(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な手法により高感度かつ高選択的にグリホサートを蛍光検出可能な新規グリホサート検出用センサ材料、及び当該センサ材料を用いたグリホサート検出方法を提供することを提供する。【解決手段】グリホサートＧｌｙＰの存在を蛍光発光型の応答として検出可能な、グリホサート検出用センサ材料であって、π共役系重合体と遷移金属イオンＭとの複合体を含み、π共役系重合体が、主鎖に蛍光発光部位ＦＬを有し、側鎖に遷移金属イオンとの結合部位を有している、センサ材料。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリホサートの存在を蛍光発光型の応答として検出可能な、グリホサート検出用センサ材料であって、
π共役系重合体と遷移金属イオンとの複合体を含み、
前記π共役系重合体が、主鎖に蛍光発光部位を有し、側鎖に前記遷移金属イオンとの結合部位を有している、該センサ材料。
【請求項２】
前記複合体が、グリホサートの非存在下では蛍光発光が抑制されており；グリホサートの存在下では、前記π共役系重合体と前記遷移金属イオンとの結合が解消されることにより蛍光発光を示す、請求項１に記載のセンサ材料。
【請求項３】
前記π共役系重合体が、チオフェン繰り返し単位、フェニレンビニレン繰り返し単位、又はフェニルアセチレン繰り返し単位よりなる主鎖を有するポリマー又はオリゴマーである、請求項１又は２に記載のセンサ材料。
【請求項４】
前記遷移金属イオンとの結合部位が、スペーサー部位を介して前記主鎖に連結している、請求項１〜３のいずれか１に記載のセンサ材料。
【請求項５】
前記スペーサー部位が、置換されていてもよいアルキル鎖である、請求項１〜４のいずれか１に記載のセンサ材料。
【請求項６】
前記遷移金属イオンとの結合部位が、カルボキシル基又はエステル基である、請求項１〜５のいずれか１に記載のセンサ材料。
【請求項７】
前記遷移金属イオンが、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋、Ａｌ３＋、及びＣｄ２＋よりなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか１に記載のセンサ材料。
【請求項８】
前記π共役系重合体が、以下の式を有するチオフェンポリマー又はオリゴマーである、請求項１〜７のいずれか１に記載のセンサ材料：
【化１】
2020197426.tif 000010
（式中、ｎは、１０〜１０００であり；ｍは、４〜６である。）
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載のグリホサート検出用センサ材料を含む、グリホサート検出用デバイス。
【請求項１０】
センサアレイチップ又は電界効果トランジスタである、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１に記載のグリホサート検出用センサ材料を用いて試料中のグリホサートの存在を蛍光応答又は電気的応答として検出する工程を含む、グリホサート検出方法。
【請求項１２】
蛍光イメージング手段を用いて前記蛍光応答を可視化することを特徴とする、請求項１１に記載の検出方法。
【請求項１３】
電界効果トランジスタにより前記電気的応答を検出することを特徴とする、請求項１１に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高感度かつ高選択的にグリホサートを検出可能な新規グリホサート検出用センサ材料、及び当該センサ材料を用いたグリホサート検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グリホサートは、除草剤の有効成分として広範囲に使用されてきた化学物質であるが、その過剰使用による環境影響の問題から、近年では欧州や米国の一部の州において使用が禁止されている。除草剤中のグリホサートは、アンモニウム塩やカリウム塩のような形態で製剤化されるものの、農薬散布後の作物や土壌においては遊離酸として残留する。
【０００３】
従来のグリホサートの検出法としては，高感度に検出できる質量分析装置を用いる手法が一般的であった（例えば、非特許文献１）。しかし，大型の機器分析装置を用いる必要があること、そのため装置の使用における専門知識が求められること、また、測定サンプルの前処置が必要となるなど、簡便な手法とは言い難いものであった。
【０００４】
