JPH09500685A - 第四オニウム化合物による低誘電媒質中のポリ陰イオン蛍光染料の活性化方法 - Google Patents
第四オニウム化合物による低誘電媒質中のポリ陰イオン蛍光染料の活性化方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、特定の第四オニウム化合物により活性化された蛍光により、低誘電媒質中のポリ陰イオン蛍光団の蛍光を生じさせる方法に関するものである。本発明の方法は、分析物を測定するのに用いてもよく、センサ装置に有用である。
Description
【発明の詳細な説明】
第四オニウム化合物による低誘電媒質中のポリ陰イオン蛍光染料の活性化方法 発明の背景
A.発明の属する技術分野
本発明は、特定の第四オニウム化合物により行なわれる蛍光活性化により低誘
電媒質中のポリ陰イオン蛍光団の蛍光を生成する方法に関するものである。その
化学的性質を液相または低誘電高分子コーティングのような固相に用いてもよく
、コーティングとして用いる場合には、コーティングに透過性であり、特定の方
法により蛍光を変調できる分析物の蛍光光センサとして機能できる。
B.従来技術
測色染料(colorimetric dye)または蛍光測定用染料(fluorimetric dye)の
スペクトル特性が特定の分析物により濃度に依存して変調される場合、このよう
な染料は、当該分析物の変換器として機能できると言われる。変換器として測色
染料または蛍光測定用染料を用いた一連の技術が今では存在している。歴史的に
これらの染料は溶液分析において用いられてきたが、光ファイバのような光学表
面に固定化された指示薬としての新たな用途が見出だされている(W.Rudolf Se
itz、CRC Critical Reviews in Anal.Chem.、1988、19、135)。
蛍光はバックグラウンドがゼロであるために感度の大きさが数オーダーも良い
ので、蛍光に基づく光学検出系は、比色または吸収に基づく検出機構よりも好ま
しい。また、選択性パラメータとして励起波長および発光波長を用いる場合、ス
ペクトルによる識別を分析に含めてもよい。蛍光寿命および偏光のような、直接
強度以外の蛍光現象を測定することにより、選択性を追加することもできる。蛍
光分析の技術的な利点は、蛍光とレーザ励起との適合性である。
蛍光団の光物理(photophysical )特性は、それらの分子構造、並びに中央構
造の置換基の性質および電荷に密接に関連する。光センサに通常用いられる多く
の蛍光団は、負に荷電しており、一般的に極性媒質中で用いられる。
光センサ用の変換器としての蛍光団の固定化は、様々な方法により行なわれて
おり、一般的に以下の4つの種類に分類される:1)荷電表面または荷電高分子
への吸着(Orellana,G.、Moreno-Bondi,M.C.、Segovia,E.、Marazuela,M
.C.、Analytical Chemistry、64、2210−2215、1992)、2)被覆膜によるリザ
ーバまたは高分子中への包括(Wolfbeis,O.S.、Weis,L.J.、Leiner,M.J
.P.、Ziegler,W.E.、Analytical Chemistry、60、2028−2030、1988)、3)
基体表面への単層としての共有結合(Wolfbeis,O.S.、Offenbacher,H.、Kr
oneis,H.、Marsoner,H.、Mikrochimica Acta、I、153-158、1984)、および
4)表面にグラフトしたコポリマーとしての共有結合(Munkholm,C.、Walt,D.
R.、Milanovich,F.P.、Klainer,S.M.、Anal.Chem.58、1427−1430、198
6)。
これらの方法の全てには、特定の用途にとって問題となるかもしれない固有の
制限がある。荷電表面への吸着により固定化される陰イオン染料は、水性試料中
では安定性が悪いこともあり、この染料は、試料中の他のイオン成分からは保護
されない。液相またはゲルリザーバ相中の包括による固定化には、染料を含有す
るように機能する一方で、目的とする分析物に透過性である隔膜を加える必要が
ある。臨床用途については、この第2の膜は一般的に疎水性高分子である。しか
しながら、不相容性材料の2層により作られた二重相光センサは、ピンホールの
漏れによりしばしば機能が低下し、疎水性膜を通る拡散の必要条件により応答時
間が減少する。単層コーティングを有する光センサは、共有結合により固定化さ
れた染料および染料コポリマーにより作られている。しかしながら、染料に固有
の光物理特性を維持しながら共有結合による固定化を行なうのは困難なことがあ
る。変換器の共有結合の固定化によってさえも、染料を特定の内部電解質または
緩衝液系中に隔離することがセンサに必要である場合には、隔膜が必要である。
蛍光団を疎水性または非極性の高分子膜中で使用できるのであれば、光センサ
成分は水性試料から化学的に分離できる。しかしながら、ポリ陰イオン染料は蛍
光団を囲む溶媒または固体マトリックスの微細環境の極性に対して非常に敏感で
ある。フルオレセインは、水性試料中におけるpH依存性の量子収量が非常に大
きく、ヘキサンまたはベンゼンのような低誘電溶媒の非極性環境中で観察される
か、もしくは、ポリスチレンのような疎水性高分子中に含まれる場合に、ほとん
ど全体的に消光された蛍光を有する。このような環境的に消光された状態におい
ては、染料は分析試薬としては有用ではない。発明の概要
本発明は、光センサの表面を調製するためのコーティング基体に使用する配合
物に第四アンモニウム化合物を含めることにより、低誘電媒質のポリ陰イオン染
料への蛍光消光効果を逆転させる方法を教示する。消光現象は逆転でき、その結
果活性化された蛍光を、酸−塩基平衡状態または消光効果のような光物理特性に
影響を与えることが知られている特定の化学現象を、低誘電媒質を通り、活性化
蛍光団と相互作用できる分析物に結びつけることにより、分析目的に使用するこ
とができる。絶対強度、位相変調、偏光、寿命、またはスペクトル分析のりん光
のような蛍光パラメータをモニタすることができる。
本発明は主にアンモニウム化合物について記載するが、当業者には、アンモニ
ウム化合物は、オニウム化合物と称される化合物の部類の単に一例であることが
理解されよう。オニウムの部類の他の例としては、例えば、テトラブチルホスホ
ニウム臭化物のようなホスホニウム化合物が挙げられ、この臭化物は、通常の特
性として、陰イオンの対イオンと結合するアルキルまたはアリール誘導陽イオン
機能を有している。他のオニウム化合物も、特に適切な対イオンとアルキルリガ
ンドが選択される場合に、アンモニウム化合物と同様に機能することが予測され
る。ここでの検討の全体に亘り、オニウム化合物の全部類に関して、新たな性能
について検討する。
本発明によると、蛍光染料は、ヘキサンまたはトルエンのような低誘電媒質、
もしくはポリスチレンのような固体媒質中に可溶化されるときに蛍光が完全に失
われるポリ陰イオン染料でなければならない。この部類の染料の例としては、以
下に限定されるものではないが、フルオレセインおよびその誘導体、スルホン化
ピレンおよびその誘導体、セミナフトロダフルオル(seminaphthorhodafluor )
およびその誘導体、並びにセミナフトフルオレセインおよびその誘導体が挙げら
れる。
非極性環境中に可溶化でき、正の電荷を有する、第四アンモニウム化合物のよ
うな化合物を添加すると、媒質中に溶解したポリ陰イオン染料とのイオン複合体
または凝集複合体を形成する。本発明において例示した活性化オニウム化合物(
AcOC)は、テトラブチルアンモニウム水酸化物のようなアルキルまたはアリ
ール置換アンモニウム化合物、およびアンモニウム官能基を含有するアクリレー
トコポリマーである。これら両方の活性剤は、低誘電媒質中に溶解する有機リガ
ンドおよびポリ陰イオン染料と電荷−電荷相互作用を行なう陽イオンアンモニウ
ム部分を有している。これらの2つの荷電種の会合およびアッセンブリにより凝
集性微小領域が形成され、この極性のより強い微小環境において染料分子が低誘
電バルク媒質の消光効果から保護される。この方法を用いることにより、フルオ
レセインおよびヒドロキシピレントリスルホン酸(HPTS)のような、水中で
非常に大きい量子収量を有する染料が、一般的に蛍光を消光する溶媒中で使用さ
れるときにも、相対的な光子放出の同一または同様のレベルまで復元される。同
様の特性を有する他のAcOC化合物を用いても差支えない。
ある実施例において、蛍光の活性化が溶液中で行なわれ、低誘電溶媒中のポリ
陰イオン蛍光団にAcOCが加えられている。蛍光信号が、50−2000倍に増大せ
しめられ、pH感受性および非pH感受性のポリ陰イオン染料の両方に関して生
じる。二番目の実施例において、蛍光の活性化がガラス基体上の低誘電高分子中
の固相中で行なわれている。膜コーティングに使用した蛍光団/高分子溶液は、
AcOCにより活性化され、コーティング溶媒が蒸発した後にコーティング高分
子中で蛍光性となれるままにある。染料は、その化学特異的特性をコーティング
中でも発揮し続ける。例えば、pH平衡に基づくCO2 センサは、蛍光消光に基
づくO2 センサと同様に作成されている。重要なことに、これらの疎水性膜は液
体試料中で安定であり、光センサ製造用の非常に薄い蛍光フィルムを製造するこ
とができる。
三番目の実施例では、蛍光活性化および膜形成の両方に役立つアンモニウム官
能基を有する高分子を用いて、蛍光活性化機構と高分子支持とを組み合わせるこ
とが可能であることを示している。
開示した本発明の蛍光活性化により、媒質の消光効果のために以前には用いら
れなかった環境において、最も普及し多用されている蛍光団のいくつかを使用す
ることができる。活性化した蛍光団はまた、特徴的な化学特性、すなわち、pH
感度を維持している。本発明に関して、活性化化合物を添加することにより変換
器が機能するようになるセンサコーティングを調製してもよい。さらに、非極性
膜は水性試料に溶解しないので、センサ膜を臨床試料から隔てて、それにより、
染料が洗い落とされることを防ぐ方法としての被覆膜または共有結合化学特性の
必要性を最小限にする。活性化蛍光団を含有する膜に浸透できるどのような分析
物のセンサを調製しても差支えない。
低誘電センサコーティングは疎水性高分子により調製されるので、電解質のよ
うな極性分析物が、ベクター分子と複合体を形成しない限りは、センサ媒質に進
入するのを妨げてもよい。コーティングを通って、活性化複合体により作られた
センサ微小領域中に拡散できる分析物は、水蒸気またはガス状の分析物のような
、低誘電媒質を通って浸透するものである。非極性分析物は、液相からもセンサ
