JPH0780998B2 - 官能化導電性ポリマーを用いる測定方法及び診断具 - Google Patents

官能化導電性ポリマーを用いる測定方法及び診断具

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JPH0780998B2 JP63271122A JP27112288A JPH0780998B2 JP H0780998 B2 JPH0780998 B2 JP H0780998B2 JP 63271122 A JP63271122 A JP 63271122A JP 27112288 A JP27112288 A JP 27112288A JP H0780998 B2 JPH0780998 B2 JP H0780998B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、導電性有機ポリマーを用いた分析対象物セン
サーを利用することによって分析対象物濃度を測定する
方法に関する。更に詳しくは、新規モノマーから合成さ
れる導電性ポリマーを、酵素、抗原又はイオン特異結合
部位で共有結合的に官能化して、液体媒体を特定の分析
対象物の存在及び濃度に関して選択的に試験するための
診断具において用いることができる。特定の分析対象物
の存在及び濃度は、官能基と分析対象物との反応によっ
て共有結合した官能基内で誘導される振動励起の変換か
らも生じるポリマーの導電性の変化を測定することによ
って、及び／又は、過酸化水素の生成のような、共有結
合している官能基と分析対象物との間の反応の第２の効
果から生じるポリマーの導電性の変化を測定することに
よって測定することができる。驚くべきことにかつ予期
しなかったことに、本発明の有機導電性ポリマーを製造
するのに用いるモノマーによって、高度の安定性及び導
電度を有するポリマーが生成する。それぞれが、３つの
位置において置換されている５員複素芳香環を有するモ
ノマーによって、官能化五員複素芳香環化合物から製造
される従来の導電性ポリマーと比較して予測しなかった
高い導電度を有するポリマーが得られる。更に驚くべき
ことに、この高度のポリマー導電性は、酵素、抗原又は
イオン特異結合部位によるポリマーの官能化後も保持さ
れる。結果として、官能化導電性ポリマーを診断具にお
いて用いて、液体媒体における分析対象物濃度を測定す
ることができる。
発明の背景 ポリアセチレンのような化学的に合成しうる、又はポリ
ピロール及びポリチオフェンのような電気化学的に合成
しうる有機導電性ポリマーは、研究者に強く興味をもた
れている。有機導電性ポリマーは、電池、表示器具、金
属における腐食防止及び半導体の分野、並びに、ダイオ
ード、トランジスタ、センサー、発光器具及びエネルギ
変換・貯蔵素子において、幾つかの適用可能性を有す
る。しかしながら、現在の有機導電性ポリマーは、有機
導電性ポリマーをこれらの及び他の可能性のある適用分
野に展開するのを妨げる幾つかの制限を有している。最
も広く研究されている３種のポリマー、ポリアセチレ
ン、ポリピロール及びポリチオフェンにおいてみられる
制限によって、導電性ポリマーの分野における研究者が
遭遇する一般的な問題点、及び、何故に導電性ポリマー
の使用が妨げられるかが示される。
例えば、第１の有機導電性ポリマーの中で、ポリアセチ
レンは、適当な触媒を用いることによってアセチレンか
ら化学的に製造される。化学的に製造されるために、ポ
リアセチレンは、ガラス及びDNAのような公知の絶縁体
の導電度に相当する10-10〜10-13S/cm（ジーメンス/c
m）の範囲の導電度を示す絶縁体である。しかしなが
ら、ポリアセチレンは、五フッ化アンチモン、ハロゲン
類、五フッ化アスタチン又は塩化アルミニウムのよう
な、種々の酸化又は還元剤を用いてドーピングすること
ができる。ドーピングすることによって、ポリアセチレ
ンは、約103S/cm導電度、したがってビスマスのような
金属の導電度を示す高導電性ポリマーに転化する。しか
しながら、ポリアセチレンは、空気中で極めて不安定で
あり、アセチレン水素がアルキル又は他の置換基によっ
て置換されると導電度が急激に低下するという欠点を有
する。したがって、ポリアセチレンが、酸素の存在下で
不安定であり、官能化するとその高い導電度を保持する
ことができないということのために、ポリアセチレンは
分析対象物センサーとして用いるのに不適当な導電性ポ
リマーとなっている。
ポリアセチレンは同様の導電性ポリマーであるポリピロ
ールは、化学的又は電気化学的に合成することができ、
約１〜100S/cmの範囲の導電度を示す。以下により完全
に説明するように、導電性ポリピロールは支持電解質の
陰イオンを包含せしめたドーピングされた物質である。
約40,000以下の分子量を有するポリピロールが合成され
ているが、導電性は、６個程度の少数のモノマー単位を
有するポリピロールにおいて観察されている。通常、ポ
リピロール及び他の導電性ポリマーは、100個以下のモ
ノマー単位を有する低分子量ポリマーである。
研究者らによって、ヘテロ芳香族ピロール環の、窒素上
か又は炭素上のいずれかにアルキル基を配置することに
よりポリピロールの導電度が減少することが見出されて
いる。例えば、補償対イオン（compensating counterio
n）としてテトラフルオロボレートアニオンを含んでい
る非置換ポリピロールが40S/cmの導電度を示すのに対し
て、同一のドーピング剤を含むＮ−メチル誘導体は10-3
S/cmの導電度を示し、ピロールの３−メチル誘導体は4S
/cmの導電度を示し、3,4−ジメチル誘導体は10S/cmの導
電度を示し、3,4−ジフェニル誘導体は10-3S/cmの導電
度を示す。
置換ポリピロールにおける導電度の減少は種々の要因に
よるものである。第１に、最も重要なことには、ヘテロ
芳香族ピロール環上に導入された置換基によっては、元
の基体のヘテロ芳香族の酸化電位は、陽極における電解
重合が排除される程度には変化しえない。第２に、関連
して、元のヘテロ環の芳香族π電子系は保持されなけれ
ばならない。ヘテロ芳香環のπ電子系が崩壊すると、下
式Ｉ及びIIに示されるように、芳香性及びキノイド様形
態の相対的安定性に悪影響を与え、その結果、導電度が
著しく減少する。第３の重要な点は、元のヘテロ環上に
導入された官能基によって、導電性ポリマーによって平
面配置を採ることが不可能になるような立体要求が発生
してはならないことである。
導電性ポリマーが平面構造を保持しなければならない必
要性があるので、官能化導電性ポリマーの開発が著しく
妨げられている。数多くの、ポリピロールのＮ−アルキ
ル及びＮ−アリール誘導体が製造され、文献において論
じられている。しかしながら、これらのＮ−置換ポリピ
ロールの中で最も簡単な構造のもの、即ちポリ−Ｎ−メ
チルピロールにおいても、同一の対イオンでドーピング
された非置換ポリピロールフィルムの10-3のオーダーと
いう低い導電度を示すことが分かっている。また、フェ
ニル基が更にパラ位において置換されているポリ−Ｎ−
アリールピロールの薄膜を製造することもできる。しか
しながら、これらＮ−アリールピロールから製造される
ポリマーは、元の非置換ピロールの10-3以下という低い
導電度を常に示す。かかる低い導電度のために、かかる
置換ポリピロールを分析対象物センサーの開発において
用いることができない。
ピロール環の置換基によって導入される立体相互作用
は、導電性ポリマー系を通る電荷移動の機構のために重
要である。一つの電荷移動機構においては、電荷が、ポ
リマー鎖に沿って存在するビポラロン（bipolaron）構
造のためにポリマー鎖自身を通って誘導される。構造式
IIIによって示され、ポリチオフェンにおいて得られる
分光測定結果から確認されるビポラロン構造はポリマー
格子において発生する欠落部であり、ここにおいて、支
持電解質からの二個のドーピング対イオンA-が、ポリマ
ー中にみられる二個の正極中心と平衡化する。
概して、二個の正極中心は、約４個のモノマー単位によ
って離隔されて隣接しており、これらの欠落部によって
ポリマー鎖に沿った電荷の移動が行なわれる。しかしな
がら、連鎖に沿って電荷を移動させるためには、構造式
Ｉ、II及び／又はIIIを有する組成物は、電荷が連鎖の
平面状π電子系に沿って移動できるように、平面構造で
なければならない。構造式IVによって分かるように、置
換基Ｒ及び／又はＲ′が十分に大きい場合は、ＲとＲ′
との間の立体相互作用によって、ピロールモノマー単位
が歪曲されて平面構造でなくなり、したがって、π電子
系の平面性が破壊され、ポリマーの導電性が破壊される
か又は大きく低下する。ピロール環上に配置される置換
基を有するポリピロールにおける導電度の大きな低下に
よって示されるように、メチル基のような小さな置換基
であっても、それによってポリマーの導電性を実質的に
破壊するのに十分な立体相互作用が導入される。
また、強い電子的効果によってもポリマーの導電性が破
壊されるので、Ｒ及び／又はＲ′置換基が強い電子受容
性又は強い電子供与性であってはならないことに注目す
べきである。しかしながら、特にＮ−置換ピロールに関
して、電子的効果ではなく、立体相互作用が、重合性、
ポリマー導電性、及びドーピングされた状態とドーピン
グされていない状態との間のポリマーの環安定性を決定
する主たるファクターであることが見出された。ポリチ
オフェンにおける立体相互作用は、ポリピロール誘導体
において観察されるそれよりも幾分弱いものである。ポ
リピロール誘導体における立体相互作用は、ピロール誘
導体における主たる不安定化相互作用がピロール窒素の
水素原子を含むものであるためにより大きなものとなっ
ている。これらの立体相互作用はポリチオフェンにおい
ては起こらない。その結果、ポリリオフェン誘導体にお
いては、電子的効果がより中心的な役割を果たす。
導電性有機ポリマーは、概して非晶質で不規則な物質で
あり、その結果、バルクとしての導電度を維持する場合
には、ポリマー鎖間、及び同一のポリマー鎖に沿った電
荷の移動が起こらなければならない。連鎖間電荷移動の
可能性は、連鎖間の距離に直接関係する。ポリマー連鎖
間の距離は、二つのファクター、ドーピング対イオンの
性質及び大きさ、並びに、構造式IVのＲ及びＲ′置換基
の性質及び立体要求に、正確に応答し依存する。この立
体要求によって、官能化導電性ポリマーの構造が大きく
束縛される。
以下に示す一般的な参考文献においてみられるように、
ポリピロール及び置換ポリピロールの合成及び導電性が
広く研究されている。これらの参考文献は、上記記載の
情報、並びに、構造式IIIにおける特定のドーピング物
質（A-）がポリマーの導電度に大きな影響を与えうるも
の；導電性が、モノマーのα−α結合に関してのみ観察
され、α−β結合（式Ｖ参照）に関しては観察されない
もの；及び、ポリピロールフィルムが、安定、不溶性で
あり、アルカリによって処理しうる以外は殆どの試薬に
対して不活性であるもの；のような、ポリピロールに関
する一般的な情報を含む。官能基をヘテロ芳香環上に導
入する場合にポリピロールの導電度を保持することがで
きれば、ポリピロールの導電性及び安定性によって、ポ
リピロールを分析対象物センサーにおいて用いる良好な
候補物質とすることができる。
ポリピロールに関して論じている参考文献の例として
は、 G.BidanのTet.Lett.26（６）,735-6（1985）； P.Audebert、G.Bidan及びM.LapowskiのJ.C.S.Chem.Com
m.,887（1986）； M.S.WrightonのScience 231,32（1986）； R.A.Simon、A.I.Recco及びM.S.WrightonのJ.Am.Chem.So
c.,104,2034（1982）； A.F.Diaz、J.Castillo、K.K.Kanazawa、 J.A.Logan、M.Salmon及びO.FojardsのJ.Electroanal.Ch
em.133、233（1982） M.Saloma、M.Aguilar及びM.SalmonのJ.Electrochem.So
c.132,2379（1985）； M.V.Rosenthal、T.A.Skotheim、A.Melo、M.I.Florit及
びM.SalmonのJ.Electronanal.Chem.and Interfac.Chem.
1,297（1985）； G.Bidan及びM.GuglielmiのSynth.Met.15,51（1986）； M.Salmon及びG.BidanのJ.Electrochem.Soc.,1897（198
5）； E.M.Geneis及びA.A.SyedのSynth.Met.10,27（1984/8
5）； G.Bidan、A.Deronzier及びJ.C.MoutetのNoveau Jour.de
Chimie 8,501（1984）； J.P.Travers、P.Audebert及びG.BidanのMol.Cryst.Liq.
Cryst.118,149（1985）が挙げられる。
他の良く研究されている導電性ポリマーは、ポリチオフ
ェンであり、これは、チオフェン（式Ｖ、Ｘ＝Ｓ）を電
気化学的に重合して安定な導電性ポリマーを生成せしめ
たものである。同時に、フラン（式Ｖ、Ｘ＝Ｏ）によっ
ても、ポリピロール及びポリチオフェンと同様の安定な
導電性ポリマーを生成しうる。ポリチオフェンは、ポリ
チオフェンが、ポリマーを大きく化学的に分解すること
無しに、かつ、ポリマーの物理特性を有意に低下させる
こと無しに、その導電性（酸化）状態と非導電性（中
性）状態との間を循環させることができるという点で、
ポリピロールに類似している。ポリチオフェンは、ポリ
ピロールと同様に、ドーピング物質の量、並びに、ペル
クロレート、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロ
ホスフェート、硫酸水素塩、ヘキサフルオロアルセネー
ト及びトリフルオロメチルスルホネートのようなドーピ
ング物質の種類の両方に応答する導電度の変化を示す。
ヘテロ芳香族チオフェン環上に配置された置換基が、得
られる導電性ポリマーに影響を与えることがある。例え
ば、チオフェン重合は、3,4−ジブロモチオフェンを重
合することが不可能であることから明らかなように、３
及び４位における大型の置換基によって影響を受けう
る。3,4−ジップロモ置換基によって導入される電子的
及び立体的効果によって連鎖成長反応が抑制されうる。
しかしながら、ピロールの場合とは異なって、チオフェ
ン上の環置換基によっては、得られるヘテロ芳香族ポリ
マーの導電性は大きくは減少しない。例えば、３−メチ
ルチオフェン及び3,4−ジメチルチオフェンに関して
は、得られる置換ポリチオフェンは、おそらくは置換チ
オフェンのポリマー鎖における規則性が向上するため
に、元のポリチオフェンと比較して改良された導電性を
示す。しかしながら、メチル基は、分析対象物センサー
を製造するために必要な、結果として生じるポリマー表
面の官能性のためには好適な置換基ではない。
ポリチオフェン及び置換ポリチオフェンの合成及び導電
性に関する参考文献の例を以下に挙げる。
G.Tourillonの“Handbook of Concerning Polymers",T.
A.Skotheim,ed.,Marcel Dekker,Inc.New York,1986,p.2
93; R.J.Waltham、J.Bargon及びA.F.DiazのJ.Phys.Chem.87,
1459（1983）； G.Tourillon及びF.GarnierのJ.Polym.sci.Polym.Phys.E
d.22,33（1984）； G.Tourillon及びF.GarnierのJ.Electroanal.Chem.161,5
1（1984）； A.F.Diaz及びJ.Bargonの“Handbook of Conducting Pol
ymers",T.A.Skotheim,ed.,Marcel Dekker,Inc.,New Yor
k,1986,p.81; J.Bargon、S.Mohmand及びR.J.Waltman,IBMのJ.Res.Dev.
27,330（1983）； G.Tourillon及びF.GarnierのJ.Phys.Chem.87,2289（198
3）； A.Czerwinski、H.Zimmer、C.H.Pham及びH.B.Mark,Jr.の
J.Electrochem.Soc.132,2669（1985）。
ポリアセチレン、ポリピロール及びポリチオフェンに関
する研究、並びに、ポリパラフェニレン、ポリアズレ
ン、ポリカルバゾール、ポリピレン、ポリアニリン及び
ポリトリフェニレンをはじめとする他の導電性ポリマー
に関する関連する研究から、置換されている５員又は６
員ヘテロ芳香環を、非置換の元の基体のヘテロ芳香族化
合物よりも、より導電性にするか又はより非導電性にす
る、置換基によって導入される電子的効果と立体的効果
との間の微妙なバランスがあることが明らかである。し
たがって、化学的又は電気化学的に速やかに重合して、
ポリマーを診断具における分析対象物センサーとして用
いて液体媒体中の分析対象物の存在及び濃度を測定する
ことができるような十分な導電性を有する導電性ポリマ
ーを生成することができるモノマーを開発すれば有利で
あろう。
また、官能化導電性ポリマーが、実際に分析対象物セン
サーとして用いるために必要とされることも明らかであ
る。該ポリマーは、十分な導電性を有するのみならず、
対象とする分析対象物と相互作用しうる基を有していな
ければならない。更に、この相互作用は、導電度の相違
を定量的に検出し、この導電度の変化を分析対象物濃度
に変換するために、ポリマーの導電度を十分に変化させ
るものでなければならない。このような導電性ポリマー
が、本発明方法が目的とするものである。
先行技術においては、本発明方法に関するいかなる公知
文献も存在しない。導電性ポリマーに対する先行技術に
おける化学的修正は、高度の導電度を保持するものに関
するものではない。例えば、M.S.Wrightonらの上記文献
においては、プラチナ電極に対するポリマーフィルムの
結合を改良する試みにおいてＮ−アルキルピロールが開
発されている。この研究においては、電極に接触する極
めて薄い官能化ポリピロールの層のみが必要とされてお
り、したがって、実質的に単層のフィルムの導電度は重
要ではない。
Salomaら［J.Electrochem.Soc.132,2379（1985）］によ
って、電極特性を代えるためにポリマーフィルムを官能
化することが試みられた。Salomaらは、付加基において
生じる全ての化学的効果に関する電子媒介物として官能
化ポリマーの導電性を利用することを試みた。しかしな
がら、この特定の研究分野は、金属電極の同様の化学的
変性［R.W.Murray,Acc.Chem.Res.13,135（1980）］によ
って凌駕された。
M.V.Rosenthalらは、M.V.Rosenthal、T.A.Skotheim、C.