これに対し、本願の発明者らは、ケモセンサ (光学センサ)を用いるグリホサート検出法として、ナフチルカルボキシレートとチオ尿素及びアミドＮＨ部位を有する低分子化合物を用いる蛍光センシング手法を報告している（非特許文献２）。しかしながら、当該方法では、グリホサートの添加に伴い蛍光応答を示すもの、当該応答が消光型であり、また、検出感度および標的種に対する選択性が低いという課題があった。
【０００５】
また、デンドリマーを用いるグリホサートのセンシングについての報告もあるが、検出感度及び選択性が低く、実用面で十分なものではなかった（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈａｎｋｅ， Ｉ．； Ｓｉｎｇｅｒ， Ｈ．； Ｈｏｌｌｅｎｄｅｒ, Ｊ. ； Ａｎａｌ．Ｂｉｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２００８，３９１，２２６５−２２７６
【非特許文献２】Ｔ. Ｍｉｎａｍｉ ｅｔ ａｌ., Ｊ. Ａｍ. Ｃｈｅｍ. Ｓｏｃ. ２０１４, １３６, １１３９６
【非特許文献３】Ｍ. Ｂｏｎｉｚｚｏｎｉｉ ｅｔ ａｌ., Ｊ. Ａｍ. Ｃｈｅｍ. Ｓｏｃ. ２０１４, １３６, １４２２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、簡便な手法により高感度かつ高選択的にグリホサートを蛍光検出可能な新規グリホサート検出用センサ材料、及び当該センサ材料を用いたグリホサート検出方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、センサ材料としてπ共役系重合体と遷移金属イオンとの複合体を用いることで、グリホサートの存在を蛍光発光型の応答として検出でき、さらに、重合体による多点認識によって高感度かつ高選択性が達成できることを見出した。また、当該センサ材料をアレイ状に配置したチップを用いることで、簡便にグリホサートの定量分析を行うことが可能であることを見出した。加えて、かかるセンサ材料によれば、グリホサートの存在を蛍光応答としてだけでなく、電気的応答として検出できることも見出した。これらの新たな知見に基づき、本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、一態様において、
＜１＞グリホサートの存在を蛍光発光型の応答として検出可能な、グリホサート検出用センサ材料であって、π共役系重合体と遷移金属イオンとの複合体を含み、前記π共役系重合体が、主鎖に蛍光発光部位を有し、側鎖に前記遷移金属イオンとの結合部位を有している、該センサ材料；
＜２＞前記複合体が、グリホサートの非存在下では蛍光発光が抑制されており；グリホサートの存在下では、前記π共役系重合体と前記遷移金属イオンとの結合が解消されることにより蛍光発光を示す、上記＜１＞に記載のセンサ材料；
＜３＞前記π共役系重合体が、チオフェン繰り返し単位、フェニレンビニレン繰り返し単位、又はフェニルアセチレン繰り返し単位よりなる主鎖を有するポリマー又はオリゴマーである、上記＜１＞又は＜２＞に記載のセンサ材料；
＜４＞前記遷移金属イオンとの結合部位が、スペーサー部位を介して前記主鎖に連結している、上記＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記載のセンサ材料；
＜５＞前記スペーサー部位が、置換されていてもよいアルキル鎖である、上記＜１＞〜＜４＞のいずれか１に記載のセンサ材料；
＜６＞前記遷移金属イオンとの結合部位が、カルボキシル基又はエステル基である、上記＜１＞〜＜５＞のいずれか１に記載のセンサ材料；
＜７＞前記遷移金属イオンが、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋、Ａｌ３＋、及びＣｄ２＋よりなる群から選択される、上記＜１＞〜＜６＞のいずれか１に記載のセンサ材料；及び
＜８＞前記π共役系重合体が、以下の式を有するチオフェンポリマー又はオリゴマーである、上記＜１＞〜＜７＞のいずれか１に記載のセンサ材料：
【化１】
2020197426.tif 000003
（式中、ｎは、１０〜１０００であり；ｍは、４〜６である。）
を提供するものである。
【００１０】
別の態様において、本発明は、
＜９＞上記＜１＞〜＜８＞のいずれか１に記載のグリホサート検出用センサ材料を含む、グリホサート検出用デバイス；
＜１０＞センサアレイチップ又は電界効果トランジスタである、上記＜９＞に記載のデバイス；