中に直接拡散できるかもしれない。この化学的性質に結び付けられる分析物の例
としては、O2 、CO2 、およびNH3 が挙げられ、これらは、様々な蛍光変換
器により検出できる。また、アンモニアを発生する酵素系のような、気体を生じ
るいかなる反応、または低誘電副生物を有する化学触媒系を、適切な蛍光変換器
を含有するセンサ膜に結合できるかもしれない。
ここに記載した方法は、米国特許第5,005,572号(ロイマー、ワルト、マンコ
ーム)に記載された測色読出システムとは区別されるべきである。この従来技術
には、医療装置において視覚色変化読出システムを提供する目的のために、pH
感受性測色染料と、第四オニウム化合物(相転移エンハンサーまたは触媒と称さ
れる)との間で生じる通常の相互作用の最初の観察結果が記載されている。相転
移触媒を加えても、色は表れず、むしろ、気管内管中の呼吸作用によるCO2 の
固相変換器としての染料の酸/塩基応答の比が敏感になっただけである。米国特
許第5,005,572号に使用した測色染料は、裸眼により観察できる濃度にあり、視
覚目的または装置目的のいずれかの変換器の検出能力を活性化または増大させる
ことに関連する結果はなかった。ロイマー等は、全ての相転移触媒の使用を請求
の範囲としており、ここに開示された発明は、蛍光を増大させる特定の第四アン
モニウム化合物に限られている。また、変換器を支持するのに用いた基質の極性
については、ロイマー等の特許には何も区別されていなかった。染料は全て水性
媒質中で調製され、低誘電溶媒から溶着されることもその中で使用されることも
決してなかった。それとは反対に、本発明は、非極性消光環境における蛍光染料
の活性化、および疎水性膜中の変換器として機能する活性化蛍光団の能力に関す
るものである。さらに本発明は、米国特許第5,005,572号で論じられたpH感受
性蛍光団に限定されず、活性剤はロイマー等の特許に論じられた相転移触媒に限
定されない。別の特許出願WO91/05252(ミルス、マックミュレイ)は、挿管装
置における呼吸作用によるCO2 の測色読出しのために米国特許第5,005,572号
の開示内容を繰り返している。ここに開示されている成果は、従来技術より優れ
た新たな3つの改良点にある:1)非極性(すなわち、低誘電)媒質中における
ポリ陰イオン蛍光団の蛍光活性化のための一般的な方法、2)低誘電高分子から
調製した疎水性蛍光膜の調製,および3)信号伝送の蛍光モードを用いた計測に
おける光センサとしての高分子コーティングの使用。
本発明の方法は、センサの構成部材として使用される光ファイバまたはプレー
ナ導波管並びに血液ガス器具を含む、いずれも医療または環境検出形式にある、
インビトロまたはインビボいずれかの用途に有用である。ここでは直接の蛍光強
度の測定について記載するが、本発明は強度測定に限定されるものではない。寿
命測定、位相変調(Szmacinski,H.、Lakowicz,J.R.、Analytical Chemistry
、65、1668−1674、1993)、または偏光のような、いかなる蛍光の様式を、分析
並びにエネルギー移動に基づくシステムのような複数の蛍光団を用いた検出方式
と組み合わせてもよい。また、非蛍光ポリ陰イオン染料を、これらのエネルギー
移動システム、並びに測色染料のみが用いられている分析用途に用いてもよい。図面の簡単な説明
第1図は、水、トルエン、およびAcOCを加えたトルエン中でのフルオレセ
インの比較蛍光発光を示している。第2図は、様々な誘電性を有する溶媒中での
蛍光の活性化を示している。第3図は、ヘキサンとアセトンとの様々な比率によ
る蛍光の活性化を示している。第4図は、トルエンおよびエタノール並びにアン
モニウムコポリマーを加えた同一の溶液中のHPTSの比較蛍光励起スペクトル
を示している。第5図は、AcOC化合物により活性化できるポリ陰イオン蛍光
団の実施例を示している。第6図は、AcOCの染料に対するモル比の関数とし
て高分子膜の蛍光強度を示している。第7図は、AcOCのトルエン溶液中への
滴定によるHPTSの比較蛍光励起スペクトルを示している。第8図は、センサ
膜のCO2 応答を示している。発明の詳細な説明
A. 背景理論
蛍光団のそれらの環境の極性に対する感度は、蛍光の特徴的な特性であり、微
小環境現象の分析にしばしば利用されているものである。基底状態への溶液の影
響および励起状態双極子に関連するリパートの方程式(Lippert quation )を用
いて、様々な極性の媒質中の所定の蛍光団に予期される、ストークスの移動(St
okes shift)として知られている、励起バンドのエネルギーと発光バンドのエネ
ルギーとの差を予測する(Lakowicz,J.、Principles of Fluorescence Spectro
scopy、Plenum Press、New York、190頁)。溶媒の屈折率および誘電性の両方が
、染料を囲む溶媒中に誘発される反応性電場に寄与し、この電場に関する染料の
双極子の相互作用が溶媒緩和状態および発光波長のエネルギーを決定する。
染料の量子収量は、溶媒の極性、並びに多くの他の要因の影響を受ける。リパ
ートの方程式により記載された一般的な溶媒の影響以外に、溶媒はまた、蛍光団
に、水素結合のような特定の化学的な影響を及ぼす。特定の染料の量子収量が溶
媒によりどのように影響を受けるかは、一般的な溶媒効果と特定の溶媒効果の両
方の相対的な重要性に依存する。また、異質の化合物による化学的な影響は量子
収量を変え得る。
溶媒極性に対する染料の感度を評価する場合、基底状態と励起状態との間の双
極子モーメントが大きく変化する蛍光団は、溶媒極性に対して最も感度が大きい
ことが知られている(J.R.Lakowicz、Principles of Fluorescence Spectrosc
opy 、1986 Plenum Press New York、3rd Edition 、187 −208 頁)。蛍光量子
収量およびエネルギーは、溶媒緩和として知られている現象である、染料の励起
の際に生じる双極子の変化に対応する溶媒分子の能力により影響を受ける。溶媒
極性または双極子は、励起状態のこの溶媒安定化を決定する重要な要因であるけ
れども、この現象に影響を与える他の要因の例としては、溶媒の構造、染料の構
造、微小粘度、および温度が挙げられる(E.L.Wehry、Modern Fluorescence S
pectroscopy、1976 Plenum Press 、New York、93-101 頁)。
ヘキサンのような非極性溶媒にはほとんどまたは全く双極子モーメントがない
。その結果として、双極子再設定による溶媒緩和は重要ではなく、非極性溶媒中
に溶解する蛍光団は極性溶媒中に観察されたストークス移動と比較して小さなス
トークス移動を示す。双極子の関数としての量子収量はほとんど予期できない。
アニリノナフタレンスルホン酸(ANS)のようないくつかの蛍光団は、極性媒
質中におけるよりも非極性溶媒中におけるほうが、量子収量が大きい。フルオレ
セインのような他の蛍光団は、極性水性溶媒中で大きい量子収量状態を示し、非
極性溶媒中では消光されている。
所定の溶媒中の染料の量子収量は、染料の構造か染料の微小環境のいずれかを
変える特定の化学効果により蛍光を増大させるかまたは活性化することができる
。染料の構造を変える実施例は、アシルハライドとの反応によるフルオレセイン
アミンの蛍光の活性化(Munkholm,C.、Parkinson,D-R.、Walt,D.R.、Jour
nal of the American Chemical Society、112 、2608−2612、1990)および電子
吸引基とのキレート化による蛍光活性化(Huston,M.E.、Akkaya,E.U.、Cz
arnik,A.W.、Journal of the American Chemical Society、111、8735、1989
)である。染料の環境を変える特定の化学効果の実施例は、いくつかの染料の量
子収量、ストークスの移動、および/または吸収力に影響を与えていることが分
かっている界面活性剤の使用である(Diaz Garcia,M.E.、Sanz-Medel,A.、Ta
lanta 、33(3) 、255 −264 、1986)。界面活性剤は、炭素鎖の明らかに疎水性
の領域(8−18原子、枝分れしていない)および親水性のイオン性基を含有する
両親媒性分子である。水中においては、界面活性剤の長いアルキル鎖が疎水性相
互作用によりミセルとして知られているアッセンブリを構成する。ミセルのほと
んど極性のない疑似相において可溶化となる染料は、異なる環境を経験し、染料
の光物理特性が極性に依存する場合には、吸光係数、ストークスの移動、および
/または量子収量が変化するのが分かる。この技術は、溶液に基づく分析を敏感
にするのに利用されており、また所定の界面活性剤の臨界ミセル濃度(cmc)
の
測定にも用いられている。界面活性剤をベンゼンまたは四塩化炭素のような非極
性溶媒に加える場合には、極性基が凝集し、逆のミセルを形成する。
相転移触媒(PTC)は、第四アンモニウムイオンであるので両親媒性分子の
別の部類であり、荷電基および対イオンに関連する有機部位を有しているので界
面活性剤と似ている。極性基には、様々な成分と電荷があり、非極性領域は、様
々な長さと性質のアルキル基またはアリール基により置換され得る。相転移触媒
と界面活性剤とを区別するのはアルキル基の長さであり、界面活性剤の部類では
長さは一般的に8−18の炭素原子であり、PTCの部類では8未満の炭素である
。この作業に用いられる多くのAcOCは、相転移触媒として分類されるが、ヘ
キサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物は、PTCの一般的な長さを越える
アルキル鎖を有している。
PTC分子の極性および非極性領域があるとすれば、それらは、試薬の不均一
溶液の疎水性および親水性の相の境界で生じる合成を促進させる能力にほとんど
独占的に用いられる(Starks,C.M.、Liotta,C.、Phase Transfer Catalysis
、Principles and Techniques、1987、Academic Press、New York、1−21頁)
。PTCのアルキル基の長さは短いので、PTCはミセルを形成しないと報告さ
れている(Multer,W.J.、Engberts,J.B.T.N.Engberts、Jounal of Amer
ican Chemical Society 、53、3353−3355、1988)。第四アンモニウムイオンは
トリフェニルメタン染料によるイオン対抽出に用いられているが(Motomizu,S.