Linkous及びM.I.FloritのPolym.Preprints,25,258（198
4）並びにM.V.Rosenthal、T.A.SkotheimのJ.Chem.Soc.C
hem.Commun.6,342（1985）において、重合後にポリピロ
ールを誘導体化する試みを開示している。
置換ピロール及び置換チオフェンポリマーに関する上記
記載の文献は、診断具における分析対象物センサーとし
て用いるために導電性ポリマーを製造することに関する
ものではない。例えば、チオフェンのメチル誘導体から
製造されるフィルムは、結果としてポリマー表面を官能
化するために合成されるのではなく、ポリマー中により
大きな秩序性、従ってより大きな導電性を導入するため
にβ−位を介するモノマー結合を防止するために合成さ
れるのである。上記先行技術においては、ヘテロ芳香環
上の置換基を化学的に用いずにポリマー特性を特徴付
け、改良することを試みたのである。
官能化2,5−ジチエニルピロール誘導体の合成及び重合
に関する研究の過程において、元の基体の分子、ポリ
［2,5−ジ（２−チエニル）ピロール］の電気化学的重
合及び性質が、G.G.McLeod、M.G.B.Mahoubian-Jones、
R.A.Pethuck、S.D.Watson、N.D.Truong、J.C.Galiri及
びJ.FrancoisのPolymer,27（３）,455-8（1986）におい
て開示されている。この分子、2,5−ジ（２−チエニ
ル）ピロール（式VI）は、本発明方法によって生成する
元の基体のヘテロ芳香族モノマーである。McLeodらの主
たる目的は、2,5−ジ（２−チエニル）ピロール（VI）
から得られるポリマーの溶解度を測定することである
が、2,5−ジ（２−チエニル）ピロールの重合は、いく
つかの更なる理由のために興味深いものである。例え
ば、ポリ［2,5−ジ（２−チエニル）ピロール］は、電
気化学的に速やかに合成され、陰イオンをドーピングす
ると、ポリピロール及びポリチオフェンに類似した導電
性を示す。
しかしながら、非常に驚くべくことに、本発明方法によ
れば、2,5−ジ（２−チエニル）ピロールをピロール環
の３位において官能化し、非置換の元のジチエニルピロ
ール（VI）の高い導電性を示す導電性ポリマーを生成す
ることができる。本発明の詳細な説明において記載する
ように、得られるポリマーの導電性に悪影響を与えるこ
と無しに、種々の官能基を2,5−ジ（２−チエニル）ピ
ロールのピロール環の３位に導入することができる。
本発明の導電性ポリマーを合成するために用いる新規モ
ノマーに加えて、重合後に導電性ポリマーを更に誘導
し、特定の分析対象物の検出及び測定を可能にすること
ができる。本発明方法によれば、導電性ポリマーの後重
合誘導及び官能化によって、官能化ポリマー／分析対象
物反応から得られる振動エネルギーをポリマーのフォノ
ンモード（phonon mode）と結合（coupling）させるこ
とにより特定の分析対象物の検出及び測定が可能にな
る。本明細書中で用いるように、フォノンとは、ポリマ
ー格子の量子化され非局在化された振動又は弾性の状態
である。
いくつかの引用文献において、センサーにおいて導電性
有機ポリマーを用いることが開示されているが、いずれ
の公知先行文献においても、分析対象物反応を導電性ポ
リマーと結合させて振動エネルギー用いてはいない。事
実、現在の導電性ポリマーをベースとするセンサーのい
ずれも、ポリマーに共有結合し、それと関連して作用す
る分析対象物プローブ分子を有してはいない。先行技術
のセンサーは、分析対象物、通常はガスとポリマーとの
直接的な相互作用によるものである。しかしながら、本
発明において用いる導電性ポリマーはまた、分析対象物
との直接的な相互作用による分析対象物センサーとして
も用いることができることに注意すべきである。
最も通常的な状態の、分析対象物と導電性ポリマーとの
間の直接的な相互作用によって、有機導電性ポリマーの
酸化状態に影響が及ぼされる。本発明の詳細な説明にお
いて更に完全に説明するように、ポリマーのビポラロン
（bipolaron）の存在、したがって導電性は、ドーピン
グ対イオン（dopant counterion）によって支持される
酸化状態を有する酸化されたポリマーを有することに依
存するものである。補償導電性フィルムか又は化学的に
ドーピングされた還元フィルムによってセンサーを更に
展開することができる。
例えば、M.S.Wrightonらのヨーロッパ特許第185,941号
において、化学センサーにおける活性種として導電性有
機ポリマーを用いることが開示されている。該特許にお
いては、概して、電気的信号への活性的な変換として、
導電性ポリマーの物理特性の変化を用いることが教示さ
れている。該特許において示されている実施例として
は、酸素ガス、水素ガス、pH及び酵素基質濃度の検出が
挙げられる。Wrightonらの特許においては、分析対象物
／プローブ分子振動相互作用をポリマーの振動出力に結
合させることも、分析対象物の検出のための変換機構と
してかかる振動結合を用いることも教示されていない。
Wrightonらによって記載されている主な変換機構は、酸
化又は還元によって誘導されるポリマー導電性における
変化を直接用いることである。
センサーを開発するために好適な更なる態様の基質／ポ
リマー相互作用が先行技術において開示されている。ポ
リピロールフィルム上への分析対象物の吸収を伴う表面
の誘電性の変化を用いてアルコールセンサーを製造する
ことができることが示されている。この先行技術におい
ては、新規な電気的誘電機構に加えて、懸下ゲート（su
spendedgate）電解効果トランジスターを用いることも
開示されている。かかる電子構造は、殆どの点で、無機
半導体を用いた周知の構造に類似のものであり、センサ
ー開発において一般的に有用であると期待しうるもので
ある。ここで記載する本発明の実施態様においては、化
学抵抗器具構造（chemiresistor device configuratio
n）を用いている。しかしながら、先行技術において開
示されているゲート構造を用いて発展的な改良が達成さ
れると予想される。
以下の参考文献は、ヘテロ芳香族ポリマーを用いた電気
化学センサーに関する先行技術を示すものである。
Y.Ikariyama及びW.R.HeinemanのAnal.Chem.58,1803（19
86）； M.Josowicz及びJ.JanataのAnal.Chem.58,514（1986）； T.N.Misra、B.Rosenberg及びR.SwitzerのJ.Chem.Phys.4
8,2096（1968）； K.Yoshino、H.S.Nalwa、J.G.Rabe及びW.F.ScmidtのPoly
mer Comm.26,103（1985）； C.Nylander、M.Armgrath及びI.LundstromのAnal.Chem.S
ymp.Ser.17（Chem,sens）,159（1983） H.S.White、G.P.Kittlesen及びM.S.WrightonのJ.Am.Che
m.Soc.106,5317（1984）； G.P.Kittlesen、H.S.White及びM.S.WrightonのJ.Am.Che
m.Soc.106,7389（1984）； Malmrosの米国特許第4,444,892号においては、半導体ポ
リマー上に固定化した分析対象物特異性結合物質を有
し、特定の分析対象物を検出しうる器具が開示されてい
る。
1986年２月24日出願のヨーロッパ特許第193,154号にお
いては、吸蔵された（occluded）酵素又は抗体を含有す
るポリピロール又はポリチオフェンフィルムを含む免疫
センサーが開示されている。
M.Umana及びJ.WallerのAnal.Chem.58,2979（1986）にお
いては、酵素の存在下でピロールを電気重合することに
より酵素、グルコースオキシダーゼを吸蔵又は捕捉する
ことが開示されている。次に、吸蔵酵素を含有するポリ
ピロールを用いてグルコースを検出することができる。
しかしながら、本発明方法は、本発明によれば、酵素が
重合後に導電性ポリマーと共有結合するという点で異な
っている。
以下の参考文献は、先行技術の状態を更に示し、本発明
方法に関する更なる背景試料として示すために引用する
ものである。
（ｉ）蛋白質における振動エネルギーの移動： A.S.DavydovのJ.Theor.Biol.38,559（1973）； A.S.DavydovのPhysica.Scripta.20,387、（1979）； A.S.Davydovのstudia biophysica（Berlin）62,1（197
7）； A.C.Scottの“Nonlinear Electrodynamicsin Biologic
al Systems",M.Ross Adey及びA.L.Lawrence編、Plenum
Press,NY.,1984,p.133; C.F.McClareのNature 296,88（1972）； （ii）元の基体の分子、2,5−ジ（チエニル）ピロール
の好ましい合成： H.Weinberg及びJ.MetselurのSyn.Comm.14（１）,1（198
4）； （iii）1,3−二極環付加によるピロール誘導体の製造： （１）R.Huisgen、H.Gotthardt及びH.O.BayerのChem.Be
r.103,2368（1970）； （２）J.V.Lown及びB.E.LandbergのCan.J.Chem.52,798
（1974）。
発明の概要 要約すると、本発明は導電性有機ポリマーを用いた分析
対象物センサーに関する。更に詳しくは、本発明は、官
能化しうる置換基を有する導電性ポリマーを生成する新
種のモノマーに関する。導電性ポリマーを、後重合反応
にかけて、特定の分析対象物を検出し、分析対象物濃度
を測定するためにポリマー表面上に分析対象物特異性プ
ローブ分子を共有結合させることができる。更に、本発
明方法によって製造される導電性ポリマーによって、導
電性ポリマーにおいて従来観察されなかった新規な変換
機構による、液体媒体中の特定の分析対象物の検出及び
測定が可能となる。
本発明方法によって用いられる分析対象物センサーは、
ヘテロ芳香族ポリマーの独特の導電特性を用いて、特定
の分析対象物の存在及び濃度を測定するものである。本
発明方法によれば、分析対象物センサーは、ポリマー表
面に共有結合している分析対象物特異プローブ分子を有
する導電性ポリマーを用いている。ポリマーの導電性
は、プローブ分子と分析対象物との間の相互作用によっ
て変化し、測定しうる変化が、分析対象物／プローブ分
子間の振動性相互作用を導電性ポリマーと直接結合させ
ることによるか、又は、反応生成物によって生成する第
２の効果を介して検出される。分析対象物、プローブ分
子及び導電性ポリマーの間の相互作用が、プローブ／分
析対象相互作用の振動エネルギーを、ポリマーのフォノ
ン補助ビポラロン移動（phonon-assistedbipolaron tra
nsport）に直接結合させることによって検出される場合
には、プローブ分子がポリマー表面に共有結合して、振
動結合を確実にしなければならない。更に、電気的検出
機構が、酵素基質によって生成する過酸化水素のよう
な、第２の反応種のポリマーに対する化学的効果を含む
ものである場合には、プローブ分子とポリマーとの間の
直接的な共有結合によって、第２の反応生成物の表面濃
度が高くなることにより検出効率が高められる。
導電性ポリマー表面に共有結合しうるプローブ分子の例
としては、酵素、抗体、及びクラウンエーテルのような
イオン特異性結合部位が挙げられる。導電性ポリマーに
おける分析対象物検出機構としては、酵素／基質又は抗
原／抗体反応から得られる分子振動を直接観察すること
が挙げられる。特定の例としては、酵素／基質反応によ
って蛋白内において誘導される振動励起を、ソリトンと
呼ばれる局在化した波形で蛋白を通して移動させること
ができる。ソリトンの局在化エネルギーを、次に、プロ
ーブ分子及びポリマーを共有結合している分子腕の長さ
及び撓み性を適当に選択することによって導電性ポリマ
ーのフォノンモードに変換することができる。したがっ
て、ドーピングされたヘテロ芳香族ポリマーの電気的特
性が、酵素／基質反応によって生起する内部振動状態の
励起に依存するので、ポリマーの導電度が直接的に変調
される。
プローブ／分析対象物振動相互作用の、ポリマー内にお
ける電気信号への変換は、第２の方法によって補助する
ことができる。例えば、酵素／基質反応の反応生成物の
検出は、ドーピング対イオンを直接補償するか、又はよ
り可逆的には、ポリマー内において触媒として対イオン
を用いることによって行なわれる。この後者の機構の特
定の例は、過酸化水素の酸化のためのドーピング触媒と
してテトラクロロルテネート（RuCl4 -）又はテトラクロ
ロフェレート（III）（FeCl4 -）イオンを用いることで
ある。例として、酵素の存在下におけるグルコースオキ
シダーゼとグルコースとの反応において過酸化水素が生
成する。したがって、過酸化水素の濃度を測定すること
によって、溶液中のグルコースの濃度を間接的に測定す
ることができる。ヘトロ芳香族ポリマーにおける電気的
変換物質としてドーピング触媒を用いることが、Kungら
に与えられた、ここで参照として示す米国特許第4,560,
534号において開示されている。
Kungらの特許においては、過酸化水素分解触媒として
鉄、ルテニウム又は他のVIII族金属を含有する陰イオン
対イオン触媒をドーピングした。導電性ポリマー、ポリ
ピロールを用いることが教示されている。しかしなが
ら、共有結合が、過酸化水素の高い局部表面濃度を確保
することによって変換機構を有効に向上せしめるので、
本発明によって導電性ポリマー表面にプローブ分子を共
有結合しうることが大きな改良点である。
本発明によって、化学的反応性置換基によって官能化さ
れており、電気的センサーにおいて用いるのに十分な導
電性を保持する新種の導電性有機ポリマーが開発され
た。また、ポリマーフィルムの導電性を大きく減少させ
ることなく、プローブ分子を導電性ポリマーの表面に共
有結合付加させることができることも示された。特に、
グルコースオキシダーゼを導電性ポリマーフィルムに共
有結合付加させることができることが示された。ポリマ
ー表面へのプローブ分子の共有結合付加を用いることに
よって、触媒変換を用いる過酸化水素の量応答を示す診
断具を設計し構成することができることが示された。
更に、導電性ポリマーに対する酵素の共有結合によって
グルコースオキシダーゼ／グルコース反応を直接電気的
に変換することができることも示された。グルコースの
検出における重要なファクターは、ポリマーの導電性に
対する生成過酸化水素の効果である。しかしながら、酵
素／基質反応と導電性ポリマーとの間の直接的な振動結
合機構の操作に関する徴候が存在する。本発明の重要な
特徴によれば、酵素、抗原又は受容体分子を導電性ポリ
マー表面に共有結合付加させることができるので、直接
的な振動結合機構が発生しうる。
本発明方法によれば、高度の導電性を示し、引き続いて
ポリマー表面を官能化しうる新種のポリマーは、概し
て、モノマー、2,5−ジ（２−チエニル）ピロール（構
造式VI）に基くものである。モノマー（VI）の電気的重
合は報告されているが、先行技術においては、本発明の
導電性ポリマーを合成するために用いられるモノマーに
関する公知文献はない。更に詳しくは、本発明の導電性
ポリマーは、概して構造式（VII）によって示されるよ
うな、ピロール環の３位に導入された反応性官能基を有
するモノマーから合成される。
ピロール環の３位において置換基が存在するにもかかわ
らず導電性の高いポリマーの成長が可能な一般式（VI
I）を有するモノマーの新規な特徴は、中央のピロール
環が２個のチオフェン環をその側部に隣接して有してい
ることである。得られる、３位の置換基（Ｒ）と２−及
び５−位のチオフェン環との間の立体相互作用は、３位
の置換基に隣接して水素原子を有する対応するテルピロ
ール構造と比較して大きく減少する。したがって、３位
が置換された2,5−ジ（チエニル）ピロール（VII）は、
より平面的な構造を有することができ、それを重合する
ことによってそのテルピロール類縁体よりも高い導電性
を有するフィルムを生成することができる。
同様に、かつ、オリゴマーの大きさが増大するにしたが
って酸化ポテンシャルが低下するので、一般式VIIIによ
って示される以下の種類の分子も、官能化導電性ポリマ
ーの合成に好適なモノマーとして提供することができ
る。同様に、置換フランモノマーによって導電性ポリマ
ーを得ることができるが、この置換ポリフランの導電性
は、元の基体の環の低い芳香族性のために極めて低いも
のになる。
一般式（VII）を有する置換2,5−ジ（２−チエニル）ピ
ロールの様々なものが合成され、電気化学的に重合され
る。以下に更に完全に説明するように、構造式（VII）
の2,5−ジ（２−チエニル）ピロールモノマーによっ
て、先行技術の誘導導電性ポリマーフィルムによって示
される導電度を比較して非常に大きな導電度を有する安
定なポリマーフィルムが生成する。また、構造式（VI
I）の2,5−ジ（２−チエニル）ピロールモノマーを、ピ
ロール又は他の同様な非置換の元の基体のヘテロ芳香族
化合物と共重合して、安定な導電性ポリマーフィルムを
生成することができることも見出された。
驚くべきことに、３位が置換された2,5−ジ（２−チエ
ニル）ピロールモノマー（VII）から安定な導電性ポリ
マーが合成されるのに加えて、化学的な後重合をピロー
ル環の３位の置換基において行なうことができることも
見出された。３位の置換基の立体適合性及び化学的環境
が重合によって変化するので、かかる後重合反応は非常
に驚くべきかつ予期しなかったことである。
ポリマー表面の反応性に関しては、第１に、対応するヒ
ドラゾン誘導体を生成するポリ（３−アセチル−2,5−
ジチエニルピロール）及びフェニルヒドラジンの反応が
示される。しかしながら、この特定の反応は、フェニル
ヒドラジンによって対イオンドーピング物質が減少し、
得られるフィルムの導電性が低下するので、監視するこ
とが困難であった。また、ポリマー表面の反応性のより
有用な例として、以下により完全に説明する、トリフル
オロアセチル基を除去することによる３−Ｎ−トリフル
オロアセトアミドメチル−2,5−ジ（２−チエニル）ピ
