin film of the present invention has a general formula (However, R represents a long-chain alkyl group or a long-chain fluoroalkyl group having 10 to 22 carbon atoms, and HX represents an acid.) A guanidinium derivative represented by the following formula is formed by the LB method, cast method or dispersion method. The guanidinium groups are arranged toward the film surface by self-assembly of molecules.
This functional thin film can be immobilized on a solid surface by physical or chemical adsorption.

［作用］ 本発明で使用するグアニジニウム誘導体は、次式で表
される構造をもっている。[Action] The guanidinium derivative used in the present invention has a structure represented by the following formula.

ここで、Ｒは、炭素数10〜22の長鎖８アルキル，長鎖
フルオロアルキル基又はその誘導体である。この化合物
を製膜することにより、親水基であるグアニジニウム基
の方向が制御された化合物の薄膜が得られる。 Here, R is a long-chain 8 alkyl, long-chain fluoroalkyl group having 10 to 22 carbon atoms or a derivative thereof. By forming this compound into a film, a thin film of the compound in which the direction of the guanidinium group, which is a hydrophilic group, is controlled can be obtained.

グアニジニウム誘導体は、イオン性の基質と結合する
ことができるため、生物学的な受容器として重要な作用
を呈することは従来から知られていることである。ま
た、グアニジニウム基は、約13.5と高いpKa値を持って
いるため、広いpH領域で陽イオン性の状態を維持するこ
とができる。しかも、アミン部位は水素結合能も備えて
いる。It is well known that guanidinium derivatives exhibit an important function as a biological receptor because they can bind to an ionic substrate. In addition, since the guanidinium group has a high pKa value of about 13.5, it can maintain a cationic state in a wide pH range. Moreover, the amine moiety also has a hydrogen bonding ability.

このグアニジニウム誘導体に関し、Yarus等はBiochem
istry,Vol.28,p.980〜988（1989）で、Ｌ−アルギニン
は、GTPとTetrahymenaのイントロンとの反応を競合的に
抑制するが、これはアルギニンのもつグアニジニウム基
が水素結合能及び陽イオン性によってリボ核酸と特異的
に結合することが原因であると報告している。Regarding this guanidinium derivative, Yarus et al.
In istry, Vol. 28, pp. 980-988 (1989), L-arginine competitively inhibits the reaction between GTP and the intron of Tetrahymena, because the guanidinium group of arginine has a hydrogen bonding ability and a positive effect. It is reported that the cause is specific binding to ribonucleic acid by ionicity.

また、グアニジニウム基を低分子の人工レセプターと
して利用する研究も行われている。たとえば、Lehn等
は、J.Am.Chem.Soc.,Vol.111,p.4994〜4995（1989）
で、グアニジニウム基を分子認識部位として有する人工
レセプターとして設計し、それによるカルボン酸，リン
酸化合物等の結合を報告している。ただし、この場合の
分子認識は均一溶媒中で行われており、認識能の効率化
はグアニジニウム基を含む複雑な分子認識部位をもつ化
合物を合成することによって達成している。Also, studies have been made to utilize a guanidinium group as a low-molecular artificial receptor. For example, Lehn et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 111, p. 4994-4995 (1989).
Thus, they have designed an artificial receptor having a guanidinium group as a molecular recognition site, and reported the binding of a carboxylic acid, a phosphoric acid compound, and the like using the artificial receptor. However, the molecular recognition in this case is performed in a homogeneous solvent, and the efficiency of the recognition ability is achieved by synthesizing a compound having a complex molecular recognition site containing a guanidinium group.

これに対し、本発明では、グアニジニウム基にアルキ
ル誘導体を導入することによって薄膜を形成し、グアニ
ジニウム基の配向を制御し、その部位を利用し特異な基
質の結合を行っている。しかも、本発明のグアニジニウ
ム誘導体は、LB法，キャスト法，分散法等で製膜するこ
とによって、水，水性溶媒，有機溶媒等の各種の溶媒中
で使用され、高密度及び高感度の選択性を有する機能薄
膜となる。本発明のグアニジニウム誘導体は、次のよう
に合成される。On the other hand, in the present invention, a thin film is formed by introducing an alkyl derivative to a guanidinium group, the orientation of the guanidinium group is controlled, and a specific substrate is bound using the site. Moreover, the guanidinium derivative of the present invention can be used in various solvents such as water, an aqueous solvent, and an organic solvent by forming a film by an LB method, a casting method, a dispersion method, etc. A functional thin film having The guanidinium derivative of the present invention is synthesized as follows.