、Toei,K.、Analytica Chimica Acta、120 、267 −277 、1980)、蛍光染料ま
たは測色染料の光物理特性を活性化させるとは全く報告されていない。
B. 特定のオニウム化合物による低誘電媒質中の蛍光増大の原理
本発明の方法は、テトラブチルアンモニウム水酸化物(TBAH)のような特
定のオニウム化合物を、ポリ陰イオン蛍光団の蛍光が押さえられる低誘電媒質に
加えることにより付与される新しい蛍光活性化の化学的性質に基づくものである
。一般的に、蛍光団は、水性または極性の媒質中における量子収量が大きく、ヘ
キサンのような非極性媒質中では非蛍光性となるものである。活性化剤を添加す
ることにより、非極性液体または固体媒質中で用いられたときにも、水性媒質中
で一般的に観察される光物理特性を染料が示す。
第1図は、a)水性緩衝液、pH7.5 、b)トルエン、およびc)5×10-4M
のテトラブチルアンモニウム水酸化物が含まれているトルエン中にそれぞれ5×
10-7Mのフルオレセインの比較発光スペクトルを示している。溶液は全て488 n
mの光源(Perkin Elmer、 LS-50 、 Fluorimeter)により励起し、挿入した530
nmのフィルタにより発光を集めた。緩衝液中の蛍光は、量子収量が0.90の範囲
にある塩基性水性状態にあるフルオレセインに典型的なものである。トルエン中
の同一濃度のフルオレセインは、蛍光発光がゼロを示している。テトラブチルア
ンモニウム水酸化物の添加後には、蛍光は水性試料中で観察された信号の83%ま
で回復している。AcOC/染料のモル比が約1000であるときに、染料は完全に
活性化される。完全な活性化のためのAcOC/染料のこのモル比は、特定の染
料と、染料の濃度、特定のAcOC、および滴定に用いた溶媒との関数である。
染料と活性化化合物の両方に両親媒性特性があるとすると、それらの電荷−電
荷の相互作用により自己アッセンブリが生じることが可能となり、これらの凝集
体には、バルク媒質よりもより強い極性の微小環境が必要となる。染料がこの極
性領域中で可溶化されるときには、水性試料中で一般的に観察されるのと同等の
大きい量子収量蛍光が示される。
活性化工程の度合いと動力学は媒質の誘電性の関数である。クーロンの法則は
、2つの荷電された粒子の間の力は、媒質の誘電性に逆比例していることを述べ
ている:
(1)
ここで、e1 およびe2 は荷電された種であり、は媒質の誘電率であり、rは電
荷間の距離である。媒質中の双極子が欠如すると個々の電荷の双極子の溶媒和が
妨げられるので、誘電率が減少するにつれ、電荷の間の力が増加する。
染料の溶媒の機能としての蛍光団の活性化に必要とされるAcOCの変量が第
2図から分かる。この滴定実験において、様々な誘電性の異なる有機溶媒(すな
わち、1)ヘキサン、=1.0 、2)エタノール、=24、3)メタノール、=32お
よび4)N,N−ジメチルアセトアミド(N,N−DMA)、=38)を用いたH
PTS(5×10-7M)の4つの溶液中にTBAH(エタノール中で0.02M)を滴
下した。最も誘電性の小さい溶媒であるヘキサン中において完全な蛍光の活性化
が、たった5ulのTBAHにより生じ、おそらくミセル形成に必要とされる界
面活性剤の濃度(140 −0.5 mM、より短いアルキル鎖を有する界面活性剤に必
要なより大きい濃度)よりも小さい0.024 mMの最終TBAH濃度となったこと
が分かる。エタノールおよびメタノール中で行なわれた滴定では、より緩やかな
蛍光の活性化が生じ、75ulのTBAH(0.36mM)を添加しても完全なものと
はならなかった。N,N−DMA中で行なった滴定では蛍光は生じなかった。こ
の溶媒依存性の蛍光活性化から、蛍光の生成に必要とされる複合体は、溶媒の誘
電性により強く影響を受けると結論付けた。
アルコールにより生じることのできる水素結合のような特定の溶媒効果を導入
することなく同種の溶媒分子によって蛍光団が溶媒和されるように、低誘電と中
誘電性の2種類の溶媒を異なる比率で用いた別の滴定を行なった。第3図は、テ
トラブチルアンモニウム水酸化物によるHPTSの滴定のデータを示しており、
ここでは、ヘキサン(=1)とアセトン(=20)の相対濃度が変えてある。4種
類の溶媒比全てにおいて蛍光が完全に消光されていること、並びに蛍光活性化の
比率および程度が相対的な誘電性により変わり、最も誘電性の小さい溶媒系(ヘ
キサン:アセント=9:1)がTBAHの添加により最高の蛍光を最も迅速に発
生することが分かる。この滴定において、活性化された蛍光が0.005 mMほど小
さいTBAH濃度で最初に観察された。この濃度は、界面活性剤により高められ
た蛍光におけるミセルの形成に一般的に報告された濃度よりも相当低い濃度であ
る。以下の界面活性剤:1)陽イオンであるトリカプリリルモノメチルアンモニ
ウムクロライド、2)陰イオンであるナトリウムトリデシルスルフェート、およ
び3)中性のトリトン100 XとともにHPTSの9:1のヘキサン:アセトン溶
液を用いて同一の滴定を行なった。滴定液としてブタノール中に溶解した界面活
性剤を用いて、HPTSの消光された溶液に3.3 mMほど多くの界面活性剤を加
えた。3種類の界面活性剤全てに関して、蛍光は全く観察されなかった。トリト
ンの滴定に関しては、非活性化界面活性剤の最後の添加後、20ulの10-2M T
BAHを加えたら、蛍光信号が著しく増加した。
ポリ陰イオン染料を伴う低誘電媒質中の正に荷電した陽イオン化合物の全てに
関して、低誘電媒質中においてはクーロンの相互作用が存在すると思われる。し
かしながら、これらの化合物の全てが蛍光の活性剤として同様に作用するわけで
はないことが判明した。AcOCとして研究に用いた最も成功した第四オニウム
の例としては、テトラブチルアンモニウム水酸化物、ヘキサデシルトリメチルア
ンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化物、テトラメチルアンモ
ニウム水酸化物、ベンジルトリメチルアンモニウム水酸化物、およびベンジルト
リメチルアンモニウムメトキシドが挙げられる。以下のオニウム化合物は、染料
のヘキサンまたはトルエン水溶液中でスクリーニングした場合、ほとんどまたは
全く蛍光を生じなかった:n−ヘキサデシルトリブチルホスホニウムブロミド、
テトラブチルアンモニウムトリフルオロメチンスルホネート、テトラブチルアン
モニウムテトラフェニルボレート、テトラブチルアンモニウム水素スルフェート
、テトラブチルホスホニウムブロミド、およびテトラブチルアンモニウムブロミ
ド。活性化化合物と非活性化化合物との間で最も著しく異なる成分は対イオンで
ある。対イオンの選択はこの方法において重要な要因であるかもしれない。ハロ
ゲンは蛍光を消光し得る(Lankowicz、258頁)ことが知られており、テトラブチ
ルアンモニウムブロミドは、極性微小領域中の臭化物の効果的濃度が大きいこと
により消光されるために、蛍光性ではない染料と電荷−電荷凝集体を形成するか
もしれない。
4種類の第四アンモニウム化合物の相対的な活性化特性を評価する比較滴定を
、以下の試薬:1)テトラブチルアンモニウム水酸化物、2)テトラメチルアン
モニウム水酸化物、3)ベンジルトリメチルアンモニウム水酸化物、および4)
ベンジルトリメチルアンモニウムメトキシドに関して行なった。これらの化合物
を、4種類の異なる溶媒(ヘキサン、トルエン、2−ブタノール、およびメタノ
ール)中の個々の濃度のHPTS中に滴下し、各々の溶媒中の4種類のAcOC
に関して蛍光活性化を測定した。滴定に用いた特定の溶媒が、これら4種類のA
cOCの相対的な性能における重要な要因であることが分かった(表I)。テト
ラブチルアンモニウム水酸化物の滴定がヘキサン(Io=480)およびトルエン
(Io=450)の両方において最高の相対的蛍光を生じた。メタノール中で滴定
を行なった場合、テトラメチルアンモニウム水酸化物が最も活性化された蛍光を
生じ
(Io=400 )、溶媒中のアルキルリガンドの溶解度が凝集体形成の成功の要因
かもしれないという意見に至った。ベンジルトリメチルアンモニウム水酸化物は
、トルエン、2−ブタノール、およびメタノール中において同様の蛍光を生じ、
ベンジルトリメチルアンモニウムメトキシドも同様であったが、2−ブタノール
における結果のほうが優れていた。これらの4種類の活性化化合物について、溶
媒の誘電性に関しては同一の相関性は見られなかった。これらの結果は、アルキ
ルリガンドの第四アンモニウムイオンへの溶媒溶解度は、重要な最適化要因であ
るかもしれず、それらの溶解度がアルキルアンモニウムイオンの特定の溶媒系へ
の分離能力を決定するかもしれないことを示唆している。
これらの滴定研究中に、AcOC希釈に用いた溶媒が蛍光発生の程度における
要因であることも分かった。例えば、AcOCをメタノール中に溶解させ、染料
をブタノール中に溶解させる場合、染料はAcOC/MeOH相中に抽出され、
蛍光は、大量の溶液中ではなく、非常に少量の不混和性の添加物中のみに観察さ
れた。AcOC溶媒を、エタノールのような、ブタノールと混和性のあるものと
交換すると、大量の染料ブタノール溶液中に蛍光の発生が観察された。染料溶媒
とAcOC溶媒が同一である場合に、優れた結果がしばしば得られた。
第四アンモニウム水酸化物が非水性媒質中の滴定液として用いられており(Ha
rlow,G.A.、Noble,C.M.、Wyld,G.E.A.、Analytical Chemistry、28、7
87 、1956)、pH感受性蛍光団の、脱プロトン化された(deprotonated)量子
収量の大きい状態への滴定を観察することが示唆されている。しかしながら、H
PTSは、プロトン化された形態と脱プロトン化された形態の両方において高量
子収量状態にあり、AcOCが存在しない場合には、染料が消光媒質中にある場
合にいずれの形態の蛍光も観察されない。また、この方法をうまく用いて、pH