＜１１＞上記＜１＞〜＜８＞のいずれか１に記載のグリホサート検出用センサ材料を用いて試料中のグリホサートの存在を蛍光応答又は電気的応答として検出する工程を含む、グリホサート検出方法； 
＜１２＞蛍光イメージング手段を用いて前記蛍光応答を可視化することを特徴とする、上記＜１１＞に記載の検出方法；及び
＜１３＞電界効果トランジスタにより前記電気的応答を検出することを特徴とする、請求項１１に記載の検出方法。
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセンサ材料及び検出方法によれば、蛍光発光型の応答によって、高感度かつ高選択的にグリホサートをセンシングすることができる。特に、本発明のセンサ材料を用いる検出では、１０ｐｐｂオーダーでグリホサートを検出することができ、低分子化合物を用いる従来の手法と比べて約１４倍の高感度を提供できる。加えて、グリホサートと類似構造を有する他の分子群に対してほとんど蛍光応答が見られなかったことから、本発明のセンサ材料は、グリホサートに対して特異的な選択性を有する。
【００１２】
また、本発明のセンサ材料をアレイ状に配置したチップを用いることで、従来のような大型の測定機器を用いることなく、簡便な手法により、オンサイトでのグリホサートの定量分析を行うことが可能となる点で、実用面でも非常に有用である。さらに、本発明のセンサ材料を電界効果トランジスタに適用することで、グリホサートの存在を蛍光応答としてだけでなく、電気的応答として検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明のグリホサート検出用センサ材料による検出機構を示す模式図である。
【図２】図２は、実施例１で合成したポリチオフェンに銅を添加した場合の蛍光スペクトル変化を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明のセンサ材料（ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体）にグリホサートを添加した場合の蛍光スペクトル変化を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明のセンサ材料（ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体）にグリホサートを添加した場合の蛍光強度変化についての滴定曲線を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明のセンサ材料（ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体）について、類似化合物群に対するグリホサート選択性を示すグラフである。
【図６】図６は、センサアレイチップを用いた測定系のフローを示す概略図である。
【図７】図７は、線形判別分析 (ＬＤＡ) による半定量分析の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、グリホサートの未知濃度の予測を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明のセンサ材料（ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体）を用いた電解質ゲート電界効果トランジスタ（ＥＧ−ＦＥＴ）デバイスの構造を示すものである。
【図１０】図１０は、図９に示したＥＧ−ＦＥＴデバイスの作製手順である。
【図１１】図１１は、本発明のセンサ材料（ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体）を用いたＥＧ−ＦＥＴデバイスにグリホサートを添加した場合の電流値変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、ＥＧ−ＦＥＴデバイスにおいて、Ｃｕ２＋の有無における電流応答変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。
【００１５】
本発明のグリホサート検出用センサ材料は、
ａ）π共役系重合体と遷移金属イオンとの複合体を含み
ｂ）当該π共役系重合体が、主鎖に蛍光発光部位を有し、側鎖に前記遷移金属イオンとの結合部位を有しており、
ｃ）かかる構成によって、グリホサートの存在を蛍光発光型の応答として検出可能であること
を特徴とするものである。
【００１６】