先ず、長鎖アルキル臭化物をアジ化ナトリウムによっ
てアジド化し、次いで水素リチウムアルミニウムと反応
させ長鎖アルキルアミン誘導体を合成する。更に、この
長鎖アルキルアミン誘導体に硫酸ｓ−メチルイソチオ硫
酸を反応させた後、対イオンを硫酸イオンから適当な陰
イオンに交換する。これによって、グアニジニウム誘導
体が得られる。次式は、その合成過程を示すものであ
る。First, a long-chain alkyl bromide is azido-treated with sodium azide, and then reacted with lithium aluminum hydrogen to synthesize a long-chain alkylamine derivative. Further, after reacting the long-chain alkylamine derivative with s-methylisothiosulfate sulfate, the counter ion is exchanged from a sulfate ion to a suitable anion. As a result, a guanidinium derivative is obtained. The following equation shows the synthesis process.

合成されたグアニジニウム誘導体は、自己組織性及び
会合性をもっている。たとえば、このグアニジニウム誘
導体を水性の液面に展開するとき、親水基−NH−Ｃ（NH
−NH₂が界面に指向して、疎水基Ｒが逆方向に指向した
配列形態をとる。更に、界面に展開された薄膜を基板に
累積すると、この配向性を維持したLB累積膜が得られ
る。 The synthesized guanidinium derivative has a self-organizing property and an associative property. For example, when this guanidinium derivative is developed on an aqueous liquid surface, the hydrophilic group —NH—C (NH
-NH ₂ is oriented toward the interface, and the hydrophobic group R is arranged in the opposite direction. Further, when the thin film developed at the interface is accumulated on the substrate, an LB accumulated film maintaining this orientation can be obtained.

また、展開法によらず、アセトン，クロロホルム等の
有機溶媒にグアニジニウム誘導体を溶解したものを、ガ
ラス板等の基板上にキャストし、自然乾燥させるキャス
ト法で製膜するときにも、更に適宜の方法によって水に
分散させてリポソームを形成しても、同様な分子の自己
組織化が行われる。Further, regardless of the developing method, when a solution obtained by dissolving a guanidinium derivative in an organic solvent such as acetone or chloroform is cast on a substrate such as a glass plate and formed into a film by a casting method of naturally drying, a further appropriate method is employed. Similar self-assembly of molecules is performed by dispersing in water to form liposomes.

配向したグアニジニウム基は、それのもつ正電荷によ
るイオン対形成能及びアミン部位がもつ水素結合成能に
より、基質を選択的に結合する。たとえば、種々のカル
ボン酸，リン酸，ヌルレオチド等を添加した水性液体を
使用して単分子膜を形成するとき、基質に応じてそれぞ
れ膜形成挙動が異なる基質選択性を示す。The oriented guanidinium group selectively binds the substrate due to its ability to form an ion pair due to its positive charge and its ability to form hydrogen bonds in the amine moiety. For example, when a monomolecular film is formed using an aqueous liquid to which various carboxylic acids, phosphoric acids, nulleotide, etc. are added, the film-forming behavior exhibits different substrate selectivity depending on the substrate.

このように、本発明のグアニジニウム誘導体における
グアニジニウム基は、イオン対形成に必要な正電荷をも
つと共に、そのアミン部位が水素結合形成能を併せもっ
ている。そのため、このグアニジニウム基とジカルボン
酸或いはATP等のヌクレオチドの複数個の官能基とによ
り、多数のイオン対及び水素結合の組合せをもたせるこ
とができる。As described above, the guanidinium group in the guanidinium derivative of the present invention has a positive charge necessary for ion pair formation, and also has an amine moiety having a hydrogen bond forming ability. Therefore, the guanidinium group and a plurality of functional groups of a nucleotide such as dicarboxylic acid or ATP can provide many combinations of ion pairs and hydrogen bonds.

この組合せにより、二つの化合物間に生じる相互作用
の強さが変化し、その強度及び基質となる化合物の分子
構造に応じて膜形成時の挙動が変化する。This combination changes the strength of the interaction between the two compounds, and changes the behavior during film formation according to the strength and the molecular structure of the compound serving as the substrate.