感受性ではなく、したがって、プロトン滴定できない染料の蛍光を活性化した:
ピレンテトラスルホネートおよびエチレンジアミンピレントリスルホネート。し
かしながら、HPTSは、455 −465 nmの領域における励起スペクトルの発生
を通常観察しているときの基本形態で活性化され、おそらく、染料は、うまく蛍
光を活性化した第四アンモニウムイオンへの水酸化物およびメトキシドの対イオ
ンにより脱プロトン化されているであろう。
これらの実験により、AcOCは、一般的な様式と特定の様式の両方において
、蛍光団と相互作用できることが示唆される。一般的な相互作用により、染料の
微小環境の極性を変える電荷−電荷凝集体が生成され、対イオンにより行なわれ
る特定の相互作用が、活性化蛍光の特性を変調されるか、または、ある対イオン
の場合には、活性化蛍光を消光し得る。
メチルメタクリレートおよびメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウ
ムクロライド(MAPTAC)から調製されたコポリマーによっても、溶液中の
蛍光が活性化された。高分子はトリメチルプロピルアンモニウム基を含有してい
るので、この高分子は、討論中のTBAHおよび他のAcOC中の陽イオン成分
と同様の機能を有している。第4図は、(a) トルエン:エタノール(8:2)中
2×10-6MのHPTS溶液の励起スペクトル、および(b) アンモニウムコポリマ
ー(0.08%)の添加後の同一の溶液の励起スペクトルを示している。MAPTA
C活性化蛍光は、基本形態が過剰であるが、励起バンドが、TBAH活性化蛍光
団に観察されるよりも染料の多量の酸性形態(402 nm)を示しているので、T
BAH活性化蛍光とは異なる。高分子が試験管内で沈殿するときに、高分子は蛍
光緑となり、染料の基本形態との複合体形成を示すことも確認された。高分子を
蛍光活性剤として使用することは、このことが、活性剤と高分子成分が単一の試
薬に結合する蛍光コーティングを調製する潜在性を提示するので、関心を集めて
いる。高分子も共有結合固定化に適した追加の官能基を含有すべきである場合に
は、基体に共有結合する蛍光コーティングを調製することができる。MAPTA
C高分子も、別の高分子溶液に加えられる活性剤成分として、並びに、単体で用
いられる場合には、活性剤と単独の膜高分子成分として、固相中で蛍光の活性化
を示した。
強陰イオン交換樹脂(Dowex 19880 )の表面にも蛍光の活性化が示された。こ
の樹脂がヘキサンに溶解したHPTSの非蛍光性溶液中に加えられると、この樹
脂は強い蛍光緑となり、この色はその基本構造のHPTSの活性化に準じた。樹
脂はアンモニウム基を含有し、生じた蛍光は、非極性溶媒の消光効果の中和とと
もに、アンモニウム陽イオンと負に荷電した染料との間に形成された複合体によ
るものである。溶媒から樹脂を取り除いた後、樹脂は蛍光緑のままであり、この
方法を、蛍光コーティングを低誘電溶媒からのアンモニウム誘導化表面上に付着
できることを示している。
本発明の重要な構成要素は、蛍光が通常は消光されている環境において、高量
子収量染料にうまく転化される部類の染料の同定である。この部類の染料の主な
必要条件を以下に挙げる:1)染料の構造に負に荷電した置換基があること、2
)水中で量子収量が大きいこと、3)非極性媒質中で量子収量が小さいこと、4
)非極性溶媒中に溶解性であること、および5)pH感受性である場合には、染
料は、脱プロトン化の位置以外に、分子構造に負に荷電した少なくとも1つの他
の位置を有さなければならない。
ヘキサンまたはトルエン中に溶解した染料について、テトラブチルアンモニウ
ム水酸化物により滴定実験を行なった。低誘電媒質中において、消光状態から高
量子蛍光状態まで滴定された6種類の染料を以下に示す:フルオレセイン−第5
B図参照、2′,7′−ジメチルロドル(Molecular ProbesからのDM−NER
G)、セミナフトフルオレセイン(Molecular ProbesからのSNAFL−第5D
図参照)、ヒドロキシピレントリスルホネート(HPTS−第5A図参照)、エ
チレンジアミン−ピレントリスルホネートトリナトリウム塩(CASCADE BLUEエチ
レンジアミントリナトリウム塩として得られる−第5C図参照、Molecular Prob
esからの製品C−621 )、およびピレンテトラスルホネート。これらの染料は全
てポリ陰イオンである。一般的にこれらの染料は、水溶液中で測定した場合、蛍
光性が強い(量子収量が大きい)。AcOCにより蛍光活性化に関しては染料は
pH感受性である必要はない。このことは、エチレンジアミン−ピレントリスル
ホネートおよびピレンテトラスルホネートの染料のいずれもがpH感受性ではな
いので、これらの滴定により示される。アセチルアジド、アミノエチルp−アジ
ドベンズアミン、カダベリン、またはヒドラジドのような他のピレントリスルホ
ネート誘導体も、活性化可能蛍光染料としてここでは使用できる。
明らかに、全ての蛍光染料がこの方法により活性化されるわけではない。ピレ
ンおよび中性赤のような、荷電されていない染料は、非極性溶媒中では消光を示
さず、AcOCの添加による影響を受けなかった。pH感受性ヒドロキシピレン
は非水性溶媒中では消光されず、TBAHの添加により、染料の酸/塩基特性に
準じて蛍光を損失した。塩基性緩衝液中においては、脱プロトン化構造は量子収
量が小さく、この実験において、TBAHはヘキサン溶液中の脱プロトン化塩基
として機能した。
この方法はまた、トルエン中で調製されたポリスチレンコーティングのような
低誘電溶媒により調製された高分子コーティング内の蛍光を活性化するのに用い
られた。表2は、ポリスチレン/蛍光団およびポリスチレン/AcOC活性化蛍
光団から作成したコーティングの比較蛍光を示している。活性剤を含まずに調製
した対照は、ほとんどまたは全く蛍光を示さなかったが、活性剤を含むものは、
著しく強い蛍光を示した。コーティングは、高分子/染料溶液をガラス表面にス
ピニングし、次いで、空気中で溶媒を蒸発させることにより作成した。蛍光コー
ティングは安定であり、配合物中のAcOCの濃度に依存している。第6図は、
活性剤の濃度のみが異なる一連の基体にコーティングするのに使用した溶液中の
AcOC濃度への蛍光依存性を示しており、ここでは、染料と高分子の濃度は同
一である。AcOCの濃度が増加するにつれ、コーティングの蛍光も増加する。
再度、溶媒を蒸発させ、高分子を有効乾燥状態にした後に、被覆した基体の表面
の蛍光を測定した。
本発明の別の重要な特徴は、活性化蛍光複合体用の溶媒または固体支持体とし
て低誘電媒質を使用することにある。低誘電溶媒は、ヘキサンまたはブタンのよ
うな双極子モーメントがほとんどまたは全くない有機溶媒、並びにベンゼンおよ
びトルエンのようなある芳香族溶媒である。これらの低誘電溶媒に溶解できる高
分子もまた、低誘電媒質と見做され、それら高分子は、溶媒が蒸発した後も非極
性微小環境特性を維持する。荷電した蛍光染料は、低誘電溶媒または高分子中に
溶解したときに、染料の荷電の数および性質並びに極性の励起状態と基底状態と
の間の差に依存して、深色シフトまたは浅色シフトのような、光物理特性の変化
、または蛍光の完全な消光を経験する。この現象は、本発明に記載したポリ陰イ
オン蛍光団に関して観察された。本発明は、異なる染料の特定の誘電依存性は様
々なであるので、誘電性範囲における正確なカットオフ(cutoff)に制限される
ものではない。本発明は、特定の染料用の媒質の所定の誘電性で量子収量を損失
し、光子放出が減少するか光子が放出されない場合に誘電性である蛍光染料に関
する
ものである。
本発明はまた、AcOCが添加されないと蛍光が通常消光されている高分子コ
ーティング中の蛍光を活性化させる方法を教示する。再度、高分子の正確な誘電
性範囲は定義できないけれども、配合物に含まれている染料の関数である。誘電
性が、AcOCと染料の電荷−電荷相互作用が助長されるようなものである場合
には、蛍光の活性化が、活性化化合物の添加により生じ、染料の蒸発後も維持さ
れる。
本発明に適しており、センサコーティングおよび/またはセンサコーティグを
覆う保護膜として使用される高分子の例としては、以下に限定されるものではな
いが、ポリ(1,3−ブタジエン)、ポリ(ブタジエン−コ−アクリロニトリル
)、ポリ(ジメチルブタジエン)、およびポリ(イソプレン)のようなポリ(ジ
エン);ポリ(エチレン)、ポリ(イソブタン−コ−イソプレン)、ポリ(4−
メチルペンテン)、ポリ(プロピレン)、ポリ(エチルメタクリレート)、ポリ
(スチレン)、ポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリ(ビニルアルコール)、
ポリ(塩化ビニル)、およびポリ(オキシメチレン)のようなポリ(アルケン)
;水和セルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、エチルセルロース、およ
びエチルメタクリレートのようなセルロースおよびセルロース誘導体;ポリ(メ
チルメタクリレート)およびポリ(エチルメタクリレート)のようなポリ(メタ
クリレート);並びに、ポリ(シロキサン)、ポリ(エステル)およびポリ(カ
ーボネート)が挙げられる。
本発明の別の重要な特徴は、低誘電高分子は疎水性の傾向にあるので、膜から
染料が損失せずに水性試料中でこれらの低誘電コーティングを使用できることに
ある。しかしながら、活性化蛍光を含有する高分子を覆う第2のコーティングを
加えることにより、拡散または透過依存性応答特性を変えることができる。この
第2のコーティングは、同一の高分子、または異なる構造であるが第1のコーテ
ィングと相容性であり付着を容易にする高分子から調製できる。さらに、固体材
料(例えば、低誘電高分子またはガラス)に活性化化合物および蛍光団を含める