ロール（XIV）及びピロールのコポリマーの３−アミノ
メチル−2,5−ジチエニルピロールコポリマーへの転化
が示される。次に、適用しうる種々の反応のいずれかに
よって、コポリマー表面上に存在する遊離アミン基にグ
ルコースオキシダーゼを共有結合付加させた。
ここで、グルコースオキシダーゼのような共有結合プロ
ーブ分子によって、新規な感知機構を用いて、液体媒体
中のグルコースのような分析対象物の存在及び量を直接
測定する分析対象物センサーが提供される。更に、導電
性ポリマーへのプローブ分子の共有結合によって、過酸
化水素のような第２の反応生成物の生成又は分解を監視
するという主要な有利性が与えられる。導電性ポリマー
表面に共有結合している蛋白質プローブ分子によって、
酵素／基質又は抗原／抗体反応振動エネルギーを、おそ
らくはソリトン移動を介して、ポリマーのフォノンモー
ドへ直接移動させ、それによってポリマーの導電度に直
接影響を与えることが可能になる。酵素／基質又は抗原
／抗体反応のこの直接的な変換は、現在の検出技術を用
いては不可能である。事実、抗原／抗体反応は、反応に
おいて付加電荷移動が起こらないために電気的に監視す
るのが特に困難であることが立証されている。
また、導電性ポリマーへのプローブ分子の共有結合によ
って、試料と検出用物質との間の密接な接触を与えるこ
とによる第２の検出機構に関する有利性を与える。例え
ば、グルコースオキシダーゼを導電性ポリマーの表面に
共有結合させると、グルコースとの酵素反応による過酸
化水素の生成がポリマー表面において発生する。これに
よって、導電性ポリマー表面における過酸化水素の局部
濃度が高くなり、したがって、移動及び感知機構がより
効率的になる。全体として、導電性ポリマーに酵素を共
有結合させることによって達成される第２の検出機構に
関する有利性は、電流測定による電気化学的検出器にお
ける活性電極に酵素を同様に共有結合させることによっ
て与えられる有利性に類似したものである。
したがって、本発明の目的は、有機導電性ポリマーを用
いることによって、液体媒体中の分析対象物濃度を測定
する方法を提供することである。また、分析対象物と、
導電性ポリマーに共有結合しているプローブ分子とを相
互作用させる。液体媒体中の分析対象物の濃度を測定す
る方法を提供することも本発明の目的である。
本発明の他の目的は、検出及び測定可能な導電度の変化
が導電性ポリマー内で発生し、これが分析対象物の存在
及び濃度の確証となるような、分析対象物とプローブ分
子との間の相互作用による分析対象物濃度の測定方法を
提供することである。
本発明の他の目的は、共有結合しているプローブ分子と
分析対象物との間の反応によって起こり、プローブ分子
／分析対象物反応から導電性ポリマーへ振動エネルギー
を移動させ、該振動エネルギーを電気的信号へ変換する
ことによって検出される導電性ポリマー内における導電
度の変化から液体媒体中の分析対象物濃度を測定する方
法を提供することである。
本発明の他の目的は、プローブ分子と分析対象物との間
の反応によって起こる導電性ポリマー内における導電度
の変化が、過酸化水素の生成及び検出のようなプローブ
分子／分析対象物反応の第２の工程から得られる、液体
媒体中の分析対象物濃度の測定方法を提供することであ
る。
本発明の他の目的は、分析対象物特異プローブ分子が共
有結合するための部位を提供するために、後重合反応に
かけることができる置換基を有する導電性ポリマーを提
供することである。
本発明の他の目的は、分析対象物雰囲気において安定で
あり、比較的長時間の経過後もポリマーの導電度が保持
される導電性ポリマーを提供することである。
本発明の他の目的は、反応性プペーサー分子（bridging
molecule）と反応することができ、このためにプローブ
分子が導電性ポリマーに共有結合することが可能である
置換基を有する導電性ポリマーを提供することである。
本発明の他の目的は、保護基によって保護されており、
重合反応によって影響を受けることがなく、保護基を除
去した後にプローブ分子又は橋架分子を反応しうる反応
性官能基を有する導電性ポリマーを提供することであ
る。
本発明の他の目的は、プローブ分子に共有結合しうる導
電性ポリマーを生成するモノマーを提供することであ
る。
本発明の他の目的は、分析対象物相互作用から得られる
導電度の相違を検出し、測定し、分析対象物濃度に対し
て関連させうるために十分な導電度を示す導電性ポリマ
ーを生成するモノマーを提供することである。
本発明の他の目的は、プローブ分子又は反応性スペーサ
ー分子に対する置換後重合共有結合を行ないうるモノマ
ーから得られる導電性の高いポリマーを提供することで
ある。
本発明の他の目的は、高い導電性を有するポリマーを生
成し、プローブ分子又は反応性スペーサー分子に後重合
共有結合させることができるように置換されているヘテ
ロ芳香族モノマーを提供することである。
本発明の他の目的は、３位において置換されているピロ
ール環又はチオフェン環を有し、液体媒体中の分析対象
物の検出及び測定を可能にするのに十分な導電度を示す
導電性ポリマーを生成するヘテロ芳香族モノマーを提供
することである。
本発明の他の目的は、うち１個のチオフェン環が３位に
おいて下記の性質を有する環置換基で置換されている、
２個のチオフェン環からなるヘテロ環式芳香族モノマー
を提供することである。
本発明の他の目的は、モノマーの２個の末端ヘテロ芳香
族がどちらもチオフェン環であり、モノマーの中心の環
が３位において下記の性質を有する環置換基で置換され
ている、３個のヘテロ芳香環からなるヘテロ環式芳香族
モノマーを提供することである。
上記のヘテロ環式芳香族モノマーにおいて、環置換基
は、重合条件に対して耐性を有し、得られる導電性ポリ
マーの導電度を実質的に減少させず、重合度に反応して
プローブ分子又は橋架分子を導電性ポリマーに共有結合
させることができる。
本発明のこれら及び他の目的は、以下の本発明の詳細な
説明から明らかとなろう。
発明の詳細な説明 本発明方法によれば、有機導電性ポリマーを診断具にお
ける分析対象物センサーとして用いて、液体媒体中の特
定の分析対象物の存在及び濃度を測定する。有機導電性
ポリマーは広く研究されているが、分析対象物センサー
において導電性ポリマーを用いることは、ポリマーフィ
ルムの安定性、ポリマーの導電性、ポリマーの物理特
性、特定の分析対象物に関する試験ができないこと、及
び分析対象物検出機構が良好でないなどの点をはじめと
する種々の問題によって妨げられるている。以下により
完全に説明するように、本発明方法によって、驚くべき
かつ予期しなかったことに、分析対象物センサーとして
有機導電性ポリマーを用いた際に起こる問題点が減少又
は排除される。
本発明によって、高い導電性を有するポリマーを生成す
る新種のモノマーが開発された。該モノマーを、化学的
又は電気化学的に速やかに重合し、分析対象物センサー
として用いるのに十分な導電度を有する安定なポリマー
を生成させる。該新規モノマーは、これによって、分析
対象物センサーとして作用するために好適な電気的及び
物理的特性を有する導電性ポリマーが提供されるのに加
えて、重合後に官能化することができる反応性置換基を
も有する。非置換ピロールが、より酸化しやすく該置換
ピロールと比べて高い導電度を有するポリマーを生成す
るので必須のものであると教示している先行技術に対比
して、本発明方法において用いるモノマー上に存在する
反応性置換基によっては、ポリマーが分性対象物センサ
ーとして好適でないほどには得られるポリマーの導電度
が減少することがないことは驚くべきかつ予期しなかっ
たことである。更に驚くべきことには、ポリマーフィル
ムの電気特性に大きな影響を与えることなく、反応性置
換基を、後重合、並びに、抗原、酵素又はイオン特異結
合部位のような分析対象物特異プローブ分子によって官
能化させることができることが見出された。
更に、分析対象物特異プローブ分子を、導電性ポリマー
の表面に共有結合させることができることが見出され
た。プローブ分子と導電性ポリマー表面との間の密接な
共有結合接触の結果として、プローブと分析対象物との
間の反応から得られる振動相互作用を導電性ポリマーの
表面に移動させ、それによってポリマーの導電度に影響
を与えることができる。実際には、プローブ分子／分析
対象物反応の振動相互作用は測定しうる電気信号に変換
される。次にこの電気信号を、溶液中の特定の分析対象
物の存在及び／又は濃度に関連させる。この振動エネル
ギー／導電度変化による分析対象物感知機構は、当該技
術において新規かつ予期し得なかったものであり、橋架
分子によって直接又は間接的に特定のプローブ分子を導
電性ポリマーの表面に共有結合させることが可能なため
に生じるものである。
本発明の重要な特徴によれば、診断具において分析対象
物センサーとして導電性有機ポリマーを用いた際に従来
起こっていた問題点が、 次式（IX）： 〔式中、Ｒはシアノ、アミノメチル、トリフルオロアセ
トアミドメチル、２−ヒドロキシエチル、２−フタルイ
ミドエチル、２−アミノエチル、２−トリフルオロアセ
トアミドエチル、アセチル、カルボキシエチル、カルボ
エトキシエチル、カルボメトキシエチル、（Ｎ−３−カ
ルボメトキシプロピオニル）アミドエチル、（Ｎ−３−
カルボキシプロピオニル）アミノメチル、２−メチルジ
チオエチル、（Ｎ−イミダゾカルボニル）アミドメチ
ル、４−ニトロフェノキシアミドメチル、ホルミルメチ
ル又はカルボキシメチル基である〕 で示される新種のモノマーから導電性ポリマーを合成す
ることによって減少又は排除される。
本発明の他の重要な特徴によれば、一般式（IX）を有す
るモノマーによって、後重合反応及び官能化をすること
のできる反応性置換基を有する十分な導電性を有するポ
リマーが生成する、上記記載のように、かかる結果は、
元の基体のポリピロールと比較して、環置換ポリピロー
ルにおいて見られる導電度の著しい減少の点から、驚く
べきかつ予期しなかったことである。しかしながら、こ
れも上記記載のように、置換ピロール環に隣接した芳香
族チオフェン環が存在することによって、環置換基
（Ｒ）と隣接するイオウヘテロ原子との間の立体相互作
用が大きく減少する。
全体的に得られる化合物は、実質的に平面上であり、実
質的に変化しないπ電子系を有し、したがって比較的高
い導電性を有する実質的に平面上の導電性ポリマーを生
成する、一般式（IX）を有する種類のモノマーである。
更に、一般式（IX）を有するモノマーにおいて存在する
同一の立体的及び電子的効果のために、かつ、モノマー
の大きさが増大するにつれて酸化ポテンシャルが低下す
るので、一般式（Ｘ）によって示される以下のモノマー
もまた、ポリマーの導電性に悪影響を与えることなく後
重合反応及び官能化を行うことができる導電性の高いポ
リマーの合成に好適なモノマーとして作用すると期待さ
れる。
〔式中、Ｒ′はトリフルオロアセトアミドメチル、２−
ヒドロキシエチル、２−フタルイミドエチル、２−トリ
フルオロアセトアミドエチル、アセチル、カルボキシエ
チル、カルボエトキシエチル、カルボメトキシエチル、
（Ｎ−３−カルボメトキシプロピオニル）アミノエチ
ル、（Ｎ−３−カルボキシプロピオニル）アミノメチ
ル、２−メチルジチオエチル、（Ｎ−イミダゾカルボニ
ル）アミドメチル、４−ニトロフェノキシアミドメチ
ル、ホルミルメチル又はカルボキシメチル基である〕 一般式（IX）を有するモノマーの合成においては、いく
つかの矛盾する条件を満足しなければならないことが分
かっている。チオフェン、フラン、セレノフェン及び／
又はテルロフェン環を側部に隣接して有するピロール環
のような三環式モノマーを合成する際に生じる通常の合
成の問題に加えて、中心部のヘテロ芳香環上の３位に反
応性置換基（Ｒ）を配置することによって種々の更なる
問題が生起する。例えば、３位の反応性置換基は、大き
な電子的効果によって、モノマーの酸化ポテンシャル
が、重合が不可能になるか、又は、重合が可能であって
もポリマーの導電性に悪影響を与えうる程度に変化させ
うるので、大きな電子受容性又は電子供与性を示しては
ならない。逆に、３位の置換基は、アルキル基のよう
に、導電性ポリマーの後重合反応及び官能化を不可能に
するほど不活性であってはならない。
更に、３位の反応性置換基は、化学的又は電気化学的重
合反応に対して耐性を示すのに十分な程度に安定でなけ
ればならない。しかしながら、３位の置換基は、重合後
に、導電性ポリマーを攻撃しない。又は、ポリマーの電
気特性を破壊しない化学的条件下で、特定のプローブ分
子によって官能基が置換されうるのに十分な反応性を示
さなけらばならない。つまり、３位の反応性置換基は、
ポリマー鎖からポリマー鎖への電荷移動を起こすことが
できる程度に十分に密接してポリマー鎖が配置されるの
に十分な程度に小さなものでなければならない。
本発明の重要な特徴によって一般式（IX）を有し、上記
の基準を満足し、中心部の環上に導入されている３位の
反応性置換基を有する種々のモノマーが合成され、重合
された。以下の実施例において分かるように、一般式
（IX）を有する種々のモノマーの合成が、以下の分析技
術によって確認された。
モノマーの赤外（IR）スペクトルは、他に注記しない限
り、Perkin-Elmer Model 710B又は237赤外分光光度計、
あるいはNicolet 5DBXBFT IR分光光度計によって得られ
た。ポリスチレンフィルムの1602cm-1帯域を内部較正標
準値として用い、吸光度をcm-1として報告した。
プロトン磁気共鳴（1NMR）スペクトルは、JEOL FX-900
分光光度計を用いて89.55MHzにおいて、又はVarian T-6
0分光光度計を用いて60MHzにおいて得た。モノマーのス
ペクトルは、他に注記しない限りは、重水素置換クロロ
ホルム（CDCl3）溶液を用いて得た。化学シフトは、内
部標準、テトラメチルシラン（TMS）からの降下磁場を1
00万分の１の単位で報告した。
質量スペクトル（MS）は、Hewlett-Packard5985A分光光
度計を用い、電子衝撃（EI）、化学的イオン化（CI）又
は高速原子攻撃（FAB）モードのいずれかにおいて操作
して得た。
各モノマーの合成においては、他に記載していない限
り、市販の有機試薬を精製せずに用いた。無機試薬及び
反応溶媒はACS級試薬であった。テトラヒドロフラン（T
HF）はHPLC級であった。塩水とは塩化ナトリウム飽和水
溶液を意味する。
薄層クロマトグラフィー（TLC）は、E.Merckからのシリ
カゲル60F 254プレートを用いて行なった。フラッシュ
カラムクロマトグラフィーは、E.Merck又はAmerican Sc
ientific Productsのシリカゲル60（230〜400メッシ
ュ）を用いて行なった。報告されている融点及び沸点は
厳密なものではない。
元素分析は、Galbraith Laboratories,Inc.又はMiles I
nc.によって行なった。
一般式（IX）を有する好適なモノマーを製造する、前駆
物質をはじめとする合成経路が以下の実施例を参照する
ことによって分かる。
実施例１ Ｎ−（２−チエニルメチル）−２−チエニルカルボキサ
ミド（XIV） ２−チオフェンカルボン酸12.8g（0.1モル）及び塩化チ
オニル25mlの混合物を、還流下で２時間の間、又は塩化
水素及び二酸化イオウの蒸発が停止するまで撹拌した。
四塩化炭素（CCl4）と共に共沸させることによって、過
剰の塩化チオニルを減圧下で除去し、残査をジエチルエ
ーテル50ml中に溶解した。得られた溶液を、ジエチルエ
ーテル100ml及びトリエチルアミン20mlの混合物中に溶
解した２−チオフェンメチルアミン11.3g（0.1モル）を
含有する、冷却され、撹拌されている溶液に滴下した。
得られた混合物をクロロホルム（CHCl3）及び水の間に
分配した。有機相及び水相を分離した。有機相を、1N−
塩酸溶液、続いて重炭酸ナトリウム溶液で洗浄した。有
機相を硫酸ナトリウム上で乾燥し、過し、CHCl3を蒸
発させて、黄色の固体21.83g（98％）を得た。TLC（シ
リカゲル）;60:10:1［CHCl3：メタノール（CH3OH）：濃
水酸化アンモニウム（NH4OH）］によって一種類の生成
物が示された。
生成物の一部をCHCl3／ジエチルエーテルから再結晶さ
せて、融点（mp）115〜117℃を有する白色の固体を得
た。
分析値： C10H9NOS2 としての C H N 計算値： 53.78 4.06 6.27 測定値： 53.68 3.82 6.481 H-NMR（60MHz、CDCl3） δ:4.7（d,2H,−NH−CH2−）;6.8-7.8（m,6H）IR（CHCl
3）cm-1:3450,1660,1550 実施例２ Ｎ−（２−チエニルメチル）−２−チエニルイミノクロ
リド（XV） CHCl3140ml中にホスゲン27gを含む冷（０℃）溶液を、
N,N−ジメチルホルムアミド（DMF）1.5mlで処理し、次
に、CHCl3100ml中に化合物（XIV）15.44g（69ミリモ
ル）を含む溶液を、0.5時間かけて滴下した。得られた
溶液を０℃で１時間撹拌した後、一晩（約21時間）かけ
て雰囲気温度に加温した。
反応混合物のアリコートを、シリンジで採取し、溶媒を
減圧下で除去した。得られた油状物をCCl4と共に共沸蒸
留した。得られた残査は、以下の分光データを与えた。
IR（CHCl3）cm-1:16501 H-NMR（60MHz,CDCl3） δ:5.08（s,2H）;7.0-7.8（m,6H） TLC（SiO2，トルエン：ジオキサン＝9:1）:Rf＝0.1 反応混合物のバルクから、溶媒を減圧下40℃において蒸
発させ、暗赤色の油状物を得た。油状物をジエチルエー
テルを用いて粉砕し、液を合わせてCELITE（Manville
Products Corp.,Denver,CO.80217）を通して過し
た。次にジエチルエーテルを減圧下で除去した。化合物
（XV）が、116〜140℃（0.1mm）における蒸発蒸留によ
って得られ、14.4g（86％）が明黄色の油状物として得
られた。
実施例３ ３−シアノ−３−［Ｈ］−4,5−ジヒドロ−2,5−ジチエ
ニルピロール（XVI） 乾燥DMF65ml中に化合物（XV）15.66g（65ミリモル）及
びアクリロニトリル32g（330ミリモル）を含有し、不活
性雰囲気によって保護されており、冷却（−30℃）さ
れ、撹拌されている溶液に、1,5−ジアザビシクロ［4.