この性質を利用して、本発明の機能薄膜は、広範な分
野におけるセンサーや担体等として使用される。特に、
本発明のジアニジニウム誘導体は、ATPを10^-6M程度の非
常に低濃度でも結合することから、高感度のATPセンサ
ーとしての利用が期待される。Utilizing this property, the functional thin film of the present invention is used as a sensor, a carrier or the like in a wide range of fields. Especially,
Since the dianidinium derivative of the present invention binds ATP even at a very low concentration of about 10 ⁻⁶ M, it is expected to be used as a highly sensitive ATP sensor.

実施例1:ビス−［４′−オクタノキシフェニルアゾ−４
−（10−グアニジニウムデカノキシ）ベンゼン］硫酸塩
の合成 ４′−オクタノキシフェニルアゾ−４−（10−ブロモ
デカノキシ）ベンゼン2.00g（3.67mmol）及びアジ化ナ
トリウム0.262g（4.03mmol）をジメチルホルムアミド10
mlに溶解し、80℃で17時間加熱撹拌して、アジド化合物
（Ｉ）1.75gを得た。Example 1: Bis- [4'-octanoxyphenylazo-4
Synthesis of-(10-guanidinium decanoxy) benzene] sulfate 2.00 g (3.67 mmol) of 4'-octanoxyphenylazo-4- (10-bromodecanoxy) benzene and 0.262 g (4.03 mmol) of sodium azide The dimethylformamide 10
The resulting solution was stirred at 80 ° C. for 17 hours to obtain 1.75 g of azide compound (I).

次に、水素化リチウムアルミニウム0.112g（2.96mmo
l）をテトラヒドロフラン20mlに溶解し、室温で撹拌し
た。この溶液にテトラヒドロフラン20mlに溶解した合成
化合物（Ｉ）1.50g（2.96mmol）を加え、１時間各熱還
流した。これにより、次式（II）で示すアミノ化合物1.
20gが得られた。 Next, lithium aluminum hydride 0.112g (2.96mmo
l) was dissolved in tetrahydrofuran 20 ml and stirred at room temperature. To this solution, 1.50 g (2.96 mmol) of synthetic compound (I) dissolved in 20 ml of tetrahydrofuran was added, and the mixture was heated under reflux for 1 hour. Thereby, the amino compound represented by the following formula (II) 1.
20 g were obtained.

化合物（II）1.00g（2.08mmol），硫酸メチルイソチ
オ尿素0.869g（3.11mmol）及びピリジン2.00g（25.3mmo
l）をジメチルホルムアミド40mlに溶解し、80℃で20時
間撹拌した。この反応液を室温まで冷却し、濾過して得
られた固体をクロロホルムで十分洗浄した。得られたオ
レンジ色の固体をジメチルスルホキシドで３度再結晶さ
せることにより、目的とする化合物（III）0.435g得
た。このときの収率は、36.6％であった。 Compound (II) 1.00 g (2.08 mmol), methyl isothiourea sulfate 0.869 g (3.11 mmol) and pyridine 2.00 g (25.3 mmo)
l) was dissolved in 40 ml of dimethylformamide and stirred at 80 ° C. for 20 hours. The reaction solution was cooled to room temperature, and the solid obtained by filtration was sufficiently washed with chloroform. The obtained orange solid was recrystallized three times with dimethyl sulfoxide to obtain 0.435 g of the desired compound (III). At this time, the yield was 36.6%.

得られた化合物（III）の物性は、次の通りである。 The physical properties of the obtained compound (III) are as follows.

・赤外線吸収スペクトル（IR） ［KBr錠剤］ νcm^-1 3362,3142,2918,1664,1633,1600,1579,1500,1470,124
4,1146,1106,838 また、元素分析の結果、C:64.96％,H:8.81％,N:12.24
％であり、上記の構造式から求めた計算値C:65:00％,H:
8.80％,N:12.23％に実質的に一致していた。・ Infrared absorption spectrum (IR) [KBr tablet] νcm ^-1 3362,3142,2918,1664,1633,1600,1579,1500,1470,124
4,1146,1106,838 As a result of elemental analysis, C: 64.96%, H: 8.81%, N: 12.24
%, Calculated from the above structural formula C: 65: 00%, H:
8.80%, N: 12.23%.