ように固体材料を注型する場合、これらの成分を固体材料と組み合わせることが
可能である。
蛍光が活性化された高分子を蛍光コーティングとして用いることができるが、
光センサの変換器コーティングとしてこの高分子を使用することが新たな分析用
途である。蛍光団は、高分子中で一度活性化されると、大きい量子収量を復元す
るだけでなく、染料が特徴付けられる特定の化学的感度を示す。例えば、染料が
pH依存性酸/塩基平衡を有する場合、この特性は、復元された蛍光においては
そのままであるが、微小環境pHを測定する。高分子を通過して、AcOC/染
料の凝集体の極性微小領域内で溶解させられる分析物を導入することにより、p
H感度を間接的に試験することができる。これらの微小領域内において、染料は
、水の微小環境と類似の微小環境を経験し、水中の染料で特徴的な分析試薬とし
て機能できる。これらの反応性微小領域は、変換器の支持体として機能する高分
子膜全体に亘って分散される。高分子は疎水性であるので、センサ応答は、水蒸
気また気体のような、高分子に透過できる分析物のみによる。
光CO2 センサを作成する従来の方法がシベリンガスモデル(Severinghus,J
.W.;Bradley,A.F.、J.Appl.Physiol.1958、13、515)に基づいている。
ここで、このモデルには、pH感受性蛍光団または発光団を含有する変換器層が
あり、この層は、NaHCO3 溶液中に浸漬され、シロキサンに基づく高分子の
ような疎水性被覆膜材料により被覆されている(Munkholm,C.、Walt,D.R.、
Milanovich,F.P.、Talanta、35(2)、109−112、1988)。CO2 にさらすこと
により、センサ膜中に拡散し、pH感受性蛍光団の蛍光の変化を伴う微小環境p
Hを変えるCO2 のために、蛍光に定量化可能な変化を生じさせる。シベリンガ
スセンサに固有の難しさは、被覆膜のピンホール漏れにより失敗する可能性であ
る。本発明により作成したセンサでも、活性化された蛍光団の微小環境のpH感
受性の変調によりCO2 レベルの定量化測定ができる。これらのセンサ微小環境
は、低誘電媒質全体に亘って分散されているので、このようなセンサを調製する
には、膜材料を1回適応するのみでよく、この単一膜の形態により、ピンホール
漏れの問題が解消される。これらのセンサは、50時間に亘り連続してCO2 を測
定するのに液体試料中で用いられており、光脱色(photobleaching)により強度
が段々と損失されるのみである。センサが大部分のpHにおける変化の原因では
なく、変換器の微小領域が試料から金属封鎖されていることを示す。このセ
ンサは、反射表面蛍光を測定するシステム、並びに消失波信号を測定するシステ
ムにおいて用いられている。NH3 のような、pH変換器との相互作用により検
出できる他の気体(Lopez,M.E.、Rechnitz,G.A.、Analytical Chemistry、
54、1976−1980、1982)は、AcOCセンサ法により作成される分析センサの基
となり得る。
酸素は、蛍光消光のような光学法により頻繁に測定される分析物である。Ac
OC活性化の必要条件を満たし、O2 濃度の関数として蛍光消光の定量に十分に
長い蛍光寿命を有する蛍光団は、AcOCセンサを作成するに当たっての候補で
ある。
光センサの利点は、不連続の波長バンドにより、異なる分析物からの情報を解
明する能力である。このようにして、2種類のセンサを同一の膜に互いに結合す
るが、別々の波長での読出し情報を収集できる。本発明は、単一の被覆でこのよ
うなセンサ形態を作成できるものである。センサ微小領域は、多数の変換器を収
容しているが、まるでセンサが別々の層にあるように、化学的性質および信号の
加工が行なわれる。
この方法を用いることにより、検出可能なレベルの蛍光を有する極薄センサフ
イルムを作成できる。このような薄膜は、応答時間が並外れて迅速であり、蛍光
コーティングが伝ぱん波と同一の寸法内であることが望まれる検出の消失波法に
用いられるコーティングプレーナセンサに理想的である。この方法により作成し
たセンサは、センサ材料がコーティング中で連続であるので、ピンホール漏れに
よる影響を受けない。これらのセンサフイルムも、水性層がないために、たな寿
命がより長い。
実施例
以下の実施例は本発明を説明するものであるが、その用途を限定するものでは
ない。実施例1−4:第四アンモニウムイオンによる蛍光団の活性化
上述したように、蛍光活性化のこのシステムに用いるべき特定の染料の能力に
は、染料がポリ陰イオンであり、水中で量子収量が大きく、低誘電媒質中におい
ては量子収量が小さいことが必要である。蛍光を消光する媒質中に溶解する場合
、この基準を満たす全ての染料は、特定の第四アンモニウムイオンを添加するこ
とにより活性化されるので、存在するスペクトルデータベースを使用することに
よりこの方法に適した染料を選択することができなければならない。蛍光をうま
く活性化する第四アンモニウムイオンは、水酸化物またはメトキシドの対イオン
のいずれかを有しており、蛍光団に使用する溶媒に混和する溶媒中に溶解される
。
実施例1
低誘電溶媒であるトルエン中に溶解するフルオレセインを含有する試料を蛍光
計(パーキンエルマー、LS−50)中で照射したら、非常にわずかしか、または
全く基準蛍光が生じなかった。励起は488 nmであり、蛍光は、励起ビーム、I0
=2の530 nmのフィルタを用いて530 nmで測定した。第四アンモニウムイ
オンである、テトラブチルアンモニウム水酸化物を溶媒のブタノールで希釈した
。ブタノールは染料試料に用いた溶媒と混和性である。次いで、第四アンモニウ
ム溶液を、モニタした蛍光の発光が安定レベル、I1 =289 まで生成されるまで
、フルオレセイン溶液中に滴下した。(実施例において、I0 は蛍光団の消光状
態の蛍光を示し、I1 は蛍光団の活性化状態の蛍光を示す。)
実施例2
5×10-7Mの濃度の染料をヘキサン、トルエン、テトラヒドロフラン、および
2−ブタノール中で調製することにより、4種類の溶媒中でフルオレセインの蛍
光活性化を比較した。488 nmの励起により、発光スペクトルを測定した。ヘキ
サン、トルエン、およびテトラヒドロフラン中においては、蛍光はほとんど完全
に消光されており、2−ブタノール中においては、I1 =250 であった。蛍光が
安定状態となるまで、この溶液を、エタノール中に溶解した0.01Mのテトラブチ
ルアンモニウム水酸化物により滴定した。4種類の系には、様々な量の活性剤が
必要であり、異なるレベルの蛍光信号が生成された(表3)。これら4種類の溶
媒のうち、ヘキサンは、最も誘電性が小さく、フルオレセイン/ヘキサン溶液が
、
完全な活性化に必要とされる最も低濃度のTBAHにより最大の蛍光増加を示し
た。(2−ブタノールは完全には消光されなかったので、これは特別なケースで
あることに注意すべきである。)
実施例3
ヒドロキシピレントリスルホネート(HPTS)を低誘電溶媒であるトルエン
中に溶解させ、510 nm発光を用いて、350 nmと500 nmの間で励起スペクト
ルを生じさせ、462 nmでI0 =1の基準蛍光を設定した。第四アンモニウムイ
オンである、テトラブチルアンモニウム水酸化物を2−ブタノールにより0.01M
まで希釈した。2−ブタノールは染料試料に用いた溶媒と混和性である。第四ア
ンモニウム溶液を、モニタした蛍光励起が安定レベル、462 nmでI1 =192 と
なるまでHPTS溶液中に滴下した。テトラブチルアンモニウム水酸化物により
滴定したHPTSに関して、活性化した励起エネルギーの最大値は462 nmで観
察され、このことは、基準形態にある染料と矛盾しない(図7)。
実施例4
エチレンジアミン−ピレントリスルホネートをトルエン中に溶解させ、5×10-7
M濃度とした。423 nmの発光を用いて、300 nmと410 nmの間で励起スペ
クトルを生じさせ、基準蛍光を設定した。378 nmと399 nmで励起が最大であ
り、ほとんどゼロの蛍光が観察された。0.250 mlのテトラブチルアンモニウム
水酸化物(0.01M、2−ブタノール)を添加して、650 蛍光単位を生じさせ、37
8 nmと399 nmでピークとなった。ここで励起最大値は水性媒質中で報告され
る。2−ブタノール中に溶解したエチレンジアミン−ピレントリスルホネートに
関して同様の滴定を行なったときに、0.01mlの同一のAcOCを添加したら、
2000+相対蛍光単位と推定される、目盛りを超越した蛍光強度が示された。この
染料はpH感受性ではない。実施例5−6:第四アンモニウム官能基を含有する高分子による蛍光団の活性化
第四アンモニウム基を含有するコポリマーであるMAPTACの添加によって
も、低誘電溶媒中で消光された蛍光団の蛍光を活性化した。蛍光活性剤として高
分子を使用したら、活性化された染料の酸形態と塩基形態の多くの混合物が得ら
れた。
実施例5
HPTSを6:4のトルエン:エタノールの低誘電溶媒系中に溶解させた。51
0 nmの発光を用いて350 nmと500 nmの間で励起スペクトルを生じさせ、I0
=21(405 nm)およびI0 =8(465 nm)の基準蛍光を設定した。エタノ
ール中に溶解したMAPTAC高分子の5%(重量/容積)溶液を、蛍光の安定
レベルがI1 =140 (405 nm)およびI1 =211 (465 nm)となるまで、H
PTS試料中に滴下した。励起バンドが405 nmと465 nmで見られ、染料の酸
性形態と塩基形態の混合物が活性化状態で存在することが分かった。
実施例6
HPTSをヘキサン中に溶解させ、510 nmの発光を用いて350 nmと500 n
mとの間で励起スペクトルを生じさせ、I0 =5(405 nm)およびI0 =5(
465 nm)の基準蛍光を設定した。エタノール中に溶解したMAPTAC高分子
の5%(重量/容積)溶液を、蛍光の安定レベルがI1 =250 (405 nm)およ