3.0］ノン−５−エン（DBN、66ミリモル）8.5gを滴下し
た。得られた混合物を−30℃で1.5時間撹拌した。次
に、過剰のアクリロニトリルを、50℃、圧17mmで蒸発さ
せた。DMFを、50℃、圧0.1mmで蒸発させることによって
除去した。残査を、CHCl3及び水の間に分配し、CELITE
を通して過してポリアクリロニトリルを除去し、有機
相及び水相を分離した。CHCl3相を硫酸マグネシウム上
で乾燥し、過し、蒸発させた。得られた油状物をトル
エン中に溶解し、溶出液として１％ジオキサン−トルエ
ン溶媒混合物を用いて、SiO2‐60200g上でクロマトグラ
フィーにかけた。各フラクション15mlを採取した。
No.16〜40のフラクションは一種類のレジオ異性体（reg
ioisomer）を含んでいた（分析TLC、SiO2、１％ジオキ
サン−トルエン、Rf＝0.5:第２セリウムアンモニウムナ
イトレート噴霧試薬によって視覚化）。No16〜40のフラ
ンクションに合わせて濃縮し、実質的に固体化した油状
物6.6gを得た（収率39％）。
このレジオ異性体の構造に関して以下の分析データが得
られた。1 H-NMR（60MHz,CDCl3）δ： 4.7（m,3H,ピロールC3−H,C3−H2）； 5.68（dd,ピロールC5−Ｈ）； 7.0-7.6（m,6H,チエニルＣ−Ｈ） このレジオ異性体（融点120.5℃〜122.5℃）の分析試料
をCHCl3−ヘキサン溶媒混合物から調製した。
分析値： C13H10N2S2としての Ｃ Ｈ N 計算値： 60.43 3.90 10.84 測定値： 61.15 4.19 10.76 質量スペクトル（EI） m/e＝258.3（M+,45.9％）,259.0（Ｍ＋1,9.4％） No.41〜49のフラクションを合わせて濃縮し、フラクシ
ョン15〜40においてみられたレジオ異性体及び第２のレ
ジオ異性体（Rf＝0.4）の混合物を含む油状物を得た。N
o.50〜79のフラクションを合わせて濃縮し、Rf＝0.4の
レジオ異性体のみを含有し、以下のスペクトル特性を有
する油状物4.9gを得た。1 H-NMR（60MHz,CDCl3）δ： 3.2-3.8（m,3H,ピロールC3−H,C4−H2）； 5.8（d,J−8Hz,ピロールC5−Ｈ）； 7.0-7.6（m,6H,チエニルＣ−Ｈ） 第２のレジオ異性体（融点105〜106℃）の分析試料を塩
化メチレン（CH2C12）から再結晶することによって調製
した。
分析値： C13H10N2S2としての Ｃ Ｈ Ｎ 計算値： 60.43 3.90 10.84 測定値： 55.54 3.78 9.99 質量スペクトル（EI） m/e＝258（M+,30％） 以後の合成においては、両方のジアステレオマーを含有
する粗反応混合物を更に精製することなく用いた。
実施例４ ３−シアノ−2,5−ジチエニルピロール（XVII） ジフェニルエーテル135ml中に粗３−シアノ−３−
［Ｈ］−4,5−ジヒドロ−2,5−ジチエニリピロール（XV
I）13.05g及び10％Pd/C 2.9gを含有する溶液を、二酸化
炭素（CO2）のパージ流下、195℃で５時間加熱した。次
に、反応混合物を冷却し、続いてCELITEを通して過し
た。フィルターケーキをCHCl3で洗浄し、液を合わせ
て、まず圧12mm、次に圧1.2mmの減圧下で蒸発させ、反
応溶媒を除去した。残査（10.14g）をアセトン−トルエ
ン混合物から再結晶して、生成物（XVII）3.14g（収率2
4.2％）を灰色がかった黄色の固体（融点202〜203.5
℃）として得た。
分析値： C13H8N2S2としての Ｃ Ｈ Ｎ 計算値： 60.91 3.15 10.93 測定値： 61.16 3.26 11.06 母液を濃縮して粘稠性油状物8.08gを得て、これを、溶
出液としてトルエン−THF（19:1）溶媒混合物を用いてS
iO2250g上でフラッシュクロマトグラフィーにかけた。
反応生成物を含むNo.36〜64のフラクションを合わせて
濃縮し、黄色の固体2.5gを得、これをアセトン−トルエ
ンから再結晶して更に1.26gの化合物（XVII）（収率9.7
％）を得た。上記の手順を繰り返すことによって、更に
489mgの化合物XVIIが同様に母液から得られた（収率3.8
％）。したがって、化合物（XVII）の合計の単離された
収率は37.7％であった。
IR（KBr）cm-1:3210,3160,22101 H-NMR（90MHz,DMSO-d6）δ： 6.8（d,J−2Hz,1H）;7.1（q,J＝4Hz,2H）； 7.46（d,J＝4Hz,2H）;7.7（d,J＝4Hz,2H）13 C-NMR（22.5MHz,DMSO-d6）δ： 90.1,109.8,116.7,124.0,125.0,126.0,126.7,127.8,12
8.2,131.2,133.2,133.7 質量スペクトル（EI） m/e＝256.3（M+,100.0％）,257.1（Ｍ＋1,22.4％） 実施例５ ３−アミノメチル−2,5−ジチエニルピロール（XVIII） 乾燥THF20ml中の３−シアノ2,5−ジチエニルピロール
（XVII）0.8g（３ミリモル）の撹拌されている溶液に、
THF中のボラン−テトラヒドロフランコンプレックス1M
溶液8mlを加えた。最初の発熱反応が鎮静した後、混合
物を不活性（アルゴンガス）雰囲気下、還流下で一晩加
熱した。次に、溶媒を減圧下で蒸発せ、残査をCHCl3及
び3N−塩酸（HCl）溶液の間に分配した。次にCHCl3相
を、3N-HCl各10mlで３回抽出し、硫酸ナトリウム上乾燥
し、過し、減圧下で濃縮して、未反応の３−シアノジ
チエニルピロール（XVII）410mgを得た。
酸水溶液を合わせて水酸化ナトリウム（NaOH）溶液で塩
基性にした後、CHCl3で抽出した。得られたCHCl3溶液を
硫酸マグネシウム上で乾燥し、過し、濃縮して固形分
再結晶し、化合物（XVIII）（融点154〜155℃）100mgで
得た。
分析値： C13H12N2S2としての Ｃ Ｈ N 計算値： 59.96 4.65 10.76 測定値： 59.99 4.61 10.51 H-NMR（60MHz,CDCl3）δ:3.8（s,2H）； 1.95（m,3H）;6.5（s,1H）,7.1-7.3（m,6H） 質量スペクトル（EI） m/e＝260.1（M+,100％）,244.1（M+‐NH2,100％） 母液を濃縮し、調製TLCプレート（SiO2‐60、20cm×20c
m×1000μ）によってクロマトグラフィーにかけ、CHCl3
及び60:5:1のCHCl3‐CH3OH‐濃NH4OH溶媒混合物で連続
的に溶出した。生成物（XVIII）を含むクロマトグラフ
ィー帯域を採取し、熱エタノールで抽出した。エタノー
ル溶液を過し、次に減圧下で濃縮して、更に100mgの
化合物（XVIII）を得た。化合物（XVIII）の合計の収量
は460mgであった（収率59％）。
実施例６ ３−（トリフルオロアセトアミドメチル）−2,5−ジチ
エニルピロール（XIX） CHCl375mg中に３−アミノメチル−2,5−ジチエニルピロ
ール（XVIII）1.64g（6.31ミリモル）を含む混合物を０
℃に冷却し、トリフルオロ酢酸エチル7.5ml及びジイソ
プロピルエチルアミン1.0mlで連続的に処理した。混合
物を雰囲気温度で加温して均一な溶液を調製した。雰囲
気温度で２時間経過後、更に2mlのトリフルオロ酢酸エ
チル及び0.5mlのジイソプロピルエチルアミンを混合物
に加えた。混合物を一晩撹拌した後、10分間還流下に加
熱した。冷却後、混合物を減圧下で濃縮して油状物を得
た。残査を、溶出液としてCHCl3を用いて、SiO2‐60（2
30〜400メッシュ）250g上でフラッシュクロマトグラフ
ィーにかけた。各フラクション18mlを採取し、No.18〜4
2のフラクションを合わせて濃縮し、褐色の泡状物2.11g
を得た。褐色の泡状物を播種しながら2:1−トルエン−
ヘキサン混合物から再結晶して、ピンクがかった茶褐色
の粉体1.51g（収率70％）を得た（融点107〜109℃）。
分析値： C15H11F3N2OS2 Ｃ Ｈ N としての計算値： 50.55 3.11 7.86 測定値： 50.47 3.12 7.541 H-NMR（90MHz,CDCl3） δ:4.55（d,J＝5Hz,2H）;6.40（m,NH）； 6.42（d,ピロールC2−Ｈ）;7.0-7.3（m,6H）； 8.4（m,NH）13 C-NMR（22.5MHz,CDCl3）δ： 36.7,108.7,117.1,121.9,123.6,124.4,124.8,125.0,12
7.4,127.8,133.0,134.8 IR（KBr）cm-1:3300,3100,1700,1550,1210,1190,1170 実施例７ ３−（２−ヒドロキシエチル）−2,5−ジチエニルピロ
ール（XX） ０℃に保持した、乾燥ジエチルエーテル100ml中に2,5−
ジ（２−チエニル）ピロール（VI）2.31g（10ミリモ
ル）を含む溶液を、ジエチルエーテル中ｎ−ブチルマグ
ネシウムブロミドの1.6M溶液6.3ml（10ミリモル）で処
理した。得られたスラリーを０℃で0.5時間撹拌し、次
に０℃で１時間撹拌した。乾燥THF（100ml）を加えて均
一な溶液を調製し、溶液を０℃で１時間撹拌した。１時
間かけて溶液を雰囲気温度に加温した後、飽和塩化アン
モニウム（NH4Cl）溶液1mlを加えることによって反応を
停止させた。得られた混合物を過し、SiO2‐60 25gの
存在下、減圧下で溶媒を蒸留させた。SiO2‐60上に吸着
した固形分を、１％ジオキサン−トルエン溶媒混合物を
用いて、SiO2‐60カラム200g上でクロマトグラフィーに
かけた。容量各15mlのフラクションを採取した。No.111
〜215のフラクションを合わせて濃縮し、所望の化合物
（XX）、及び、1H-NMRによって測定してＮ−（２−ヒド
ロキシエチル）−2,5−ジ（２−チエニル）ピロールと
同定された不純物約17％の混合物を含む油状物1.36gを
得た。この混合物を更なる精製を行なわずに用いた。1 H-NMR（60MHz,CDCl3） δ:3.0（t,J＝6Hz,ピロール−C3-CH2‐CH 2−OH）； 3.4（m,N-CH 2‐OH）； 3.9（t,J＝6Hz,ピロール−C3-CH2）； 4.4（t,J＝6Hz,N-CH2−）;6.4（d,J＝2Hz）； 6.9-7.4（m,6H）;8.93（m,NH） 質量スペクトル（EI）m/e＝275.1（M+,56.3％） 実施例８ ３−（２−フタルイミドエチル）−2,5−ジチエニルピ
ロール（XXI） CH2Cl225ml中に塩化メタンスルホニル 0.75gを含む溶
液を、塩化メチレン（CH2Cl2）25ml中に３−（２−ヒド
ロキシエチル）−2,5−ジチエニルピロール（XX）0.8g
（3.3ミリモル）及びトリエチルアミン3mlを含み、不活
性アルゴンガス雰囲気下０℃で保持された撹拌溶液に加
えた。混合物を０℃で２時間撹拌した後、DMF50ml中に
フタルイミドカリウム8g（40ミリモル）を含有する溶液
によって処理した。得られた混合物を40℃で一晩加熱し
た。室温に冷却した後、混合物を過し、SiO2‐60 20g
の存在下、減圧下で液の溶媒を蒸発させた。SiO2‐60
上に吸着した固形分を、１％ジオキサン−トルエン溶媒
混合物で平衡化され溶出されるSiO2‐60カラム100g上で
クロマトグラフィーにかけた。20mlの容量を有する各フ
ラクションを採取し、生成物（XXI）を含むNo.10〜25の
フラクションを合わせて濃縮し、油状物860mg（収率64
％）を得た。化合物（XXI）（融点174〜175℃）の分析
試料をジエチルエーテルから再結晶した。
分析値： C22H16N2O2S2 C H N としての計算値： 65.32 3.99 6.93 測定値： 65.06 4.03 6.711 H-NMR（60MHz,CDCl3） δ:3.0（t,J＝7Hz,2H）;3.9（t,J＝7Hz,2H）； 6.4（d,J＝3Hz,1H）;6.9-7.3（m,6H）； 7,7（m,4H）;8.5（m,NH） IR（CHCl3）cm-1:3450,3010,1780,1720,1405,1370 質量スペクトル（EI） m/e＝404.1（M+,39.4％）,405（M+1,11.2％） 実施例９ ３−（２−アミノエチル）−2,5−ジチエニルピロール
（XXII） エタノール25ml中の３−（２−フタルイミドエチル）−
2,5−ジチエニルピロール（XXI）800mg及び95％ヒドラ
ジン100mg（３ミリモル）の溶液を還流下で３時間加熱
した。次に、混合物を冷却し1N-HCl 25mlで希釈した。
エタノールを減圧下で除去し、得られた水溶液を過し
た。液を水酸化ナトリウム（NaOH）でアルカリ性に
し、CHCl3で抽出した。有機CHCl3相を硫酸マグネシウム
上で乾燥し、過し、CHCl3を蒸発させて、黄色の油状
物0.48gを得た。120:10:1のCHCl3-CH3OH−濃NH4OH溶媒
混合物を用いて、分取SiO2TLC（20cm×20cm×1000μ）
によって生成物を単離した。固形分300mgが得られた。
固形分をトルエン−ヘキサン溶媒混合物から再結晶し、
圧0.1mmにおいて55℃で乾燥し、化合物（XXII）200mg
（収率24％、融点136〜138℃）を得た。
分析値： C14H14N2S2 C H N としての計算値： 61.28 5.14 10.21 測定値： 61.20 5.15 9.811 H-NMR（60MHz,CDCl3） δ:2.0（m,NH2）;2.8（m,4H）； 6.3（s,1H）;6.8-7.4（m,6H） IR（CHCl3）cm-1:3430,2920,1590,1520,1430,1270 質量スペクトル（EI）m/e＝274.0（M+,35％） 実施例10 ３−（２−トリフルオロアセトアミドエチル）−2,5−
ジチエニルピロール（XXIII） ３−（２−アミノエチル）−2,5−ジチエニルピロール
（XXII）100mg（0.36ミリモル）、トリフルオロ酢酸エ
チル2ml及びCHCl35mlを含有する溶液を雰囲気温度にお
いて一晩放置した。CHCl3溶媒を減圧下で除去し、分取S
iO2‐TLVプレート（20cm×20cm×1000μ）によって、9:
1のトルエン−ジオキサン溶媒混合物で溶出して生成物
（XXIII）を単離した。化合物（XXIII）60mgが得られた
（収率45％）。1 H-NMR（60MHz,CDCl3）δ:2.87（t,2H）； 3.5（t,2H）;6.26（d,1H,ピロール−C3−Ｈ）； 6.8（m,1H,NH）;7.0（m,6H）;8.4（m,NH） 質量スペクトル（EI）m/e＝370.2（M+,75.9％） 実施例11 ３−アセチル−2,5−ジチエニルピロール（XXIV） 1,4−ジチエニル−1,4−ブタンジオン13.25g（53ミリモ
ル）、酢酸アンモニウム38.9g（0.53モル）、無水酢酸5
3ml及び酢酸212mlを含む混合物を、不活性ガス雰囲気
下、還流下で12時間撹拌した。次に、溶媒を減圧下で除
去し、残査をCHCl3及び水の間に分配した。有機相と水
相とを分離し、有機相を減圧下で蒸発させて固形分を得
た。分析TLCによって、固形分が、出発物質及び種々の
反応生成物の混合物であることが示された。粗固形分
を、酢酸アンモニウム38.9g、無水酢酸106ml及び酢酸21
2mlを含む混合物中に溶解し、還流下に一晩加熱した。
得られた混合物を冷却し、減圧下で溶媒を除去すること
によって濃縮した。残査をジエチルエーテル及び水の間
に分配した。固形分を水相から沈殿させ、固形分を過
し、乾燥すると、未反応の出発物質であるジケトン（8.