実施例2:［４′−オクタノキシフェニルアゾ−４−（10
−グアニジニウムデカノキシ）−ベンゼン］−ｐ−トル
エンスルホン酸塩の合成 実施例１に合成で得られた化合物（III）300mg（0.26
2mmol）及びピリジン50mg（0.63mmol）をクロロホルム1
0ml中で15分間撹拌還流させた。この不均一な反応液を
冷却した後、ｐ−トルエンスルホン酸一水和物250mg
（1.31mmol）を固体のまま加え、静かに還流させた。反
応液は、還流時間が経過するにつれて、黄色の不均一溶
液から赤色の均一溶液に変化した。還流を14時間継続し
た後で、反応液を室温に冷却して、数時間放置し、固体
の沈殿を得た。この沈殿物を減圧濾過によって厚め、ベ
ンゼン，クロロホルム及びエタノールで洗浄した。Example 2: [4'-octanoxyphenylazo-4- (10
-Guanidinium decanoxy) -benzene] -p-toluenesulfonate 300 mg (0.26 mg) of the compound (III) obtained in Example 1
2 mmol) and 50 mg (0.63 mmol) of pyridine in chloroform 1
The mixture was stirred and refluxed in 0 ml for 15 minutes. After cooling this heterogeneous reaction solution, p-toluenesulfonic acid monohydrate 250 mg
(1.31 mmol) was added as a solid and refluxed gently. The reaction solution changed from a heterogeneous yellow solution to a homogeneous red solution over the reflux time. After continuing the reflux for 14 hours, the reaction was cooled to room temperature and left for several hours to obtain a solid precipitate. The precipitate was thickened by vacuum filtration and washed with benzene, chloroform and ethanol.

得られたオレンジ色の固体をクロロホルムで３度再結
晶させ、次式（IV）の構造をもつ目的化合物を125mg得
た。このときの収率は、34.3％であった。The obtained orange solid was recrystallized three times with chloroform to obtain 125 mg of the desired compound having the structure of the following formula (IV). At this time, the yield was 34.3%.

得られた化合物（IV）の物性は、次の通りである。 Physical properties of compound (IV) obtained are as described below.

・融点 237〜240℃ ・赤外線吸収スペクトル（IR） ［KBr錠剤］ νcm^-1 3178,2920,1677,1631,1600,1580,1499,1470,1246,114
6,1127,1035,1011,840 ・構造式（IV）の元素分析計算値 C:65.58％,H:8.26％， N:10.06％ ・元素分析実測値 C:65.50％,H:8.24％， N:10.05％ このように、グアニジニウム誘導体の対イオンを硫酸
イオンからｐ−トルエンスルホン酸イオンに交換するこ
とにより、有機溶媒に対する溶解度が向上する。そのた
め、化合物（IV）の単分子膜は、単一イオン対として水
面上に展開される。-Melting point 237-240 ° C-Infrared absorption spectrum (IR) [KBr tablet] νcm ^-1 3178,2920,1677,1631,1600,1580,1499,1470,1246,114
6,1127,1035,1011,840 ・ Calculated value of elemental analysis of structural formula (IV) C: 65.58%, H: 8.26%, N: 10.06% ・ Measured value of elemental analysis C: 65.50%, H: 8.24%, N As described above, by exchanging the counter ion of the guanidinium derivative from the sulfate ion to the p-toluenesulfonic acid ion, the solubility in the organic solvent is improved. Therefore, the monomolecular film of the compound (IV) is developed on the water surface as a single ion pair.

実施例3:単分子膜の製造 実施例（IV）で得られたグアニジニウム誘導体（IV）
5mgを、クロロホルム4:ジメチルスルホキシド１の混合
溶媒10mlに溶解したものを20℃に保持した市販のLB膜製
造装置にはった純水面上に200μ展開し、0.2mm/秒及
び0.4mm/秒の速度で圧縮することにより、単分子膜を作
製した。Example 3: Production of monomolecular film Guanidinium derivative (IV) obtained in Example (IV)
5 mg was dissolved in 10 ml of a mixed solvent of chloroform 4: dimethylsulfoxide 1 and spread on a commercially available LB film manufacturing apparatus holding at 20 ° C. 200 μ on a pure water surface, and 0.2 mm / sec and 0.4 mm / sec. By compressing at a speed of, a monomolecular film was produced.