びI1 =39(465 nm)となるまで、HPTS試料中に滴下した。より強い活性
化励起バンドが405 nmで表れたので、染料の酸性形態が主に活性化されたこと
が分かった。この滴定をエタノール中で行なった場合、活性化染料の塩基形態が
過剰、すなわち、I1 =200 (405 nm−プロトン化形態)およびI1 =598 n
m(465 nm−脱プロトンン化形態)であった。
実施例7
陰イオン交換樹脂により蛍光団の活性化
アンモニウム基を含有する表面もまた、低誘電媒質中の消光された蛍光団の活
性化を示すのに用いた。この実施例において、染料は、固体樹脂と複合体形成す
ることにより溶液から抽出される。
HPTS(10-5M)をヘキサン中に溶解させ、この溶液に、約250 mgのDO
WEX19880 陰イオン交換体を加えた。渦流れにより混合した後、濾過により染
料溶液から樹脂を取り除いてヘキサンで濯いだ。紫外線の元で観察したら、樹脂
は、塩基形態のHPTSに一般的な色である蛍光緑に見えた。活性化された蛍光
団の存在を確認するために、カバーガラス上にこの樹脂を新たにポリスチレンを
付着させることにより固定化し、スペクトルの測定を行なった。高分子を乾燥さ
せた後、カバーガラスの表面蛍光をLS−50内で試験し、465 nmの励起バンド
で蛍光を観察した。この蛍光は、塩基形態のHPTSとは矛盾のないものであっ
た。実施例8−13:第四アンモニウムイオン化合物を用いた、高分子膜内の蛍光団 の活性化
低誘電溶媒中に溶解した高分子/染料溶液中にAcOCを添加して、液体試料
中において蛍光を活性化させた。溶媒の蒸発により溶液をカバーガラスに施した
ときに、高分子コーティングは蛍光性が強かった。
実施例8
フルオレセイン(2mg)およびテトラブチルアンモニウム水酸化物(1.5 m
l、1.0 M)を10mlの2−ブタノール中に溶解させた。0.7 gのポリスチレン
を10mlのトルエン中に溶解させることにより、ポリスチレン溶液を調製した。
高分子溶液の5mlのアリコートを、0.91mlの染料/TBAH溶液と組み合わ
せた。この溶液は、試験管内において蛍光性が強かった。次いで、高分子/染料
溶液をガラス基体上に注型した。得られたコーティングは蛍光性(I1 =270 )
であり、水性系で観察したようなフルオレセインと同様のスペクトル特性(励起
最大値=490 nmおよび発光最大値=520 nm)を示した。
実施例9
0.6 gのポリスチレンを10mlのトルエン中に溶解させることによりポリスチ
レン溶液を調製した。2−ブタノールにより10-3MのHPTSの溶液を調製した
。
HPTS溶液(1ml)を10mlの高分子溶液に加えた。混合後、高分子/染料
溶液の3mlのアリコートを取り除き、0.082 mlの1.0 Mテトラブチルアンモ
ニウム水酸化物とともに混合した。次いで、ガラスカバー上に、スピンコーティ
ングにより活性化並びに非活性化高分子/染料溶液を施した。AcOCを含まな
い高分子/染料からは、ほとんど蛍光を伴わない(I0 =10)コーティングが得
られ、高分子/染料/AcOC溶液からは蛍光性の(I0 =380 )コーティング
が得られた。
実施例10
0.5 gの高分子を5mlのトルエン:エタノール(4:1)中に溶解させるこ
とにより、酢酸メチルセルロース溶液を調製した。メタノールにより10-2MのH
PTS溶液を調製した。HPTS溶液(0.5 ml)を高分子溶液に加えた。0.03
mlの1.0 Mテトラブチルアンモニウム水酸化物を加えたら、この溶液は明るい
蛍光緑となった。高分子溶液をガラスカバーに塗布し、溶媒を除去した後にも高
分子コーティングは蛍光状態にあった。
実施例11
0.4 gの高分子を5mlのトルエン中に溶解させることにより、有標(propri
etary)アクリレート高分子の8%溶液を調製した。この高分子溶液に0.25ml
のHPTS(10-3M、2−ブタノール)を加え、対照として1mlの高分子/染
料溶液を取り出した。残りの4mlの高分子/染料溶液に0.060 mlの1.0 Mテ
トラブチルアンモニウム水酸化物を加えたら、溶液は明るい蛍光緑になった。ガ
ラス基体上に、蛍光溶液および対照溶液の両方でスピンコーティングを行なった
。溶媒を蒸発させた後も、活性化された蛍光を含む高分子は強い蛍光性(I1 =
390 )を維持した(465 nmの励起、510 nmの発光)。対照により調製したコ
ーティングにはほとんど蛍光はなかった(I0 =9)。
実施例12
0.6 gの高分子を10mlのトルエン:エタノール(8:2)中に溶解させるこ
とにより、エチルセルロースの6%溶液を調製した。高分子溶液に1.0 mlのH
PTS(10-3M、メタノール)を加えた。対照として2mlの高分子/染料溶液
を取り出した。残りの高分子/染料溶液に、0.283 mlの1.0 Mテトラブチルア
ンモニウム水酸化物を加えたら、溶液は明るい蛍光緑になった。ガラス基体上に
、蛍光溶液および対照溶液の両方でスピンコーティングを行なった。溶媒を蒸発
させた後も、活性化された蛍光を含む高分子は強い蛍光性(I1 =560 )を維持
した(465 nmの励起、510 nmの発光)。対照により調製したコーティングに
はほとんど蛍光はなかった(I0 =21)。
実施例13
トルエンによりポリスチレンの5%溶液を調製した。12.2mgの高分子をエタ
ノール中に溶解させることにより、ピレンテトラスルホネートの10-3M溶液を調
製した。2mlの高分子溶液に、0.2 mlのピレンテトラスルホネートおよび0.
06mlの1.0 Mテトラブチルアンモニウム水酸化物を加えて、蛍光溶液を調製し
た。AcOCを含まない対照溶液も調製した。ガラス基体上に、蛍光溶液および
対照溶液の両方でスピンコーティングを行なった。溶媒を蒸発させた後も、活性
化された蛍光を含む高分子は強い蛍光性(I1 =742 )を維持した(375 nmの
励起、404 nmの発光)。対照により調製したコーティングにはほとんど蛍光は
なかった(I0 =21)。実施例14−15:第四アンモニウム官能基を含有する高分子コーティング中の 蛍光団の活性化
第四アンモニウム官能基を有するコポリマー(MAPTAC)を含有させるこ
とにより、高分子コーティングにおいて、消光された蛍光団の蛍光活性化を行な
った。
実施例14
95%のエタノール溶液により10%のMAPTAC溶液を調製した。2mlの高
分子溶液に0.1 mlのHPTS(10-5M、エタノール)を加えたら、試験管内で
観察したときに、この溶液は強い蛍光性となった。高分子/染料溶液をガラスカ
バーに塗布し、一晩で溶媒を蒸発させた。蛍光を測定した;I1 =473 (405 n
mの励起、510 nmの発光)およびI1 =262 (455 nmの励起、510 nmの発
光)。HPTSのエタノール対照溶液に関して、蛍光を測定した:I0 =22(40
2 nm励起)およびI0 =4(455 nm励起)。
実施例15
トルエン:エタノール(6:4)によりエチルセルロースの2%溶液を調製し
、HPTSを加え、2×10-6Mの最終濃度とした。エタノールにより10%のMA
PTAC溶液を調製し、蛍光が完全に活性化されるまで、エチルセルロース溶液
中に滴下した。高分子/染料溶液をガラスカバーに塗布し、一晩で溶媒を蒸発さ
せた。510 nmの発光を用いて、350 nmと500 nmの間に励起スペクトルを生
じさせた。402 nmにおいて、励起強度は623 であり、465 nmにおいて励起強
度は175 であった。エチルセルロース/HPTSの対照溶液は、蛍光をほとんど
示さなかった。実施例16−19:第四アンモニウムイオンにより活性化した蛍光によるCO2 センサの作成
いくつかの活性化蛍光性pH感受性染料/高分子配合物をガラス基体上に膜と
してスピンコーティングし、液相および気相の両方の検査において、定量CO2
センサとしてうまく実証された。
実施例16
実施例8に記載した配合物を用いて、ガラスを疎水性にする有標シラン化試薬
である、ガラスクラッドにより被覆したガラスカバー上に高分子/染料溶液をス
ピンコーティングすることによりセンサを作成した。室温でセンサを硬化させ、
溶媒を一晩で蒸発させた。CO2 試験に関して、センサをパーキンエルマーLS
−50蛍光計内に挿入し、センサと連結されている流動セルを通過した異なる濃度
のCO2 ガスにさらした。センサは可逆的にかつ再現的にCO2 の変量に応答し
た:空気(0.03%のCO2 )、I1 =268 ;3%のCO2 、I1 =252 ;5%の
CO2 、I1 =242 ;および7%のCO2、I1 =230。
実施例17
トルエン:エタノール(9:1)によりエチルセルロースの5%溶液を調製し
た。ブタノールにより調製したHPTS溶液を高分子に加えて、1×10-7Mの濃
度にし、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物を加えて、1×10-5Mに
した。ガラスクラッドシラン試薬により処理したガラスカバー上に蛍光性の強い
溶液でスピンコーティングを行ない、周囲条件で一晩、センサを硬化させた。セ
ンサを流体系中で試験して、センサが、100 時間を越える期間に亘りトノメータ
で測定したCO2 緩衝液に対して可逆的かつ定量的な応答を示した。代表的な30
分間に試験を図8に示す。蛍光レベルは以下の濃度のCO2 を測定したものであ
る:A)0.03%、B)2.66%、C)5.33%、およびD)8.33%。
実施例18
実施例9に記載した配合物を用いて、実施例16に記載したようにセンサを作
成し、様々な濃度のCO2 に関してトノメータで測定した緩衝液(以下、CO2
トノメータ緩衝液と称する)を用いて同様の装置について試験した。標準濃度の
CO2 トノメータ緩衝液に対するセンサの蛍光応答をプロットすることにより、
検量線を作成した。次いで、未知の量のCO2 を含有する様々な試料中に挿入し