6g）であることが分かった。液及びジエチルエーテル
相は三種の成分の混合物を含んでいることが分かった。
ジエチルエーテル相を硫酸マグネシウム上で乾燥し、
過し、減圧下でエーテルを除去して暗色の油状物を得
た。油状物をトルエンから再結晶させると、３−アセチ
ル−2,5−ジチエニルピロール（XXIV）と同定される固
形分1gが得られた（融点181〜183℃）。
分析値： C14H11NOS2 C H N としての計算値： 61.51 4.06 5.12 測定値： 61.43 4.31 5.021 H-NMR（60MHz,CDCl3）δ:2.39（s,3H）； 6.78（d,J＝3Hz,1H,ピロール−C3−Ｈ）； 6.95-7.4（m,5H）;7.55（dd,J＝3Hz,1H）； 9.07（m,NH） IR（CHCl3）cm-1:3400,3200,1668 質量スペクトル（EI）m/e＝273.0（M+,82.3％） 実施例12 ３−カルボキシエチル−2,5−ジチエニルピロール（XX
V） Ｎ−（２−チエニルメチル）−２−チエニルイミノクロ
リド（XV）22.42g（93ミリモル）、新しく蒸留したDBN
12.5g及び乾燥DMF150mlを含む混合物を０℃で0.5時間撹
拌した後、3.5時間かけて雰囲気温度に加温した。反応
溶媒を減圧下50℃で除去し、残査をCH2Cl3中に溶解し
た。有機相を、５％HCl水溶液、水及び５％NaHCO3水溶
液で連続的に３回洗浄した。硫酸マグネシウム上で乾燥
した後、過し、減圧下で有機溶媒を除去し、得られた
油状物を蒸留した。190〜220℃において留去するフラク
ションを、溶出液としてトルエンを用いてSiO2‐60カラ
ム100g上でクロマトグラフィーにかけた。それぞれの容
量15mlのNo.31〜95のフラクションが所望の化合物（XX
V）（Rf＝0.27）を含んでいた。各フラクションを合わ
せて濃縮し、油状物2.5gを得た。油状物をヘキサンから
再結晶すると、化合物（XXV）600mgが得られた（収率２
％、融点103〜104℃）。
分析値： C15H13NO2S2 C H N としての計算値： 59.38 4.32 4.62 測定値： 59.13 4.46 4.511 H-NMR（60MHz,CDCl3） δ:1.45（t,J＝7Hz,3H）； 4.55（q,J＝7Hz,2H）； 6.88（d,J＝3Hz,1H）;7.0-7.6（m,5H）； 7.65（dd,J＝3Hz,1Hz,1H） IR（KBr）cm-1:3430,2970,1700,1600,1450,1260,1115 実施例13 ３−［（Ｎ−３−カルボメトキシプロピオニル）アミノ
メチル］−2,5−ジチエニルピロール（XXVI） 無水塩化メチレン15ml中の３−アミノメチル−2,5−ジ
チエニルピロール（XVIII）400mg（1.54ミリモル）及び
ジイソプロピルエチルアミン378μｌ（3.07ミリモル）
の溶液に、３−カルボエトキシプロピオニルクロリド
（1.6ml、9.23ミリモル）を加えた。室温で５分間撹拌
した後、水1mlを加えることによって反応混合物の反応
を停止させた。水相をクロロホルム各5mlで３回抽出
し、有機相を合わせて無水硫酸マグネシウム上で乾燥
し、過し、減圧下で濃縮した。粗反応生成物を、シリ
カゲル100g上でクロマトグラフィーにかけた。クロロホ
ルム：メタノール＝95:5で溶出すると、アミド（XXVI）
456mg（39％）が、融点48〜49℃及びRf:0.55（クロロホ
ルム：メタノール＝98:2）を有する縁がかった固体とし
て得られた。
IR（KBr）cm-1:3400,1735,1650,1530,1440,1220,1170,8
60,6951 H-NMR（60MHz,CDCl3） δ:6.90-7.36（m,7H）； 6.42（m,1H,ピロール−C4−Ｈ）； 5.70-6.00（brs,1H,−ＮH−）； 4.33-4.63（m,2H,CH 2‐Ｎ）； 3.67（s,3H,−CO2 CH 3）； 2.60（t,2H,J＝5Hz,−CH 2‐CO−） 2.51（t,2H,J＝5Hz,−CH 2CO） 質量スペクトル（EI）m/e＝374.2（M+,100％） 実施例14 ３−［（Ｎ−３−カルボキシプロピオニル）−アミノメ
チル］−2,5−ジチエニルピロール（XXVII） 化合物（XXVI）（200mg、0.53ミリモル）、0.6N−水酸
化ナトリウム水溶液（1.34ml、0.80ミリモル）及びメチ
ルアルコール4mlの混合物を室温で16時間撹拌した。反
応混合物を氷水15ml上に注ぎ、ジエチルエーテルで洗浄
した。水相をIN−塩酸水溶液でpH4.0に酸性化し、次に
塩化ナトリウムで飽和した。次に、飽和溶液を酢酸エチ
ル各5mlで４回抽出した。有機抽出物を合わせて、水5ml
で洗浄し、無機硫酸マグネシウム上で乾燥し、過し
た。減圧下で溶媒を蒸発させると粗酸が得られ、次にこ
れをシリカゲル20g上で精製した。酢酸エチル：酢酸＝9
5.5で溶出すると、Rf:0.28（酢酸エチル：酢酸＝95:5）
を有する酸（XXVII）121mg（63％）が得られた。
IR（KBr）cm-1:2700-3400,1715,1640,1535,1410,1210,1
175,1020,1000,840,820,6901 H-NMR（60MHz,CDCl3） δ:9.90-10.36（brs,1H,CO2 H）； 9.63-9.90（brs,1H,−NH）； 6.83-7.33（m,7H）;6.33（d,1H,J＝3Hz,ピロール−
C4−プロトン）； 4.43（d,2H,J＝2Hz,CH2‐NH）； 2.26-2.70（m,4H,−CO-CH 2-CH 2CO−） 質量スペクトル（EI） m/e:360.1（M+,55.9％）， 260.1（M+−CO（CH2）2CO2H,70％）， 244.1（M+−NH2‐CO（CH2）2CO2H,100％） 上記実施例から、モノマーの中心部のヘテロ芳香環の３
位に、数多くの異なる置換基（Ｒ）を導入することがで
きることが分かる。特に、実施例においては、一般式
（VII）を有するモノマー上の３位の置換基が、カルボ
キシエチル（XXV）、アセチル（XXIV）、シアノ（XVI
I）、アミノメチル（XXVIII）、アミノエチル（XXI
I）、トリフルオロアセトアミドメチル（XIX）及び２−
（トリフルオロアセトアミド）エチル（XXIII）であっ
てよいことが示される。しかしながら、本発明方法によ
れば、分子の３位に他の置換基を導入することもでき
る。また、置換基が、モノマーの重合性及びポリマーの
導電性に実質的に影響を及ぼさないならば、分子の４位
上に置換基を配置することもできる。
本発明の十分な有利性を達成するためには、導電性ポリ
マーの表面上で利用することのできる、モノマー:3−ア
ミノメチル−2,5−ジチエニルピロール（XVIII）の露出
されているアミノ官能基を有することが必要である。こ
のアミノ官能基は、理想的には、酵素、抗原又は他の特
異結合分子に直接共有結合するか、あるいは、引き続い
て酵素、抗原又は他の特異結合分子に結合する前にスペ
ーサー又は橋架分子に共有結合することが好ましい。導
電性ポリマーの表面上に露出しているアミノ基を導入す
ることは、モノマー（XVIII）の重合によって直接行な
うか、あるいは、アミノ官能基を保護ブロッキングした
モノマーを重合させた後、保護基を除去してアミノ基を
ポリマー表面上に露出させることによって行なうことが
できる。保護されたアミノ官能基を含む好ましいモノマ
ーは、３−（トリフルオロアセトアミドメチル）−2,5
−ジチエニルピロール（XIX）である。モノマー（XIX）
は、合成が容易で重合が容易であるために好ましいばか
りでなく、モノマー（XIX）によって、モノマー（XVII
I）から成長するポリマーと比較しても、異例なかつ驚
くべき導電性を示すポリマーが得られるという理由によ
って好ましい。更に、アミノ基を保護ブロッキングする
ことによって、ポリマーの成長を、テトラクロロルテネ
ート（RuCl4 -）のようなイオンを含有する電解質溶液中
において行なうことが可能となる。付加物が生成するの
で、テトラクロロルテネートイオンの存在下で、遊離基
アミンを有するモノマー（XVIII）からポリマーを成長
させることはできない。
極度の酸性又は塩基性条件下において良好な安定性を与
える他のアミノ保護基をまた、本発明方法にしたがって
用いることができる。下表１に示した保護基は、Ｎ−ト
リフルオロアセチル基を除去するために必要な条件より
も温和な条件下で導電性ポリマーから解離させることが
できる。したがって、必要な場合には、導電性ポリマー
を、Ｎ−トリフルオロアセチル基を除去するのに必要な
比較的厳しい条件から保護する。
同様に、本発明方法によれば、３−アミノメチル−2,5
−ジチエニルピロール（XVIII）よりも長いＮ−官能化
アミドスペーサー又は橋架腕を有するモノマーを合成し
重合させることができる。モノマー（XXVI）及び（XXVI
I）のようなより長いスペーサー腕を有するモノマーか
ら合成される導電性ポリマーフィルムによって、酵素又
は抗原のようなプローブ分子が、導電性ポリマーにより
効率的に共有結合付加することが可能になる。しかしな
がら、これらのより長いスペーサー腕の更なる立体構造
によって、重合フィルムの成長及び重合フィルムの導電
特性に悪影響を与える可能性がある。３−アミノメチル
−2,5−ジチエニルピロールの他のより長いスペーサー
腕による誘導体の例を下表２に示す。
本発明方法によって、抗原又は酵素を、３−アミノメチ
ル−2,5−ジチエニルピロール誘導体（XVIII）に加えて
他のジチエニルピロール誘導体上へも固定化することが
可能になる。例えば、２−ヒドロキシエチル誘導体（X
X）を転化させて、保護されておりかつ重合可能なチオ
ール、カルボキシアルデヒド又はカルボキシレートモノ
マーを得ることができる。更に、未保護ヒドロキシエチ
ルジチエニルピロール（XX）によって、プローブ分子の
付加の前にアミノプロピルシレーションするか又は酸化
的化学処理を行なうことによって表面の変性をすること
のできる導電性フィルムが得られる。
本発明方法によれば、中心部のヘテロ芳香環としてピロ
ール環を有するモノマーから、導電性ポリマーを合成す
ることができる。概して、ターチエニルモノマーによっ
ては、その後、強アルカリ条件に曝される導電性ポリマ
ーの製造において特に有用となる向上した化学的安定性
を有する導電性ポリマーが得られる。
更に、一般式（VII）： のヘテロ芳香族モノマー上に配置された上記実施例に記
載の３位の置換基に加えて、ヘテロ芳香環の３位に配置
することができ、ポリマーの導電性に悪影響を与えるこ
となくプローブ分子に共有結合することのできる他の反
応性置換基としては以下に示すものが挙げられる。
本発明の他の重要な特徴によれば、上記記載の2,5−ジ
（２−チエニル）ピロールモノマーを化学的又は電気化
学的に重合して導電性勇気ポリマーを得ることができ
る。好ましい合成方法においては、導電性ポリマーは、
その酸化状態のポリマーを直接得るために電気化学的に
合成される。電気化学的重合においては、支持電解質の
陰イオンがポリマーによってポリマー構造内に包含せし
められることによって、酸化状態のポリマーが製造され
る。
電気化学的方法を用いて、ポリマーから陰イオンを脱離
させて、絶縁状態の非酸化ポリマーを得ることができ、
同様に、電気化学的方法を用いて、絶縁状態の非酸化ポ
リマーを酸化するか又はこれに陰イオンを包含せしめる
ことができる。導電性ポリマーを可逆的に酸化できるこ
とは極めて重要なことであり、導電性ポリマーの安定性
に直接関係する。また、電解時間を監視することによっ
て導電性重合フィルムの厚を容易にかつ正確に制御する
ことができるので、導電性ポリマーを電気化学的に合成
することが好ましいということに注意すべきである。安
定性に関しては、対象となる分析対象物の大部分が水性
媒体中に存在するので、水の存在下、又は長時間水に曝
される状態において導電性有機ポリマーが安定であるこ
とが好ましい。
本発明方法によって製造される導電性ポリマーは電気化
学的に合成した。ポリマー合成のための条件には、アル
ゴンガス（Ar）によってパージされている乾燥アセトニ
トリル（CH3CN）溶媒中の５×10-3Ｍモノマー溶液にお
ける、銀／銀イオン（Ag/Ag+）参照電極に関する陽極電
位0.8V、アルゴンガス雰囲気下における導電性ポリマー
の成長が含まれる。ドーピング対イオンは0.01Mの濃度
で存在する。
概して、電気重合方法においては、作動電極、並びに、
モノマー、有機溶媒及び支持電解質をはじめとする電解
媒体が必要とされる。そのドーピング状態及び酸化状態
の導電性ポリマーは作動電極上で成長する。作動電極
は、金、プラチナ、アルミニウム、ロジウム、チタン、
タンタル、ニッケル又はステンレス314のような金属；
酸化スズ、酸化チタン又は酸化インジウムタンタルのよ
うな金属酸化物；珪素、ゲルマニウム、ガリウムアルセ
ニド、カドミウムスルフィド又はカドミウムセレニドの
ような半導体物質；グラファイト又はガラス状炭素のよ
うな炭素質物質；あるいは他の好適な電極材料であって
よい。
電解媒体に関する溶媒の選択は、導電性ポリマーの物理
的、形態的及び電気的特性に直接影響を与える。有機溶
媒を用いる場合には、溶媒自身が電解反応に直接包含さ