第１図は、このときの純粋上における表面圧−分子占
有面積（π−Ａ）曲線を示す。第１図から明らかなよう
に、純水の表面にグアニジニウム誘導体（IV）の安定な
単分子膜が形成されていることが判る。FIG. 1 shows a surface pressure-molecule occupied area (π-A) curve on pure material at this time. As is clear from FIG. 1, it is found that a stable monomolecular film of the guanidinium derivative (IV) is formed on the surface of pure water.

この単分子膜を圧縮し、その表面圧を25mN/mの一定値
に保ち、ガラス基板を垂直下方に100mm/分，垂直上方に
20mm/分の一定速度で上下に移動させ、水面上に形成さ
れた単分子膜をガラス基板に写し取り累積させ、LB累積
膜を得た。得られたLB累積膜は、Ｚ型構造をもってい
た。This monomolecular film is compressed, the surface pressure is maintained at a constant value of 25 mN / m, and the glass substrate is moved vertically downward at 100 mm / min and vertically upward.
The film was moved up and down at a constant speed of 20 mm / min, and the monomolecular film formed on the water surface was transferred to a glass substrate and accumulated to obtain an LB accumulated film. The obtained LB cumulative film had a Z-type structure.

このLB累積膜のFT−IR（RAS法）スペクトルを測定し
たところ、第２図に示すように、Ｃ＝Ｎの吸収ピークが
1696cm^-1及び1634cm^-1にみられ、ｐ−トルエンスルホン
酸のアリル基の吸収ピークが1129cm^-1,1037cm^-1及び101
4cm^-1にみられた。このことから、グアニジニウム誘導
体（IV）の単分子膜が基板表面に累積されていることが
確認される。When the FT-IR (RAS method) spectrum of this LB accumulation film was measured, the absorption peak of C = N was found as shown in FIG.
1696 cm ^-1 and 1634 cm ^-1 , the absorption peak of the allyl group of p-toluenesulfonic acid is 1129 cm ^-1 , 1037 cm ^-1 and 101
It was found at 4 cm ^-1 . This confirms that the monomolecular film of the guanidinium derivative (IV) is accumulated on the substrate surface.

実施例4:膜に対する基質の結合特性評価Ｉ グアニジニウム誘導体（IV）を、各種の基質を濃度1.
0×10^-3で含有する水溶液上に展開し、実施例３と同様
に水面上に形成された単分子膜を累積してLB膜を作製し
た。基質としては、酢酸，コハク酸,ATP,トリポリリン
酸ナトリウム，リン酸二水素ナトリウムを使用した。Example 4: Evaluation of the binding characteristics of a substrate to a membrane I The guanidinium derivative (IV) was mixed with various substrates at a concentration of 1.
It was developed on an aqueous solution containing 0 × 10 ⁻³ , and a monomolecular film formed on the water surface was accumulated in the same manner as in Example 3 to produce an LB film. Acetic acid, succinic acid, ATP, sodium tripolyphosphate and sodium dihydrogen phosphate were used as substrates.

作製されたLB膜のFT−IR（RAS法）スペクトル測定の
結果から得られたグアニジニウム基の吸収及びｐ−トル
エンスルホン酸のアリル基の吸収を指標とし、グアニジ
ニウム誘導体のLB膜に対する基質の結合を定性的に調べ
た。第１表は、各基質を含有する水溶液の界面から基板
に単分子膜を移しとって作製したLB膜のFT−IR（RAS
法）スペクトル測定の結果を示す。Using the guanidinium group absorption and the allyl group absorption of p-toluenesulfonic acid obtained from the results of FT-IR (RAS method) spectrum measurement of the fabricated LB film as indices, the binding of the substrate of the guanidinium derivative to the LB film was determined. It was examined qualitatively. Table 1 shows the FT-IR (RAS-IR) of the LB film prepared by transferring the monomolecular film from the interface of the aqueous solution containing each substrate to the substrate.
Method) The results of spectrum measurement are shown.