たときの、センサの蛍光を測定し、それらの試料中のCO2 の濃度を検量線を参
照して求めた。このセンサを用いたCO2 の測定は、可逆的であった:水(0.03
%のCO2 )、I1 =525 ;2.66%のCO2 、I1 =450 ;5.33%のCO2 、I1
=390 ;および8.66%のCO2 、I1 =321 。CO2 試料を連続して循環させ
て、数時間に亘りセンサを試験した。
実施例19
実施例18に記載したのと同様にセンサを作成した。高分子/染料層の塗布お
よび乾燥後、トルエン中5%のポリスチレンの追加のコーティングを保護層とし
てセンサに塗布した。液体試験において、センサのCO2 の測定は、可逆的で、
迅速であった:水(0.03%のCO2 )、I1 =575 ;2.66%のCO2 、I1 =44
0 ;5.33%のCO2 、I1 =350 ;および8.66%のCO2 、I1 =310 。実施例20−21:第四アンモニウム誘導化高分子によるCO2 センサの作成
蛍光活性剤および膜構造を構成する高分子として用いたMAPTAC高分子に
より、CO2 の変化に応答する蛍光コーティングを作成した。
実施例20
実施例14に記載した配合物を用いて、ガラスクラッドシラン化試薬により処
理したガラスカバー上に滴下することにより、活性化蛍光高分子溶液を塗布した
。センサを一晩に亘り空気乾燥させ、溶媒の蒸発後も蛍光は強かった。気体試験
において(455 nmの励起、510 nmの発光)、センサはCO2 を導入したとき
に蛍光が損失した:水(0.03%のCO2 )、I1 =620 ;3%のCO2 、I1 =
550 ;および7 %のCO2 、I1 =525 。
実施例21
実施例15に記載した配合物を用いて、ガラスクラッドシラン化試薬により処
理したガラスカバーに活性化蛍光高分子溶液を塗布した。周囲条件中でセンサを
一晩に亘り空気乾燥させた。CO2 濃度に依存する蛍光の気体試験に関して、セ
ンサはCO2 を導入したときに蛍光が損失した:空気、I1 =290 ;および7 %
のCO2 、I1 =250 。
実施例22第四アンモニウムイオン活性化蛍光によるO2 センサの作成
特定の分析物により変調される活性化蛍光団の固定化により他の分析物用のセ
ンサが作成できる。酸素は、固定化されたピレン誘導体の蛍光を消光することが
知られており、低誘電媒質中の活性化蛍光団により酸素センサを作成した。セン
サは酸素に対して小さな応答を示した。これは、調製物の最適化により改良でき
たかもしれない。
トルエンにより5%ポリスチレン溶液を調製した。2mlの高分子に0.2 ml
のピレンテトラスルホネート(10-3M、絶対のエタノール)および0.06mlのテ
トラブチルアンモニウム水酸化物(1.0 M、メタノール)を加えた。高分子/染
料溶液をカバー上にスピンコーティングし、溶媒を一晩に亘り蒸発させた。O2
による蛍光の消光についてセンサを試験した(375 nmの励起、404 nmの発光
):100%のO2 、I1 =529 ;0%のO2 、I1 =565 。
別の実施例
溶液中並びに固体媒質中における蛍光の活性化についてのこの化学的性質の適
応、および光センサとしてのその固体媒質の使用について議論した。
特に有機化学的性質において、他の用途も考えられる。分離工程における蛍光
団の抽出に使用した低誘電媒質にAcOCを加えると、所望の蛍光団を検出する
能力が高められるかもしれない。別の例としては、クロマトグラフィー法にAc
OCを含めて、低誘電溶媒系から蛍光生成物を分離しやすくする。
上述した新たな開発を学んだ後に、さらなる変更が当業者には明確であろう。
【手続補正書】
【提出日】1996年6月14日
【補正内容】
(1) 明細書第32頁の後に下記の記載を追加する。
「以下、本発明の実施態様を項分け記載する。
1. 低誘電媒質中のポリ陰イオン蛍光染料の蛍光を活性化する方法であって
、
a. 蛍光染料を低誘電媒質中に含ませ、このとき、該媒質中においては該
染料は消光されており、
b. 蛍光を復元し、前記低誘電媒質中に活性化蛍光団を生じるような方法
で、消光された蛍光団と相互作用する活性化化合物を加え、
c. 生じた蛍光または蛍光関連パラメータを測定する、
各工程からなることを特徴とする方法。
2. 前記活性化化合物が第四オニウム化合物であることを特徴とする実施態
様1記載の方法。
3. 前記活性化化合物が、第四オニウム化合物により誘導された高分子であ
ることを特徴とする実施態様1記載の方法。
4. 前記高分子が、前記低誘電媒質および前記染料に加えられる前記活性化
化合物の両方として機能することを特徴とする実施態様3記載の方法。
5. 前記活性化化合物が第四オニウム化合物により誘導された表面であるこ
とを特徴とする実施態様1記載の方法。
6. 前記活性化化合物が、テトラブチルアンモニウム水酸化物、テトラエチ
ルアンモニウム水酸化物、テトラメチルアンモニウム水酸化物、ベンジルトリメ
チルアンモニウム水酸化物、ベンジルトリメチルアンモニウムメトキシド、およ
びヘキサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物からなる群より選択されること
を特徴とする実施態様2記載の方法。
7. 前記第四オニウム化合物が、メトキシド対イオンまたは水酸化物対イオ
ンを有することを特徴とする実施態様2記載の方法。
8. 前記第四オニウム化合物が、トリメチルプロピルアンモニウム塩化物で
あることを特徴とする実施態様3記載の方法。
9. 前記低誘電媒質が、液相、気相、または固相であることを特徴とする実
施態様1記載の方法。
10. 前記蛍光染料がポリ陰イオンであることを特徴とする実施態様1記載の
方法。
11. 前記蛍光染料が、フルオレセインまたはその誘導体、スルホン化ピレン
またはその誘導体、セミナフトロダフルオルまたはその誘導体、およびセミナフ
トスルオレセインまたはその誘導体からなる群より選択されることを特徴とする
実施態様10記載の方法。
12. 前記蛍光染料が、2′,7′−ジメチルロドール、7′−クロロロドー
ル、セミナフトフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホネート、ピレンテ
トラスルホネート、およびピレントリスルホネートからなる群より選択されるこ
とを特徴とする実施態様11記載の方法。
13. 前記ピレントリスルホネート誘導体が、エチレンジアミン、アセチルア
ジド、アミノエチルp−アジドベンズアミド、カダベリン、またはヒドラジドで
あることを特徴とする実施態様12記載の方法。
14. 前記低誘電媒質が、トルエン、ヘキサン、ブタノール、メタノール、テ
トラヒドロフラン、またはこれら液体の2種類以上の組合せからなる群より選択
される液体であることを特徴とする実施態様9記載の方法。
15. 前記低誘電媒質が高分子であることを特徴とする実施態様9記載の方法
。
16. 前記高分子が、ポリ(ジエン)、ポリ(アルケン)、セルロースまたは
セルロース誘導体、ポリ(メタクリレート)、ポリ(シロキサン)、ポリ(エス
テル)、またはポリ(カーボネート)であることを特徴とする実施態様15記載
の方法。
17. 前記低誘電媒質が、該媒質に用いられる高分子と同じかまたは異なる高
分子の層により被覆されることを特徴とする実施態様15記載の方法。
18. 前記活性化蛍光団が、蛍光を変調する分析物を測定するのに用いられる
ことを特徴とする実施態様1記載の方法。
19. 前記蛍光団がpH感受性であることを特徴とする実施態様18記載の方
法。
20. 前記蛍光が、蛍光関連パラメータを測定することにより求められること
を特徴とする実施態様18記載の方法。
21. 蛍光を変調する分析物を測定する方法であって、
a. 低誘電媒質中に蛍光団および第四オニウム化合物を含ませ、
b. 前記蛍光を測定し、
c. 前記低誘電媒質を前記分析物を含有する溶液にさらし、
d. 前記分析物による蛍光の変化を測定し、
e. 検量線を参照して前記分析物の濃度を求める、
各工程からなることを特徴とする方法。
22. 前記分析物が、前記低誘電媒質を貫通し、前記蛍光を変調するような方
法で活性化された前記蛍光団と相互作用できることを特徴とする実施態様21記
載の方法。
23. 前記分析物が二酸化炭素または酸素であることを特徴とする実施態様2
1記載の方法。
24. 前記分析物がアンモニアであることを特徴とする実施態様21記載の方
法。
25. 前記分析物が酵素反応による気体状の副生物であることを特徴とする実
施態様21記載の方法。
26. a. 光学構成部材の表面に活性化蛍光高分子膜を形成するために、低
誘電高分子膜中の蛍光団および第四オニウム化合物を、入射電磁波および放出電
磁波を透過させる前記光学構成部材の表面に塗布し、
b. 前記活性化蛍光高分子膜中の蛍光を測定し、
c. 該膜を測定すべき分析物にさらし、
d. 該分析物による蛍光の変化を測定する、
ことにより、分析物を測定する光センサ装置。
27. 前記蛍光団および活性化試薬が、前記基質の低誘電媒質中に含まれてい
ることを特徴とする実施態様26記載の装置。
28. 光ファイバからなることを特徴とする実施態様26記載の装置。
29. プレーナ導波管からなることを特徴とする実施態様26記載の装置。
30. 消失性波を測定することを特徴とする実施態様26記載の装置。
31. 2種類以上のセンサを含むことを特徴とする実施態様26記載の装置。
32. 蛍光染料および活性化試薬からなる低誘電媒質であって、前記蛍光染料
が、前記媒質中においては蛍光が消光されているが、前記活性化試薬の存在下に
おいては蛍光を示すことのできることを特徴とする媒質。
33. 活性化試薬を含む低誘電媒質中の蛍光染料からなる基体上のコーティン
グであって、前記蛍光染料が前記媒質中においては蛍光が消光されることを特徴
とするコーティング。
34. 高分子と染料との溶液をガラス表面上にスピニングし、この溶液から溶
媒を蒸発させることにより作成されることを特徴とする実施態様33記載のコー