れることのないように、該溶媒は非プロトン性でありか
つ求核性の小さなものであることが好ましい。本発明の
導電性ポリマーの電気化学的合成において用いられる代
表的な溶媒としては、アセトニトリル、テトラヒドロフ
ラン、塩化メチレン、ベンゾニトリル、ジメチルスルホ
キシド、エタノール、炭酸プロピレン、ヘキサメチルホ
スホラミド、ブタノン及びニトロメタンが挙げられる。
支持電解質は、有機ポリマーの電荷キャリヤーを補償す
るドーピング物質として導電性ポリマー中に直接包含せ
しめられるので、電解媒体において重要な成分である。
導電性ポリマーを電気化学的に成長させる場合には、導
電性ポリマー内に陰イオン系ドーピング物質を包含せし
めることが、ポリマー成長工程に直接関係する必須の要
素である。導電性ポリマーが成長するにつれて、陰イオ
ン系ドーピング物質が完全にドーピングされ、約10〜約
35原子％の範囲の量が導電性ポリマー中に含まれるよう
になる。導電性ポリマーが成長すると、フィルムを還元
及び酸化工程にかけることによって、ドーピング対イオ
ンの解離及び再導入によりこれを可逆的に還元したり再
酸化することができる。
導電性ポリマーを電気化学的に合成することによって、
広範囲の電解質から特定の対イオンを選択することが可
能になる。電解質によって、導電性ポリマーフィルムの
電気的活性及び構造特性の両方が影響を受けるので、支
持電解質の選択は重要である。例えば、ポリピロール
は、単に電解質の対イオンを変えることによって、105
のオーダーの大きさで変化する導電度を示す。
ポリマーの所望の物理的及び電気的特性によって、種々
の支持電解質を本発明方法にしたがって用いることがで
きる。支持電解質の陽イオンとしては、アルキル基が１
〜10個の炭素原子を有するテトラアルキルアンモニウム
イオンが特に好ましい。代表的な例としては、テトラエ
チルアンモニウム及びテトラブチルアンモニウムが挙げ
られる。これらテトラアルキルアンモニウムイオンは、
非プロトン性溶媒中で可溶であり、溶液中において高い
解離度を示すので特に有用である。同様の理由によっ
て、支持電解質の陽イオンとしてリチウムがしばしば用
いられる。
支持電解質の陰イオンは、実質的に非求核性であり容易
に酸化されないものであればいかなる陰イオンであって
もよい。過度の求核性又は酸化容易性のために好適でな
い陰イオンとしては、ハロゲン化物イオン、ヒドロキシ
ル、アルコキシ、シアニド、アセテート及びベンゾエー
トが挙げられる。しかしながら、有機又は無機構造の殆
どの他の陰イオンを、本発明の導電性ポリマーの電気化
学的合成において用いることができる。好適な陰イオン
としては、テトラフルオロボレート（BF4 -）、ペルクロ
レート（ClO4 -）、テトラクロロフェレートIII（FeC
l4 -）、テトラクロロルテネート（RuCl4-）、ｐ−トル
エンスルホネート、ピクリルスルホネート、ヘキサフル
オロアルセネート、トリフルオロメチルスルホネート
（CF3SO3 -）、ヘキサフルオロホスフェート（PF6 -）、
フルオロスルホネート、トリフルオロアセテート（CF3C
O2 -）、ｐ−ブロモベンゼンスルホネート及びペルルテ
ネート（RuO4 -2）が挙げられる。同様に、ポルフィリン
におけるコバルト又は鉄フタロシアニンにおける鉄のよ
うに、陰イオンの中心元素として配置される場合には、
鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、プラ
チナ、オスミウム、イリジウム及びパラジウムのような
金属を、支持電解質の陰イオンとして用いることができ
る。
酵素反応に基くセンサー系のいくつかは、第２の生成物
として過酸化水素を生成することを含んでいる。かかる
系の例は、グルコースオキシダーゼを用いたグルコース
の検出である。本発明の分析対象物／プローブ系の有利
性を十分に達成するために、支持電解質の陰イオンとし
てテトラクロロルテネート（RuCl4 -）を用いる。このル
テニウムに基く陰イオン、又は同様の鉄に基く陰イオン
は、ポリマーに関する補償ドーピング物質としてのみな
らず、過酸化水素の酸化分解のための触媒としても作用
する。この触媒効果の重要性を、特定の分析対象物、グ
ルコースの検出に関して以下に更に詳細に説明する。
グルコースオキシダーゼに加えて、媒体として酸素を用
い、したがって過酸化水素を生成するオキシダーゼ酵素
としては、グルコースオキシダーゼ、コレステロールオ
キシダーゼ、アリール−アルコールオキシダーゼ、Ｌ−
グルノラクトンオキシダーゼ、ガラクトースオキシダー
ゼ、ピラノーズオキシダーゼ、Ｌ−ソルベースオキシダ
ーゼ、ピリドキシン−４−オキシダーゼ、アルコールオ
キシダーゼ、Ｌ−２−ヒドロキシ酸オキシダーゼ、ピル
ベートオキシダーゼ、オキサレートオキシダーゼ、グリ
オキシレートオキシダーゼ、ジヒドロ−オロテートオキ
シダーゼ、ラトステノールオキシダーゼ、サルコシンオ
キシダーゼ、Ｎ−メチルアミノ酸オキシダーゼ、N6−メ
チルリシンオキシダーゼ、６−ヒドロキシ−Ｌ−ニコチ
ンオキシダーゼ、６−ヒドロキシ−Ｄ−ニコチンオキシ
ダーゼ、ニトロエタンオキシダーゼ、スルファイトオキ
シダーゼ、、チオールオキシダーゼ、シトクロムＣ−オ
キシダーゼ、シュードモナスシトクロムオキシダーゼ、
アスコルベートオキシダーゼ、ｏ−アミノフェニルオキ
シダーゼ及び３−ヒドロキシアントラニレートオキシダ
ーゼが挙げられる。
結果として、グルコースオキシダーゼの実施態様に関し
て記載したのと同様の方法を用いることによって、任意
のオキシダーゼ酵素を用いて、本発明方法にしたがって
分析対象物センサーを製造することができる。
本発明のモノマーの電気化学的重合においては、0.8Vの
電圧が有用な概値であることが見出された。しかしなが
ら、導電性ポリマーを合成するのに用いられる大部分の
モノマーに関する電圧の閾値が0.8Vよりも相当に低いの
で、この電圧は必ずしも最適値ではない。
置換2,5−ジ（２−チエニル）ピロールから成長するポ
リマーフィルムの導電度は、一定電流15.0μＡ（マイク
ロアンペア）においてAlessi Industiries四点プローブ
を用いて測定すると、概して、103S/cm〜約0.05S/cmの
間で変化する。１×102S/cm未満の導電度を有するフィ
ルムにおいては、より低い一定電流を用いることが必要
とされる。
ポリマーフィルムの導電度が診断具の導電度に直接関係
するので、この比較的高い導電度は重要である。特に、
構造式（XIX）のトリフルオロアセチル基で保護された
アミンから成長したポリマーフィルムが最も高い導電度
を示すことが分かった。置換2,5−ジ（２−チエニル）
ピロールモノマーから成長するポリマーフィルムに関し
て観察された導電度は、先行技術において報告されたい
かなる誘導ポリマーの導電度よりも極めて高いものであ
った。更に、置換2,5−ジ（２−チエニル）ピロールモ
ノマーから得られる導電性ポリマーの安定性は、先行技
術の誘導ポリマーと比較して大きく改良されている。
概して、導電性ポリマーの形態的及び電気的特性は、モ
ノマー、支持電解質及びポリマーフィルム厚に依存す
る。例えば、以下の工程によって、ジチエニルピロール
誘導体、３−（トリフルオロアセトアミドメチル）−2,
5−ジチエニルピロール（XIX）からの導電性ポリマーの
一般的な製造を示す。このモノマー、及び他の３−置換
−2,5−ジ（２−チエニルピロール）誘導体の重合は、
先行技術において教示されている電気化学的重合方法に
非常に類似して行うことができる。
更に詳しくは、３−（トリフルオロアセトアミドメチ
ル）−2,5−ジチエニルピロール（XIX）を電気重合する
ために、アセトニトリル（CH3CN）中の、モノマー（XI
X）5.0×10-3Ｍ及びテトラエチルアンモニウムテトラク
ロロルテネート［（C2H5）4NRuCl4］0.01Mの溶液30mlを
調製する。
更に、適当な基材上に金約1000Åをスパッタリングする
ことによって金製の陽電極を製造する。好適な基材とし
ては、テフロン、クロム処理ガラス、ガラス又はポリス
チレンが挙げられ、基材はその後の導電性フィルムの処
理によって選択される。陽電極上に規定されるポリマー
成長領域は、2.25cm2をスクリーニングすることによっ
て画成される。上記記載の陽電極、CH3CN中Ag/Ag+の参
照電極、及び通常はプラチナ加工チタンメッシュである
か又はその上に金をスパッタリングした研磨ガラスであ
る陰電極から構成される、単一セル電気化学装置を用い
る。陰電極は表面積約6.5cm2を有する。陽電極及び陰電
極は、平行に、かつ2cmの距離をおいて配置されてい
る。ポリマー重合の前に、溶液中にアルゴンをバブリン
グして通すことによって、電気化学セルの空気をパージ
する。ポリマー成長の間は溶液上にアルゴン雰囲気を保
持する。観察される電流は、特定の2,5−ジ（２−チエ
ニル）ピロールモノマーが重合することによって僅かに
変化する。反応条件を変化させると電流の変化がより明
確になる。しかしながら、この一般的な実施例の反応条
件下においては、約300〜400μA/cm2の電流が通常であ
る。殆どの場合においては、重合が停止する迄に0.2930
Coul/cm2（クーロン／cm2）の電流を通す。この電流量
は、約7235Åの導電性ポリマー厚に相当する。電気化学
的成長の後、導電性ポリマーを、連続アセトニトリル浴
中で完全にすすぎ、減圧下又は不活性アルゴンガス流下
のいずれかで乾燥する。
ポリマーフィルムのバルク導電度の測定は、エポキシ支
持体を用いることによってフィルムを金電極からストリ
ッピングした後に行なった。フィルムを陽電極から除去
するために、Master Bond UV 14紫外線硬化性エポキシ
の0.1mlのアリコートをポリマーの外表面に施し、キセ
ノンUVランプ下、約２分間の間硬化させた。次に、エポ
キシによって支持されているフィルムを、Transene Com
pany,Inc.から市販されているGOLD ETCHANT,TYPE TFAを
用いて金表面からエッチングする。
次に、導電性ポリマーフィルムを、水中で、又は水中、
続いてアセトニトリル中で完全に洗浄する。ポリマーフ
ィルムの導電度を、一定電流15.0μＡにおいて四点プロ
ーブ（Alessi Industries）を用いて測定する。しかし
ながら、１×10-2S/cm未満の導電度を有するポリマーフ
ィルムに関しては、約５〜約10μＡのようなより小さな
電流を用いる必要がある。
同様に、以下の変更を行なった外は上記記載の方法と実
質的に同一の方法によって、導電性ポリマーフィルムを
２個の電極マイクロデバイス上に成長させた。一定の陽
電極面積2.25mm2を保持するために、全露出表面積約2.7
mm2を有する電極を掃去電極と逐次連結させる。更に、
フィルムを約0.07Coul/cm2のみの厚に成長させて表面効
果に対する感度を向上させた。
本発明の重要な特徴によれば、2,5−ジ（２−チエニ
ル）ピロールの誘導体から合成されるポリマーの導電度
を、2,5−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体とピロー
ル又は他の非置換の元のヘテロ芳香族モノマーとを共重
合させることによって向上させることができる。例え
ば、導電性ポリマーを、ピロール及び構造式（XIX）の
誘導モノマーの両方を含む電解質溶液から成長させた。
ポリマーフィルムを構成するモノマー単位は、電解質溶
液中のモノマーの比とは同一にはならないことが分かっ
ているが、誘導モノマー（XIX）が導電性コポリマーフ
ィルム内に包まれていることが、赤外、ESCA、導電度及
び電流：電圧の研究によって証明された。
電気化学的共重合に関して最初に成功した試みは、ピロ
ールのエチルエステル誘導体及びピロールのモノマー混
合物を用いたものであった。以下により完全に説明する
ように、Ｎ−トリフルオロアセトアミドメチルジチエニ
ルピロール誘導体（XIX）及びピロールのコポリマーに
よって、十分な数の官能性部位がコポリマー内に導入さ
れ、分析対象物特異プローブ分子又は反応性スペーサー
分子をポリマーに有効に共有結合させることが可能にな
る。得られるコポリマーフィルムの導電度、及び、コポ
リマーフィルム上に存在する官能性部位の数は、溶液中
のモノマーの相対的濃度を変化させることによって調節
することができる。結果として、10S/cmという大きな導
電度を有し、酵素に共有結合しうる導電性ポリマーが合
成された。
ホモポリマーフィルムの合成に類似した方法によってコ
ポリマーフィルムが合成される。概して、酸化しうるモ
ノマーの全濃度は、5.0×10-3Ｍに保持されている。例
えば、ピロールと３−トリフルオロアセトアミドメチル
−2,5−ジチエニルピロール（XIX）との1/1のコポリマ
ーが、ピロール2.5×10-3Ｍ及びモノマー（XIX）2.5×1
0-3Ｍの溶液から成長せしめられる。両方のモノマーが
ポリマー鎖内に導入されているが、IR、ECSA、電流：電
圧の実験、及び酵素結合実験を用いて確認された。しか
しながら、コポリマー鎖内に含まれるモノマーの比は正
確には測定されず、溶液中のモノマーの比とは同一のも
のではない。
上記条件下において、2,5−ジ（２−チエニル）ピロー
ル（XXIV）の３−アセチル誘導体とピロールとを共重合
することによって、モノマー比によって2.05×10-3〜7.