第１表に示したように、たとえば酢酸を含む水溶液上
から得られたLB膜は、Ｃ＝Ｎ伸縮振動ピークが1680cm^-1
及び1633cm^-1付近にあり、またｐ−トルエンスルホン酸
のアリル基のピークが1130cm^-1,1037cm^-1及び1014cm^-1
にもみられた。これは、純水上から得たLB膜と同様の結
果を示していることから、酢酸が膜に結合しておらず、
ｐ−トルエンスルホン酸が依然として対イオンの状態で
存在していることを示すものである。 As shown in Table 1, for example, the LB film obtained from an aqueous solution containing acetic acid has a C = N stretching vibration peak of 1680 cm ^-1.
And 1633 cm ^-1 and the peak of the allyl group of p-toluenesulfonic acid is 1130 cm ^-1 , 1037 cm ^-1 and 1014 cm ^-1
It was also seen in. This shows the same result as the LB film obtained from pure water, so that acetic acid was not bonded to the film.
This indicates that p-toluenesulfonic acid is still present as a counter ion.

他方、コハク酸及びATPを基質とするとき、Ｃ＝Ｎの
ピークがそれぞれ1670cm^-1及び1679cm^-1の単一ピークに
シフトしている。また、ｐ−トルエンスルホン酸のアリ
ル基の吸収ピークもなくなっている。そのため、これら
の基質は、ｐ−トルエンスルホン酸と交換して、膜に結
合しているものと考えられる。また、リン酸二水素ナト
リウム及びトリポリリン酸ナトリウムに関しても、同様
に膜に結合しているものと考えられる。On the other hand, when succinic acid and ATP as a substrate, a peak of C = N is shifted to a single peak, respectively 1670 cm ^-1 and 1679cm ^-1. Also, the absorption peak of the allyl group of p-toluenesulfonic acid disappears. Therefore, it is considered that these substrates are exchanged with p-toluenesulfonic acid and bound to the membrane. Also, it is considered that sodium dihydrogen phosphate and sodium tripolyphosphate are similarly bonded to the membrane.

実施例5:膜に対する基質の結合特性評価II 実施例４と同様に調製したLB膜のXPS（Ｘ線光電子分
光法）測定を行い、膜に結合している基質の量を定量的
に評価した。Example 5: Evaluation of binding property of substrate to membrane II XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) of the LB film prepared in the same manner as in Example 4 was measured to quantitatively evaluate the amount of the substrate bound to the membrane. .

リン酸系の基質を溶解した水溶液上から得られたLB膜
には、リン（Ｐ）の含有量を指標とし、またXPS測定で
検出可能な元素が存在しないカルボン酸系の基質に関し
ては、膜分子の元の対イオンであるｐ−トルエンスルホ
ン酸の量［イオウ（Ｓ）のピークから求めることができ
る］の減少に基づいて、各基質の結合量を調べた。The LB film obtained from an aqueous solution in which a phosphoric acid-based substrate is dissolved has a phosphorus (P) content as an index. Based on the decrease in the amount of p-toluenesulfonic acid, which is the original counter ion of the molecule [which can be determined from the sulfur (S) peak], the amount of each substrate bound was determined.

測定結果を、第２表に示す。第２表では、膜分子１個
あたりの基質の割合（％基質／膜分子）として、基質の
含有量を表している。Table 2 shows the measurement results. In Table 2, the content of the substrate is shown as the ratio of the substrate per one membrane molecule (% substrate / membrane molecule).

第２表に示されているように、元の量を100％とする
とき、純水上から得たLB膜に含まれているｐ−トルエン
スルホン酸の量は47％であった。また、低pH領域で酢酸
水溶液上から累積されたLB膜では、存在するｐ−トルエ
ンスルホン酸の量は、純水上から得られたLB膜の値とほ
ぼ同じであった。 As shown in Table 2, assuming that the original amount was 100%, the amount of p-toluenesulfonic acid contained in the LB film obtained from pure water was 47%. In the LB film accumulated from the acetic acid aqueous solution in the low pH region, the amount of p-toluenesulfonic acid present was almost the same as that of the LB film obtained from pure water.

これに対し、コハク酸を含有する水溶液上から得られ
たLB膜では、元のｐ−トルエンスルホン酸の８％が含有
されているに過ぎなかった。これは、酢酸の結合は生じ
ないが、コハク酸は、ｐ−トルエンスルホン酸と交換し
て結合していることを示す。On the other hand, the LB film obtained from the aqueous solution containing succinic acid contained only 8% of the original p-toluenesulfonic acid. This indicates that acetic acid is not bound, but succinic acid is replaced by p-toluenesulfonic acid and bound.