ティング。
(2) 請求の範囲を別紙の通り補正する。
請求の範囲
1. 低誘電媒質中のポリ陰イオン蛍光染料の蛍光を活性化する方法であって、
a. 蛍光染料を低誘電媒質中に含ませ、このとき、該媒質中においては該染
料は消光されており、
b. 蛍光を復元し、前記低誘電媒質中に活性化蛍光団を生じるような方法で
、消光された蛍光団と相互作用する活性化化合物を加え、
c. 生じた蛍光または蛍光関連パラメータを測定する、
各工程からなることを特徴とする方法。2
. 蛍光を変調する分析物を測定する方法であって、
a. 低誘電媒質中に蛍光団および第四オニウム化合物を含ませ、
b. 前記蛍光を測定し、
c. 前記低誘電媒質を前記分析物を含有する溶液にさらし、
d. 前記分析物による蛍光の変化を測定し、
e. 検量線を参照して前記分析物の濃度を求める、
各工程からなることを特徴とする方法。3
. 前記分析物が二酸化炭素または酸素であることを特徴とする請求の範囲第2
項記載の方法。4
. 前記分析物がアンモニアであることを特徴とする請求の範囲第2項記載の
方法。5
. 前記分析物が酵素反応による気体状の副生物であることを特徴とする請求
の範囲第2項記載の方法。6
. a. 光学構成部材の表面に活性化蛍光高分子膜を形成するために、低誘
電高分子膜中の蛍光団および第四オニウム化合物を、入射電磁波および放出電磁
波を透過させる前記光学構成部材の表面に塗布し、
b. 前記活性化蛍光高分子膜中の蛍光を測定し、
c. 該膜を測定すべき分析物にさらし、
d. 該分析物による蛍光の変化を測定する、
ことにより、分析物を測定する光センサ装置。7
. 蛍光染料および活性化試薬からなる低誘電媒質であって、前記蛍光染料が
、
前記媒質中においては蛍光が消光されているが、前記活性化試薬の存在下におい
ては蛍光を示すことのできることを特徴とする媒質。8
. 活性化試薬を含む低誘電媒質中の蛍光染料からなる基体上のコーティング
であって、前記蛍光染料が前記媒質中においては蛍光が消光されることを特徴と
するコーティング。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
G01N 31/00 9015−2J G01N 31/00 L
9015−2J E
9015−2J G
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD),AM,AT,
AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C
Z,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU
,JP,KG,KP,KR,KZ,LK,LR,LT,
LU,LV,MD,MG,MN,MW,NL,NO,N
Z,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SI,SK
,TJ,TT,UA,US,UZ,VN
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 低誘電媒質中のポリ陰イオン蛍光染料の蛍光を活性化する方法であって、 a. 蛍光染料を低誘電媒質中に含ませ、このとき、該媒質中においては該染 料は消光されており、 b. 蛍光を復元し、前記低誘電媒質中に活性化蛍光団を生じるような方法で 、消光された蛍光団と相互作用する活性化化合物を加え、 c. 生じた蛍光または蛍光関連パラメータを測定する、 各工程からなることを特徴とする方法。 2. 前記活性化化合物が第四オニウム化合物であることを特徴とする請求の範 囲第1項記載の方法。 3. 前記活性化化合物が、第四オニウム化合物により誘導された高分子である ことを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。 4. 前記高分子が、前記低誘電媒質および前記染料に加えられる前記活性化化 合物の両方として機能することを特徴とする請求の範囲第3項記載の方法。 5. 前記活性化化合物が第四オニウム化合物により誘導された表面であること を特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。 6. 前記活性化化合物が、テトラブチルアンモニウム水酸化物、テトラエチル アンモニウム水酸化物、テトラメチルアンモニウム水酸化物(ベンジルトリメチ ルアンモニウム水酸化物、ベンジルトリメチルアンモニウムメトキシド、および ヘキサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物からなる群より選択されることを 特徴とする請求の範囲第2項記載の方法。 7. 前記第四オニウム化合物が、メトキシド対イオンまたは水酸化物対イオン を有することを特徴とする請求の範囲第2項記載の方法。 8. 前記第四オニウム化合物が、トリメチルプロピルアンモニウム塩化物であ ることを特徴とする請求の範囲第3項記載の方法。 9. 前記低誘電媒質が、液相、気相、または固相であることを特徴とする請求 の範囲第1項記載の方法。 10. 前記蛍光染料がポリ陰イオンであることを特徴とする請求の範囲第1項記 載の方法。 11. 前記蛍光染料が、フルオレセインまたはその誘導体、スルホン化ピレンま たはその誘導体、セミナフトロダフルオルたはその誘導体、およびセミナフトス ルオレセインまたはその誘導体からなる群より選択されることを特徴とする請求 の範囲第10項記載の方法。 12. 前記蛍光染料が、2′,7′−ジメチルロドール、7′−クロロロドール 、セミナフトフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホネート、ピレンテト ラスルホネート、およびピレントリスルホネートからなる群より選択されること を特徴とする請求の範囲第11項記載の方法。 13. 前記ピレントリスルホネート誘導体が、エチレンジアミン、アセチルアジ ド、アミノエチルp−アジドベンズアミド、カダベリン、またはヒドラジドであ ることを特徴とする請求の範囲第12項記載の方法。 14. 前記低誘電媒質が、トルエン、ヘキサン、ブタノール、メタノール、テト ラヒドロフラン、またはこれら液体の2種類以上の組合せからなる群より選択さ れる液体であることを特徴とする請求の範囲第9項記載の方法。 15. 前記低誘電媒質が高分子であることを特徴とする請求の範囲第9項記載の 方法。 16. 前記高分子が、ポリ(ジエン)、ポリ(アルケン)、セルロースまたはセ ルロース誘導体、ポリ(メタクリレート)、ポリ(シロキサン)、ポリ(エステ ル)、またはポリ(カーボネート)であることを特徴とする請求の範囲第15項 記載の方法。 17. 前記低誘電媒質が、該媒質に用いられる高分子と同じかまたは異なる高分 子の層により被覆されることを特徴とする請求の範囲第15項記載の方法。 18. 前記活性化蛍光団が、蛍光を変調する分析物を測定するのに用いられるこ とを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。 19. 前記蛍光団がpH感受性であることを特徴とする請求の範囲第18項記載 の方法。 20. 前記蛍光が、蛍光関連パラメータを測定することにより求められることを 特徴とする請求の範囲第18項記載の方法。 21. 蛍光を変調する分析物を測定する方法であって、 a. 低誘電媒質中に蛍光団および第四オニウム化合物を含ませ、 b. 前記蛍光を測定し、 c. 前記低誘電媒質を前記分析物を含有する溶液にさらし、 d. 前記分析物による蛍光の変化を測定し、 e. 検量線を参照して前記分析物の濃度を求める、 各工程からなることを特徴とする方法。 22. 前記分析物が、前記低誘電媒質を貫通し、前記蛍光を変調するような方法 で活性化された前記蛍光団と相互作用できることを特徴とする請求の範囲第21 項記載の方法。 23. 前記分析物が二酸化炭素または酸素であることを特徴とする請求の範囲第 21項記載の方法。 24. 前記分析物がアンモニアであることを特徴とする請求の範囲第21項記載 の方法。 25. 前記分析物が酵素反応による気体状の副生物であることを特徴とする請求 の範囲第21項記載の方法。 26. a. 光学構成部材の表面に活性化蛍光高分子膜を形成するために、低誘 電高分子膜中の蛍光団および第四オニウム化合物を、入射電磁波および放出電磁 波を透過させる前記光学構成部材の表面に塗布し、 b. 前記活性化蛍光高分子膜中の蛍光を測定し、 c. 該膜を測定すべき分析物にさらし、 d. 該分析物による蛍光の変化を測定する、 ことにより、分析物を測定する光センサ装置。 27. 前記蛍光団および活性化試薬が、前記基質の低誘電媒質中に含まれている ことを特徴とする請求の範囲第26項記載の装置。 28. 光ファイバからなることを特徴とする請求の範囲第26項記載の装置。 29. プレーナ導波管からなることを特徴とする請求の範囲第26項記載の装置 。 30. 消失性波を測定することを特徴とする請求の範囲第26項記載の装置。 31. 2種類以上のセンサを含むことを特徴とする請求の範囲第26項記載の装 置。 32. 蛍光染料および活性化試薬からなる低誘電媒質であって、前記蛍光染料が 、前記媒質中においては蛍光が消光されているが、前記活性化試薬の存在下にお いては蛍光を示すことのできることを特徴とする媒質。 33. 活性化試薬を含む低誘電媒質中の蛍光染料からなる基体上のコーティング であって、前記蛍光染料が前記媒質中においては蛍光が消光されることを特徴と するコーティング。 34. 高分子と染料との溶液をガラス表面上にスピニングし、この溶液から溶媒 を蒸発させることにより作成されることを特徴とする請求の範囲第33項記載の コーティング。
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