02×10-3S/cmの範囲の導電度を有するフィルムが製造さ
れることが観察された。
通常、重合工程中に反応性アミン基を保護するために、
トリフルオロアセチル基のような保護基がアミン基上に
配置される。重合の後、トリフルオロアセチル基を除去
して、アミン官能基と橋架分子又は分析対象物特異プロ
ーブ分子とを反応させる。しかしながら、重合条件を変
化させることによって、トリフルオロアセチル保護基を
用いずに、３−アミノメチル−2,5−ジチエニルピロー
ルモノマー（XVIII）とピロールとを直接共重合させる
ことができる。この直接共重合方法によれば、その後の
保護基の除去が排除され、ポリマーを橋架分子又は特異
プローブ分子と直接反応させることができる。
本発明の重要な特徴によれば、モノマー混合物中に存在
する、非置換の元のヘテロ芳香族化合物及び３−置換−
2,5−ジ（２−チエニル）ピロールモノマーの相対的な
量は、２つのモノマーの相対的反応性、導電性コポリマ
ーの所望の導電度、プローブ分子に共有結合するための
コポリマー内の所望の部位の数、並びに、安定性、脆
性、溶解性などをはじめとするコポリマーの一般的な物
理的及び化学的特性をはじめとする種々の変数に依存す
る。これらの変数は、用いるモノマー、検出する分析対
象物、用いる重合及び後重合反応条件、並びに、用いる
分析対象物試験条件のようなファクターを考察すること
によって当業者によって規定することができる。
新種のモノマー、即ち、中心部の環の３位に置換基を有
し、速やかに電気化学的に重合して有機導電性ポリマー
を製造することのできる2,5−ジ（２−チエニル）ピロ
ール（XI）が発見されたことに加えて、反応性スペーサ
ー分子又はプローブ分子を導電性ポリマーに共有結合さ
せるために、導電性有機ポリマーを３位の置換基におい
て後重合反応にかけることができることが見出された。
プローブ分子を、直接又は反応性スペーサー分子を介し
て導電性ポリマーに共有結合させることによって、導電
性ポリマーを、プローブ分子と反応する特定の分析対象
物に関する分析対象物センサーとして診断具において用
いることができる。
後重合反応をヘテロ芳香環の３位の置換基において行な
うことができることが示されることが本発明の重要な特
徴である。導電性ポリマーの成長における立体要求によ
ってもたらされる困難性と同様に、立体相互作用によっ
て３位の化学基が後重合反応に適用できないものとなる
ことも予想される。本発明によってプローブ分子を導電
性ポリマーの表面上の化学基に共有結合付加させること
ができることは、新規なかつ予期しなかったことであ
る。
３−アセチル−2,5−ジチエニルピロール（XXIV）とフ
ェニルヒドラジンとを反応させ、対応するヒドラジン誘
導体を得ることによって、３位の置換基を後重合反応に
かけることができることが示された。しかしながら、こ
の反応過程においては、また、フェニルヒドラジンによ
ってポリマーが還元され、したがって、ポリマーフィル
ムの導電性が破壊される。
後重合ポリマー表面の反応性を示す他の例が、３−トリ
フルオロアセトアミドメチル−2,5−ジチエニルピロー
ル（XIX）のコポリマーフィルムにおいて観察された。
コポリマーフィルムは、ピロール2.5×10-3Ｍ、ジチエ
ニルピロールモノマー（XIX）2.5×10-3Ｍ及びRuCl4 -対
イオン0.01Mの溶液から、0.8Vにおいて電気化学的に製
造された。重合の後、トリフルオロアセチル保護基を化
学的に除去することによってポリマー表面上の遊離アミ
ン基を露出させ、ジチエニルピロールの３−アミノメチ
ル誘導体（XVIII）の共重合体を得た。トリフルオロア
セチル保護基を除去する利用しうる方法の中では、コポ
リマーフィルムを、メタノール中１×10-2Ｍナトリウム
メトキシド溶液（NaOCH3／CH3OH）に、室温で16時間曝
露する方法が好ましいことが分かった。ポリマー表面上
の遊離アミン基の存在は、放射性標識化反応性標識本を
用いることにより、ECSA試験及び結合試験によって確認
された。
トリフルオロアセチル保護基を除去した後に、種々の利
用しうる化学反応の一つを用いることによって、グルコ
ースオキシダーゼを導電性ポリマー表面上の露出された
遊離アミン基に共有結合付加させた。例えば、二官能性
結合試薬としてジメチルアジピミデートジヒドロクロリ
ドを用いて遊離アミン基をグルコースオキシダーゼのリ
シル−ε−アミノ基に結合させることによって、グルコ
ースオキシダーゼを導電性ポリマー上の遊離アミン基に
共有結合させた。ポリマーを、pH10の、重炭酸カリウム
0.25M中ジメチルアジピミデートジヒドロクロリド80mg/
mlの溶液に、37℃で10分間曝露し、続いて、グルコース
オキシダーゼ0.7mg/mlの溶液に37℃で10分間曝露するこ
とによって、アミン基に対するグルコースオキシダーゼ
の良好な共有結合を達成した。この条件下で、約0.5×1
0-12〜1.0×10-12モル／cm2の酵素がポリマー表面に結
合することが分かった。アジピミデート結合反応によっ
て、蛋白をポリマー表面に共有結合付加させることがで
きることが示された。しかしながら、アジピミデート法
において必要とされる塩基性条件を避けることによって
ポリマーの電気的特性を良好に保持するために、他の化
学的方法を用いることもできる。
例えば、酵素を導電性ポリマー表面に共有結合付加させ
る他の方法は、結合試薬としてモノマー性グルタルアル
デヒドを用いるものである。効率的な酵素共有結合が広
範囲の実験室条件で達成され、したがって、この方法の
適応性が示される。通常、グルタルアルデヒドをポリマ
ー表面に共有結合させるのに用いる条件としては、0.1I
−リン酸塩バッファー中グルタルアルデヒド６％溶液
中、37℃で24時間、ポリマーを活性化し、次に、0.1I−
リン酸バッファー中グルコースオキシダーゼ0.07mg/ml
の溶液中、37℃で24時間、酵素結合させることが挙げら
れる。
分析結果は、共有結合していないグルコースオキシダー
ゼと、ポリマーフィルムに共有結合しているグルコース
オキシダーゼとの間で異なっている。共有結合している
グルコースオキシダーゼは、約１×10-12〜1.5×10-12
モル／cm2、即ち、共有結合付加している酵素の単層に
関して算出した理論値に一致する値でポリマー表面上に
存在していることが分かった。酵素付加方法において用
いられる方法及び条件を以下の実施例において更に完全
に説明する。
実施例15 導電性ポリマーへのグルコースオキシダーゼの付加 グルコースオキシダーゼを、ピロール及び３−トリフル
オロアセトアミドメチル−2,5−ジチエニルピロール（X
IX）から合成された導電性コポリマーフィルムの表面に
共有結合させることによって、導電性ポリマー表面への
生物学的プローブの共有結合付加を示した。モノマー比
1/1及び9/1のモノマーを含むモノマー混合物［ピロール
／ジチエニルピロール（XIX）］から得られたコポリマ
ーを用いて同様な結果が得られた。
コポリマーを合成した後、コポリマーフィルムを半分に
切断した。フィルムの一方の半分に酵素を結合させ、他
方の半分を対照用として用いた。両方のコポリマーフィ
ルムを、メタノール中ナトリウムメトキシド（NaOCH3）
1.0×10-12溶液に、室温で約16時間曝露して、トリフル
オロアセチル保護基を除去し、遊離アミン基をコポリマ
ー表面上に露出させた。次に二つのフィルムを、メタノ
ールで２回、イオン強度0.1、pH7のホスフェートバッフ
ァーで２回洗浄した。
コポリマー表面アミン基を酵素中のリシン残基のε−ア
ミノ基に結合させるために用いるグルタルアルデヒド反
応性スペーサー分子はモノマー性であることが好まし
い。ポリマー性グルタルアルデヒドは約235nmにおける
強いピークを示すので、モノマー性グルタルアルデヒド
の存在は、UV分光光度計を用いることによって容易に監
視することができる。
好ましい活性化条件としては、コポリマーフィルムを、
ホスフェートバッファー中グルタルアルデヒド６％溶液
に、37℃で24時間曝露することが挙げられる。フィルム
の対照用の半分は、ホスフェートバッファーのみに曝露
し、グルタルアルデヒドには曝露しない。次に両方のフ
ィルムをホスフェートバッファーで２回洗浄した。グル
コースオキシダーゼを付加するための好ましい条件とし
ては、グルタルアルデヒドで活性化されたポリマーフィ
ルムを、ホスフェート中に酵素0.07mg/ml含有する溶液
に、37℃で24時間曝露することが挙げられる。グルタル
アルデヒドで処理されたポリマーフィルムと対照用のポ
リマーフィルムの両方を酵素溶液に曝露する。次に曝露
されたフィルムの両方をホスフェートバッファーで十分
に洗浄した後、Rohm and Haas Corp.,Philadelphia,Pa.
から市販されているTRITON X-100界面活性剤をバッファ
ー100mlあたり100μｌ含有する。pH8の0.2M-TRISバッフ
ァー（0.25M NaCl）中で、数時間の間繰り返し振盪して
洗浄した。
ポリマー表面に共有結合した酵素の量を、Trinder反応
を用いて試験した。この反応においては、2mMの3,5−ジ
クロロ−２−ヒドロキシベンゼンスルホン酸ジナトリウ
ム塩28.5ml、西洋ワサビペルオキシダーゼ20μg/ml及び
ホスフェートバッファー中0.12Mグルコースを、4mMアミ
ノアンチピリン150μｌと混合する。グルコースオキシ
ダーゼとグルコースとの反応は、520nmにおいて得られ
た染料を試験することによって動的に試験される。酵素
付加を定量し、結合酵素の活性が溶液相酵素のそれと大
きく異なる場合に生じる可能性のある偏差を避けるため
に、一連の溶液相標準試料を同時に調製した。
この酵素付加法を用いて、広範囲の条件下で、酵素を多
数のポリマーフィルムに共有結合させた。代表的には、
上記記載の結合条件を用いて、9/1のコポリマーフィル
ムの、グルタルアルデヒドで処理した半分のフィルム上
に酵素0.99±0.31ピコモル／cm2を結合させ、一方、対
称用の半分のフィルム上に酵素0.65±0.13ピコモル／cm
2を結合させた。コポリマーフィルムの処理及び未処理
の半分に、量比3/2で結合させた酵素からは、酵素がコ
ポリマーフィルムに共有結合したという決定的な確証は
得られなかった。しかしながら、広範囲の分析研究によ
って、3/2の比が、酵素のグルタルアルデヒドへの共有
結合に実質的に反映されていないことが示された。分析
研究には、特性の熟成、pH最適化の研究及びpH安定性の
研究が含まれていた。
pH安定性の研究から、反応性スペーサー分子への酵素の
共有結合付加の極めて確証的な証拠が得られた。例え
ば、コポリマーフィルムをpH10（0.25M-KHCO3）によっ
て37℃で24時間洗浄することによって、対照部分のフィ
ルム上の酵素の非共有結合付加の活性が減少したが、グ
ルタルアルデヒドで処理した部分のフィルム上の酵素の
共有結合の活性は僅かしか影響を受けなかった。更に、
利用しうる徴候によって、この観察される効果が洗浄に
よるものであり、酵素の変性によるものでないことが示
された。同様に、グルタルアルデヒド処理及び対照用フ
ィルムの間の比の相違は、pH10の重炭酸カリウム溶液中
で洗浄したフィルムに関しては、通常20〜30/1と高いも
のである。
上記の実施例によって、酵素、グルコースオキシダーゼ
が反応性スペーサー分子、グルタルアルデヒドに共有結
合し、これが次にポリマー表面上の遊離アミン基に共有
結合することが示されるが、ポリマー表面上の基をアミ
ン基に限定する必要性はない。同様に、反応性スペーサ
ー分子は、ポリマー表面上の反応性基及び分析対象物プ
ローブ分子の両方に共有結合しうるいかなる分子であっ
てもよい。更に、可能な場合には、プローブ分子を、反
応性スペーサー分子を用いることなくポリマー表面に直
接結合させることができる。
例えば、ポリマー表面に結合する特定の反応性スペーサ
ー分子又は特定のプローブ分子によって、分子の表面上
に遊離アミノメチル基以外の基を存在させることがより
有利であることがある。例えば、スルフィド結合が所望
の場合には、チオール基を導電性ポリマーの表面上に導
入することができる。同様に、ポリマー表面上の遊離窒
素又はイオン含有基に加えて、他の有用な基としては、
ヒドロキシル基のような酸素を有する基；ハロゲン置換
アルキルのような置換アルキル；ホスフェートのような
リン含有基；及び、カルボニル含有基又は解離基のよう
な、付加又は置換反応機構によって橋架分子又はプロー
ブ分子と共有反応しうる、反応性の中心部を有するよう
な他の基が挙げられる。
同様に、反応性スペーサー分子は、ポリマー表面上の反
応性基及びプローブ分子の両方に共有結合しうるいかな
る分子であってもよい。反応性スペーサー分子の大きさ
及び化学構造によって、プローブ分子と導電性ポリマー
との間の結合の剛性又は撓み性が決定され、プローブ分
子が配置される導電性ポリマーからの距離が決定され
る。スペーサー腕の撓み性及びプローブ分子と導電性ポ
リマー表面との間の距離は、導電性ポリマーが溶液中の
分析対象物を感知する能力に影響を与えうる。例えば、
グルタルアルデヒドに加えて、他の代表的な反応性スペ
ーサー分子としては、グルオキサール、マロンジアルデ
ヒド、スクシンアルデヒド及びアジピンアルデヒドのよ
うなジアルデヒド；並びに,1,8−オクタンジアミン、４
−アミノメチル−1,8−オクタンジアミン及びヘキサメ
チレンジアミンのようなジアミンが挙げられる。これら
の例に加えて、抗体、蛋白及び特定結合部位を３−アミ
ノメチル−2,5−ジチエニルピロール（XVIII）に付加さ
せるための種々の他のホモー及びヘテロ二官能性スペー
サー腕が公知であり市販されている。これらスペーサー
腕は以下の文献において記載されている。
Peters,K及びRichards,F.M.（1977）,Ann.Rev.Biochem
＞46,523-551; Freedman,R.B.（1979）,Trends in Biochemical Scienc
es,Sep.,193-197; Das,M及びFox,C.F.（1979）,Ann.Rev.Biophys.Bioeng.,
8,165-193; Ji,T.H.（1979）,Biochem.Biophys.Acta,559,39-69;及
び Conn.M.（1983）Methods in Enzymology,103,49-58。
これら二官能性スペーサー腕の大部分は、第一にジチエ
ニルピロール（XVIII）のアミノ基と反応し、次にこれ
を、アミノ、スルフヒドリル又は抗体、蛋白又は他のプ
ローブ分子の他の反応性基と反応させることができる。
更に、立体相互作用によって許されかつ所望である場合
には、プローブ分子を導電性ポリマー表面に直接共有結
合させることができる。同様に、反応性スペーサー分子
を、モノマー（XXVI）及び（XXVII）によって例示され
るようなモノマー中に導入させることができる。いずれ
の場合においても、反応性スペーサー分子の存在又は不
存在、種類及び大きさは、ポリマー上に存在する反応性
基の性質、プローブ分子上の利用しうる反応性部位の性
質、ポリマー、プローブ分子及び反応性スペーサー分子
を含む立体相互作用、並びに全体の分析対象物感知系の
所望の化学的及び物理的特性によるものである。
分析対象物特異プローブ分子を後重合によって共有結合
付加しうる導電性ポリマーを生成する新種の置換モノマ
ーが得られるのに加えて、かつ本発明の他の重要な特徴
によれば、プローブ分子と反応しうる特定の分析対象物
の存在及び濃度を測定することができる。導電性ポリマ
ーの導電度がプローブ分子と分析対象物との相互作用に
よって変化するので、分析対象物の存在及び／又は液体
媒体中におけるその濃度を直接測定することができる。
この測定しうる電気的効果は、プローブ分子−分析対象
物反応から生起する振動相互作用をポリマーの導電性に
直接連関させることによるか、あるいは、プローブ分子
−分析対象物反応生成物によって生成する第２の効果か
ら得られる導電度の変化によって検出される。
プローブ／分析対象物相互作用の振動エネルギーをポリ
マーのフォノン補助バイポラロン移動（phonon-assiste
d bipolaron transport）に直接結合させることによっ
て検出される分析対象物については、プローブ分子を導
電性ポリマー表面に共有結合させなければならない。上
記記載のようにかつ本明細書において一貫して用いられ
ているように、フォノンは、格子の量子化され非局在化
された振動又は弾性状態である。導電性ポリマー中のフ
ォノンは、金属中のフォノンよりも大きく局在化してお
り、より天然の分子中に存在すると理論付けられてい
る。
上記に説明したように、バイポラロン（bi-polaron）は
ヘテロ芳香族ポリマー内の電荷キャリヤーである。バイ
ポラロンは、安定化キノイド様特性を有する導電性ポリ
マーの領域を制限する、二重に電荷された局在化した欠
損部である。バイポラロンは二個のポラロンの相互作用
によって形成される。バイポラロンは構造式（III）に
おいて一般的なヘテロ芳香族ポリマーに関して図式的に
示されている。分析結果によって、構造式（III）内の
バイポラロン欠損は約４〜約６モノマー単位にわたって
延伸していることが示唆される。
更に、プローブ分子がポリマーに直接結合することによ
って、ポリマーに対する分析対象物プローブ分子の相互
作用によって生成する第２の反応種の化学的効果を含む
ポリマー導電度の変化を電気的に検出することが容易に
なる。導電性ポリマーとプローブ分子との間の共有結合
は、第２の反応生成物の表面濃度を高めることによって
有効に増大する。
上記記載のように、プローブ分子の一般的な種類として
は、受容体である蛋白が挙げられる。プローブ分子の例
としては、酵素、抗体及びクラウンエーテルのようなイ
オン特異結合部位が挙げられる。しかしながら、本発明
方法において、他のプローブ分子を用いて、液体媒体中
の、抗原、抗体、ハプテン、酵素、酵素基質、酵素基質
類縁体、凝集素、レクチン、酵素補因子、酵素抑制因
子、ホルモンなどを検出することができる。それぞれの
分析対象物に関し、導電性ポリマーによる分析対象物検
出機構としては、酵素／基質又は抗原／抗体反応を、こ
れらの反応から生成する振動エネルギーを介して直接観
察することが挙げられる。
例えば、プローブ分子／分析対象物反応によってプロー
ブ分子内において誘導される振動励起を、プローブ分子
を通してソリトンと称される局在化波形に移動させるこ
とができる。次に、分子結合腕、即ちプローブ分子とポ
リマーとの間の橋架分子の長さ及び剛性を適当に選択す
ることによってこの局在化エネルギーを導電性ポリマー
のフォノンモードに変換することができる。ドーピング
されたヘテロ芳香族導電性ポリマーの電気特性は、プロ
ーブ分子／分析対象物反応の内部振動状態の励起に依存
するので、ポリマーの導電度をそれによって直接変調す
ることができる。
蛋白における振動エネルギーの移動に関する先行文献に
よっては、特定の分析対象物の存在及び／又は濃度を検
出する方法として振動エネルギー移動方法を用いること
は示唆されていない。今日まで、振動エネルギー移動の
主たる利用法は、筋肉運動に関する模型の開発における
ものであった。
したがって、本発明方法によれば、酵素のようなプロー
ブ分子と分析対象物との反応によって、プローブ分子、
及び存在する場合には反応性スペーサー分子を通って通
過する振動相互作用が、ソリトンとして知られる安定な
パルス様の励起として生成する。本発明の重要な特徴に
よれば、振動相互作用のエネルギーは、ソリトンとし
て、プローブ分子及び反応性スペーサー分子を通って導
電性ポリマーへ移動することができる。したがって、こ
れは、そのフォノン補助バイポラロンに影響を与え、ポ
リマー導電度の変化を与える、ポリマーへの振動エネル
ギーの効率的な移動である。次に、ポリマーの導電度の
変化を溶液中の分析対象物の量に関連させる。
ソリトン機構が機能しない場合には、プローブ分子／分
析対象物反応から生起する振動エネルギーが、導電性ポ
リマーに到達する前に消散し、したがって分析対象物濃
度測定が不可能になることが本発明の重要な特徴であ
る。ソリトンは、酵素／基質反応に起因する振動励起
と、振動励起の生成に起因する蛋白構造内に生じる変形
との間の非線状結合によって得られる。
ソリトン移動は、アデノシン３リン酸（ATP）の加水分
解の間に解離するエネルギーの有用な移動のための機構
として提案されている。ソリトンによって局部振動がホ
ストポリマーの弾性波に結合することによる大部分の局
在化振動の熱拡散が避けられる。結果として、局在化エ
ネルギーパルスを長い距離にわたって移動させることが
できる。この移動パルスのポリマーのフォノンモードへ
の結合が共有結合によって行なわれ、そうでない場合に
は、ソリトンの反射及び媒介溶媒によって媒介される分
散にって、信号が著しく減少することは重要である。
ソリトンは、化学的反応によってのみ生起し、熱又は光
の作用によっては生起しない。更に、ソリトンは、分子
の内部振動が分子の局部変形に強力に結合した場合のみ
形成される。したがって、ソリトンを介して、化学反応
によって誘導される振動エネルギーを移動させるために
は、分子はそれが変形するのに十分な屈折性を有してい
なければならない。この変形は、蛋白のような柔軟な鎖
において起こり、これによって分子の異なる部分の間の
エネルギーの移動が起こる。通常、ソリトンは、分散す
ることなく極めて長距離を覆う津波又は水波に類似して
いる。過導電性金属を通る電子の移動は、他の類似する
伝達である。したがって、ソリトンは波動ではあるが、
その安定性によってソリトンを粒子状のものであるとみ
なすことができる。
本発明方法によれば、プローブ分子／分析対象物反応に
よって生じる振動励起及び得られる分子変形は互いに平
衡であり、そのために振動励起は阻害されることなく蛋
白内を移動する。例えば、蛋白内において通常的なα−
らせん構造は必然的に三次元構造を有しており、これに
よって、分子の一端における振動励起がソリトンを介し
て分子の他方の端部へ移動することが可能になる。α−
らせん蛋白は、単一の焦点又はトラップに対する正確な
化学的構造及び立体化学、安定な振動エネルギー、パル
ス様のソリトンを有し、エネルギーの有効かつ集中的な
移動を与える。
したがって、本発明方法によれば、蛋白のようなプロー
ブ分子と分析対象物分子との間の反応によって生起する
振動エネルギーが反応性スペーサー分子に移動する。更
に、反応性スペーサー分子を、それが、撓み性、らせん
構造、水素結合及び／又はプローブ分子の他の化学的及
び物理的特性に実質的に適合するように適当に選択する
ことによって、振動エネルギーを、橋架分子を通して通
過させて導電性ポリマーに到達させ、ポリマーの導電度
を測定可能に変化させることができる。
ソリトンを生成させるためには、分子が過度の剛性を有
さないこと、分子が大きな振動双極子を有すること、及
び、分子が十分な質量を有することが重要である。化学
反応によってペプチド基内に誘導される振動エネルギー
によって生起するソリトンによって、エネルギーを不規
則な熱運動に移動させることなく、α−らせん蛋白分子
に沿ってエネルギーを移動させることができる。
観察しうる効果が反応部位から比較的離れた分子領域内
において観察されるような、分子を通る振動エネルギー
の移動の例が、J.SchlessingerらのProc.Nat.Acad.Sci.