また、リン酸二水素ナトリウム，トリポリリン酸ナト
リウム及びATPを基質とする水溶液上から得られたLB膜
には、リンの含有が見られ、ｐ−トルエンスルホン酸は
ほとんど検出されなかった。このことから、このLB膜
は、リン酸系基質を結合していることが判る。Further, the LB film obtained from an aqueous solution using sodium dihydrogen phosphate, sodium tripolyphosphate and ATP as a substrate contained phosphorus, and p-toluenesulfonic acid was hardly detected. This indicates that the LB film has bound a phosphate-based substrate.

実施例6:基質濃度依存性 実施例４と同様にして、基質として10^-3Mから10^-7Mの
ATPを含有する水溶液からグアニジニウム誘導体（IV）
のLB膜を作製した。得られたLB膜のXPS測定結果を、第
３表に示す。Example 6: Substrate concentration dependence In the same manner as in Example 4, 10 ^-3 M to 10 ^-7 M
Guanidinium derivative (IV) from aqueous solution containing ATP
Was manufactured. Table 3 shows the XPS measurement results of the obtained LB film.

第３表から明らかなように、膜に対するATPの結合量
は、水相中のATP濃度が10^-7Mから10^-6Mに増すことによ
り、急激に増加していることが判る。また、10^-5M以上
の濃度では、ほぼATP結合量は、飽和している。 As is evident from Table 3, the amount of ATP bound to the membrane rapidly increases as the ATP concentration in the aqueous phase increases from 10 ^-7 M to 10 ^-6 M. At a concentration of 10 ⁻⁵ M or more, the ATP binding amount is almost saturated.

実施例7: 膜の表面電位による基質濃度依存性評価 実施例３と同様にして、グアニジニウム誘導体（IV）
を純水上及び基質として10^-3M〜10^-7MのATPを有する水
溶液上に展開して単分子膜を作製し、表面電位（ΔＶ）
を次のように測定した。Example 7: Evaluation of substrate concentration dependency by surface potential of membrane In the same manner as in Example 3, guanidinium derivative (IV)
Was developed on pure water and an aqueous solution having 10 ^-3 M to 10 ^-7 M ATP as a substrate to prepare a monomolecular film, and the surface potential (ΔV) was obtained.
Was measured as follows.

先ず、先端部にアメリシウム241を付けたイオン化空
気電極を作用極として単分子膜上２〜3mmの位置に固定
し、対極には銀−塩化銀参照電極を使用した。そして、
飽和塩化カリウム寒天橋を介し参照電極を水相側に接続
し、両電極間の電位差をエレクトロメータで測定し、表
面電位（ΔＶ）を求めた。First, an ionized air electrode with americium 241 attached to the tip was fixed at a position of 2 to 3 mm on a monomolecular film as a working electrode, and a silver-silver chloride reference electrode was used as a counter electrode. And
The reference electrode was connected to the aqueous phase side through a saturated potassium chloride agar bridge, and the potential difference between both electrodes was measured with an electrometer to determine the surface potential (ΔV).

第３図は、分子占有面積0.30nm²/分子のときの表面電
位（ΔＶ）をATP濃度の対数に対してプロットしたもの
である。第３図から明らかなように、ATP濃度を10^-7Mか
ら10^-6Mに上げることにより、表面電位（ΔＶ）が急激
に減少し、ATPの結合が生じていることが判る。この結
果は、実施例６で説明したXPSの測定結果に良く対応し
ている。このように、グアニジニウム誘導体の単分子膜
とATPの相互作用の基質濃度依存性が表面電位（ΔＶ）
によって検出できることから、作製された単分子膜のAT
Pセンサーとして用途が期待される。FIG. 3 is a graph in which the surface potential (ΔV) when the molecule occupation area is 0.30 nm ² / molecule is plotted against the logarithm of the ATP concentration. As is clear from FIG. 3, it can be seen that increasing the ATP concentration from 10 ⁻⁷ M to 10 ⁻⁶ M drastically reduces the surface potential (ΔV) and causes ATP binding. This result corresponds well to the XPS measurement result described in the sixth embodiment. As described above, the dependence of the interaction between the monolayer of the guanidinium derivative and ATP on the substrate concentration depends on the surface potential (ΔV).
Can be detected by the AT
It is expected to be used as a P sensor.

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明によるとき、ジカルボ
ン酸,ATP等を膜構造内の層間に分子レベルで規則的に取
り込んだリポソーム,LB膜，単分子膜，キャスト膜等の
薄膜を製造することができる。また、自己組織性をもつ
化合物単独或いは分子の組織化で薄膜上に規則的に配列
されたグアニジニウム基の作用に着目して、各種の物質
に対するセンサーとして使用することができる。そし
て、グアニジニウム基は広範囲のpH領域で安定であり、
しかも非常に低濃度でも有機物を結合できることから、
高感度の有機物センサーとして有望なものである。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, liposomes, LB membranes, monomolecular membranes, cast membranes, etc., in which dicarboxylic acid, ATP, etc. are regularly incorporated at the molecular level between layers in the membrane structure. Thin films can be manufactured. In addition, it can be used as a sensor for various substances by focusing on the action of a guanidinium group regularly arranged on a thin film by a compound having a self-organizing property alone or by organizing molecules. And guanidinium groups are stable over a wide pH range,
Moreover, since organic substances can be bound at very low concentrations,
Promising as a highly sensitive organic sensor.

更に、膜内に取り込まれた基質を溶媒抽出,pH調整，
熱処理等によって解離させることができるため、抽出，
輸送，貯蔵用等の担体としても使用することができる。
このように、本発明のグアニジニウム誘導体から作製さ
れた機能薄膜は、広範な分野で使用される。Furthermore, the substrate taken into the membrane is extracted with a solvent, pH is adjusted,
Extraction, because it can be dissociated by heat treatment
It can also be used as a carrier for transportation and storage.
Thus, the functional thin film made from the guanidinium derivative of the present invention is used in a wide range of fields.

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

第１図は実施例３で得られた単分子膜の表面圧−分子占
有面積曲線を示したグラフ、第２図は実施例３で得られ
たLB膜のFT−IRスペクトルを示し、第３図は実施例７で
得られたATP濃度と単分子膜の表面電位との関係を表し
たグラフである。FIG. 1 is a graph showing a surface pressure-molecular occupation area curve of the monomolecular film obtained in Example 3, and FIG. 2 is a FT-IR spectrum of the LB film obtained in Example 3, and FIG. The figure is a graph showing the relationship between the ATP concentration obtained in Example 7 and the surface potential of the monomolecular film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/20 Ａ６１Ｋ 31/155 // Ａ６１Ｋ 31/155 Ｇ０１Ｎ 27/30 ３３１Ａ (72)発明者 栗原 和枝 福岡県久留米市野中町1458 ハミングタ ウン久留米Ａ202号 (72)発明者 国武 豊喜 福岡県粕屋郡志免町桜丘１―19―３ (56)参考文献 特開 平２−76810（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C07C 279/04 - 279/14 A61K 9/127 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁶ Identification code FI H01L 21/20 A61K 31/155 // A61K 31/155 G01N 27/30 331A (72) Inventor Kazue Kurihara Nonakacho, Kurume-shi, Fukuoka 1458 Hamming Town Kurume A202 (72) Inventor Toyoki Kunitake 1-19-1-3, Sakuragaoka, Shimen-cho, Kasuya-gun, Fukuoka Prefecture (56) References JP-A-2-76810 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB name) C07C 279/04-279/14 A61K 9/127 CA (STN) REGISTRY (STN)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】一般式 （ただし、Ｒは炭素数10〜22の長鎖アルキル基又は長鎖
フルオロアルキル基を示し、HXは酸を示す。）で表され
るグアニジニウム誘導体をLB法，キャスト法又は分散法
で製膜し、分子の自己組織化によってグアニジニウム基
が膜表面に向かって配列されていることを特徴とする機
能薄膜。(1) General formula (However, R represents a long-chain alkyl group or a long-chain fluoroalkyl group having 10 to 22 carbon atoms, and HX represents an acid.) A guanidinium derivative represented by the following formula is formed by the LB method, cast method or dispersion method. A functional thin film, wherein guanidinium groups are arranged toward the film surface by self-assembly of molecules. 【請求項２】請求項１記載の機能薄膜を物理的或いは化
学的吸着により固体表面に固定化したことを特徴とする
機能薄膜。2. A functional thin film wherein the functional thin film according to claim 1 is immobilized on a solid surface by physical or chemical adsorption.