USA,72,2,2775-2779（1975）において記載されている。
著者らは、Fcと称される比較的大きな中心部のフラグメ
ント及びFabと称される外側のフラグメントを有するこ
とが知られている抗体分子に関して研究を行なってい
る。これらのフラグメントはそれぞれ蛋白であり、Fab
はフラグメントがジスルフィド結合（−Ｓ−Ｓ−）によ
ってFcフラグメントに結合している。研究者らによっ
て、酵素とFabフラグメントとの反応から得られる振動
エネルギーがFabフラグメント及びジスルフィド結合を
通って減少せずに通過し、離れているFcフラグメント内
の構造の変化を起こしうることが発見された。また、柔
軟性を有するジスルフィド結合を剛性を有する結合に置
き換えると、振動エネルギーがFc抗体フラグメント内に
移動しえないことも発見された。このエネルギー移動機
構は、プローブ分子及び反応性スペーサー分子を、抗体
におけるFab及びジスルフィド結合として作用し、導電
性ポリマーへ振動エネルギーを伝達するように設計した
本発明方法に類似している。
抗体内の振動エネルギーの有効な移動を、ソリトンに関
する記載とは異なるがこれに対して補足的して解釈する
ことができる。ChouのBiopolymers,26:285（1981）にお
ける論議によると、抗体のFab部分から抗体のFc部分へ
の移動は、分子の大型のフラクションを包含する低周波
振動を含む共鳴相互作用をもたらしうる。かかるエネル
ギーの移動のための必要条件は、ポリマーへのソリトン
の結合において含まれるものと基本的に同一である。こ
こで記載している本発明は、また、ポリマーフォノンモ
ードへの共鳴的な低周波振動の結合をも与える。
したがって、プローブ分子−分析対象物反応の振動エネ
ルギーから生成し、ソリトンによって移動する導電性ポ
リマーにおける導電度の変化を測定することによって、
溶液内の特定の分析対象物の存在及び濃度を検出するこ
とができる。例えば、抗体のFabフラグメントを、ジス
ルフィド結合又はらせん構造を介して導電性ポリマーに
共有結合させることができる。特異抗原と抗体のFabフ
ラグメントとのその後の反応によって、ソリトンが反応
の振動エネルギーを導電性ポリマーへ移動させる。移動
した振動エネルギーによって導電性ポリマーの導電度が
変化し、それによって抗原の検出及び測定が可能にな
る。更に、振動エネルギーの70％が損失してもなお、導
電度の10％の変化が得られるので、振動エネルギーの全
部が導電性ポリマーへ移動することは重要ではない。
従来方法によって抗原−抗体反応を直接監視することは
非常に非効率的であることが実証されているので、本発
明の抗原検出機構は、特に有用である。したがって、本
発明の重要な特徴によれば、抗体−抗原反応をオン−オ
フ変動分光光度計によって検出し監視することができ
る。この特殊な方法によって抗原−抗体反応によって生
成するノイズを測定することができる。それぞれの抗原
−抗体反応によって、振動エネルギーパルスが生成し、
それが、ソリトンを介してプローブ分子を通って移動
し、ポリマーの導電度における一時的な変化を与える。
このノイズ、即ち導電性ポリマーの導電度の変化を測定
し、生成する導電度のピークの数を測定することによっ
て、特定の抗原の存在及び量を測定することができる。
本発明の他の重要な特徴によれば、プローブ分子／分析
対象物相互作用の導電性ポリマー内における電気信号へ
の変換が、第２の方法によって達成され向上せしめられ
る。例えば、アンモニアはポリピロールの導電度に影響
を与え、したがって、アンモニア濃度が増加するにした
がってポリピロールの導電度が減少するのでアンモニア
の検出を行なうことが可能になる。本発明方法において
は、酵素−基質反応の反応生成物の検出は、ドーピング
対イオンの直接的な補償によるか、又はより可逆的に
は、第２の反応のための触媒としても作用する対イオン
ポリマードーピング物質を選択することによって達成さ
れる。例えば、テトラクロロルテネート（RuCl4 -）又は
テトラクロロフェレート（FeCl4 -）は、過酸化水素の酸
化のためのドーピング触媒として作用しうる。例えば、
過酸化水素は、酸素の存在下におけるグルコースオキシ
ダーゼとグルコースとの反応において生成するので、溶
液中のグルコース濃度を測定する方法に利用することが
できる。ヘテロ芳香族ポリマーにおける電気的変換体と
してドーピング触媒を用いることは、米国特許第4,560,
534号において十分に教示されているが、本発明方法に
よれば、酵素を導電性ポリマー表面に共有結合させうる
ことにより、ペルオキシドの高い局部表面濃度を確保す
ることによって変換機構の有効性を大きく向上させるこ
とができる。
概して、本発明方法を用いて液体媒体中の特定の分析対
象物の存在及び濃度を検出することができることが見出
された。更に、検出データによって、分析対象物検出機
構に、プローブ分子とポリマーとの振動結合の第１の効
果、及び、支持電解質対イオンによってプローブ−分析
対象物反応の反応生成物上に生成する第２の効果が含ま
れていることが示される。
特に、25μの絶縁スペーシングを有する相互に組み合わ
さった一対の金電極から成る微小電極器具が、分析対象
物センサー用の型材として提供された。ジチエニルピロ
ールのトリフルオロアセトアミドメチル誘導体（XIX）
及びピロールを、上記記載の条件下で電気化学的に重合
し、約1800Åの厚を有する導電性コポリマーフィルムを
得た。コポリマーを絶縁溝に橋架することによって器具
全体をコポリマーフィルムで被包した。フィルム厚の均
一性は監視されなかったが、コポリマーフィルムが材型
の絶縁領域上で最も薄いことが測定された。トリフルオ
ロアセチル保護基を除去した後、上記記載のジメチルア
ジピミデート法を用いてグルコースオキシダーゼを導電
性ポリマーフィルムに付加させた。次にこの微小電極器
具を流体が通過するセル内に配置し、バッファー中の種
々の濃度の水素及びＤ−及びＬ−グルコースの1000mg/d
l試料に曝露した。
過酸化水素に対するほぼ線状の容量応答が0.044〜0.88m
Mの範囲の濃度において観察された。更に、0.44mMにお
ける過酸化水素応答にほぼ匹敵するＤ−グルコース応答
が観察された。重要なことには、Ｌ−グルコースに対す
る応答は観察されず、したがって、Ｄ−グルコースに対
する感受性は、実質的には、酵素的に誘導されているこ
とが示された。
応答の大きさも重要である。過酸化水素の拡散速度約６
×10-6cm2／秒及び表面被覆量約0.6ピコモル／cm2を設
定することによって、導電性ポリマーからの過酸化水素
の拡散速度が過酸化水素の生成速度を大きく超えるため
に、0.4mMの過酸化水素局所濃度を保持することができ
ないことを示すことができる。したがって、グルコース
に対する該微小電極器具の応答には、単なる過酸化水素
の酵素的生成以上のものが含まれている。結果として、
酵素／基質反応と導電性ポリマーとの間の振動結合機構
に関する間接的な証拠が与えられる。この分析対象物検
出機構は驚くべきかつ予期しなかったことであり、先行
技術においては示唆されていなかったものである。
過酸化水素の生成に関しては、導電性コポリマーフィル
ムに共有結合している酵素の量は、電極上に、明らかな
肉眼で見える過酸化水素被覆を生成し保持するためには
十分ではない。結果として、小さな領域（例えば50Å）
において過酸化水素濃度が局部表面値から約０へ減少す
る。局部表面値を0.5mM（５×10-7モル／cm3）に設定す
ると、50Åの表面領域から離隔する過酸化水素の束
（Ｊ）［Ｊ＝ＤΔC/L:ここで、Ｊは束であり、Ｄは拡散
係数（６×10-6cm2／秒）であり、Ｃは濃度降下（５×1
0-7モル／cm3）であり、Ｌは濃度が降下する距離（５×
10-7cm）である］は、約６×10-6モル／秒／cm2であ
る。過酸化水素の生成速度は、導電性コポリマー上の酵
素の表面濃度によって測定される。活性を20単位/mgに
設定すると、過酸化水素の生成速度1.192×10-12モル／
秒／cm2が算出される。明らかに、過酸化水素の生成速
度は拡散速度には匹敵せず、したがって、0.5mMの局所
過酸化水素濃度が不可能となる。
本発明方法に関する主たる特徴が再び観察される。本発
明方法から生起する新規のかつ予期しなかった結果によ
って、特定の分析対象物に関して液体媒体を試験するよ
うに設計される診断具が得られる。
上記記載から、本発明方法が、分析対象物検出系に関し
て明らかでありかつ固有の他の有利性と共に、上記記載
の目的の全てを達成するのに良く適していることは明ら
かである。本発明は、簡便であり、単純であり、比較的
経済的であり、明確であり、効率的であり、耐久性を有
し、正確でありかつ動作が直接的であるという有利性を
有する。本発明の有利性の中でも、該方法は非光学的に
操作され、比較的低いコストで構成することができ、構
成に関しては大きな柔軟性を示し、比較的小さな大きさ
を有するように構成することができる。
本発明は、主として、尿、及び、溶血又は非溶血血液、
血漿、血清をはじめとする血液のような生物学的液体中
の種々の臨床的に重要な物質又は成分に関して液体媒体
を試験する方法に関するものであるが、本発明方法を用
いて、競泳プールの水、ワイン等をはじめとする非生物
学的液体の検出を行なうことができると理解すべきであ
る。
以上の開示は、好ましい実施態様の目的でのみ行なわれ
たものであり、構成、組みあわせ及び成分の配合の細部
における数多くの変更を、特許請求している本発明の精
神及び範囲から逸脱することなく行ないうると理解され
よう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・オー・ボゲルハット アメリカ合衆国、インヂアナ 46544、ミ シャワカ、ドラグーン・トレイル 12497 (72)発明者 フレデリック・イー・ワード アメリカ合衆国、インヂアナ 46514、エ ルクハート、ネーセーダ・ドライブ 57342 (56)参考文献 特開 昭61−44921（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−215296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−97626（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】式（Ｉ）又は式（II）： 〔式中、Ｒはシアノ、アミノメチル、トリフルオロアセ
    トアミドメチル、２−ヒドロキシエチル、２−フタルイ
    ミドエチル、２−アミノエチル、２−トリフルオロアセ
    トアミドエチル、アセチル、カルボキシエチル、カルボ
    エトキシエチル、カルボメトキシエチル、（Ｎ−３−カ
    ルボメトキシプロピオニル）アミドエチル、（Ｎ−３−
    カルボキシプロピオニル）アミノメチル、２−メチルジ
    チオエチル、（Ｎ−イミダゾカルボニル）アミドメチ
    ル、４−ニトロフェノキシアミドメチル、ホルミルメチ
    ル又はカルボキシメチル基であり;R′はトリフルオロア
    セトアミドメチル、２−ヒドロキシエチル、２−フタル
    イミドエチル、２−トリフルオロアセトアミドエチル、
    アセチル、カルボキシエチル、カルボエトキシエチル、
    カルボメトキシエチル、（Ｎ−３−カルボメトキシプロ
    ピオニル）アミノエチル、（Ｎ−３−カルボキシプロピ
    オニル）アミノメチル、２−メチルジチオエチル、（Ｎ
    −イミダゾカルボニル）アミドメチル、４−ニトロフェ
    ノキシアミドメチル、ホルミルメチル又はカルボキシメ
    チル基である〕 で表されることを特徴とする置換ジチエニルピロール又
    は置換ビチオフェン。
  2. 【請求項２】Ｒ及びＲ′が２−トリフルオロアセトアミ
    ドエチル基である請求項１記載の置換ジチエニルピロー
    ル又は置換ビチオフェン。
  3. 【請求項３】Ｒがシアノ、アミノメチル又は２−アミノ
    エチル基である請求項１記載の置換ジチエニルピロー
    ル。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項に記載の置換
    ジチエニルピロール又は置換ビチオフェンを重合させて
    得られた式（Ia）又は式（IIa）： 〔式中、Ｒ及びＲ′は請求項１に記載のとおりである〕 で示される構成単位を含み、補償対イオンが導入された
    導電性ポリマーの反応性基ＲもしくはＲ′に分析対象物
    プローブ分子が直接共有結合させるか、又は分析対象物
    プローブ分子が反応性スペーサー分子を介して反応性基
    ＲもしくはＲ′に共有結合させる、液体試料中の分析対
    象物の存在及び／又は濃度を測定するための変換体の製
    造方法。
  5. 【請求項５】液体試料と、請求項４記載の変換体とを接
    触させ、液体試料と変換体とを相互作用させることによ
    って、検出可能な信号を生成させ、分析対象物と分析対
    象物プローブ分子との間の相互作用を、検出及び測定可
    能な電気信号に変換することによって、液体試料中の分
    析対象物の存在及び／又は濃度を検出及び測定すること
    を特徴とする液体試料中の分析対象物の存在及び／又は
    濃度の測定方法。
  6. 【請求項６】請求項４記載の変換体； 該変換体を液体試料と接触させた際の変換体の導電度の
    変化を検出するための、変換体に直接的又は間接的に接
    触している金属電極；及び、 電極に接続している、変換体の導電度の変化を測定する
    ための手段； を含む、液体試料中の分析対象物を試験するための診断
    具。
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