本発明の検出対象となる「グリホサート」は、末端にリン酸部位が結合したアミノ酸系化合物であり、以下の構造を有する。上述のように、グリホサートは、除草剤の有効成分として広範囲に使用されてきた化学物質であって、除草剤としてはアンモニウム塩やカリウム塩のような形態で製剤化されるものの、農薬散布後の作物や土壌においては遊離酸として存在することが知られている。
【化２】
2020197426.tif 000004
【００１７】
図１に本発明のグリホサート検出用センサ材料による検出機構の模式図を示す。図１の上部に示すように、グリホサート（「ＧｌｙＰ」）の非存在下では、π共役系重合体の側鎖における結合部位に遷移金属イオン（「Ｍ］）が結合することで、主鎖の蛍光発光部位（「ＦＬ」）における蛍光が抑制又は消光された状態となっている。必ずしも理論に拘束されるものではないが、当該蛍光の抑制又は消光は、電子移動，エネルギー移動，スピン−軌道相互作用が複合的に働くことによってもたらされる。
【００１８】
これに対し、図１の下部に示すように、グリホサートの存在下では、当該グリホサートが遷移金属イオンＭと結合し、π共役系重合体と遷移金属イオンＭとの結合が解消される。その結果、蛍光発光部位ＦＬにおける蛍光の抑制又は消光も解消され、蛍光発光部位ＦＬからの蛍光発光が観測されることとなる。かかる機構により、測定資料中におけるグリホサートの存在を蛍光発光型の応答として検出することができる。なお、一般に、Ｃｕ２＋等の遷移金属イオンとグリホサートが結合して複合体を形成し得ることは、文献（Ａ. Ｅ. Ｍａｒｔｅｌｌ ｅｔ ａｌ., Ｉｎｏｒｇ. Ｃｈｉｍ. Ａｃｔａ, １９８９, １６４, ５９）において確認されている。
【００１９】
上述のように、本発明のグリホサート検出用センサ材料におけるπ共役系重合体は、主鎖に蛍光発光部位を有し、側鎖に前記遷移金属イオンとの結合部位を有する。本明細書において「π共役系重合体」とは、モノマー単位が重合してなる重合体であって、その主鎖に沿って共役π電子を有する有機分子である。当該π共役系重合体には、ポリマーだけでなく、オリゴマーも含まれる。かかる重合体構造を用いることにより、多点認識による選択性の向上（ワイヤー効果）がもたらされる。
【００２０】
π共役系重合体の主鎖における「蛍光発光部位」（図1中の「ＦＬ」）は、励起光の照射により蛍光を発光することができる化学構造であれば特に限定されないが、上述のように、側鎖に遷移金属イオンが結合することによって蛍光の抑制又は消光が生じるものである。かかる蛍光発光部位を有するπ共役系重合体の具体例としては、チオフェン、フェニレンビニレン、フェニレンアセチレン、フラン、ピロール、及びそれらの誘導体を含むモノマーが重合してなる重合体を挙げることができる。当該π共役系重合体がポリマーである場合、その主鎖は、例えば、ポリチオフェン骨格、ポリフェニレンビニレン骨格、ポリフェニレンアセチレン骨格、ポリフラン骨格、又はポリピロール骨格を有するものを挙げることができる。これら以外の主鎖よりなるπ共役系重合体であってもよい。
【００２１】
π共役系重合体の側鎖における「遷移金属イオンとの結合部位」は、遷移金属イオンと錯形成等を介して結合し得る官能基を有するものである。かかる官能基は、好ましくは、カルボキシル基又はエステル基である。上述のように、当該結合部位と遷移金属イオンとの結合によって、上記蛍光発光部位における蛍光が抑制又は消光されることとなる。
【００２２】
π共役系重合体の側鎖に結合する遷移金属イオン（図１中の「Ｍ」）としては、好ましくは、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋、Ａｌ３＋、及びＣｄ２＋よりなる群から選択されるものである。より好ましくは、Ｃｕ２＋である。
【００２３】
好ましい態様において、π共役系重合体の側鎖における結合部位は、任意のスペーサー部位を介して主鎖に連結することができる。かかるスペーサー部位は、好ましくは、置換されていてもよいアルキル鎖である。
【００２４】
本明細書中において、「アルキル」は、直鎖状、分枝鎖状、環状、又はそれらの組み合わせからなる脂肪族炭化水素基のいずれであってもよい。アルキル基の炭素数は特に限定されないが、例えば、炭素数１〜６個（Ｃ１〜６）、炭素数１〜１０個（Ｃ１〜１０）、炭素数１〜１５個（Ｃ１〜１５）、炭素数１〜２０個（Ｃ１〜２０）である。また、本明細書において、ある官能基について「置換されていてもよい」と定義されている場合には、置換基の種類、置換位置、及び置換基の個数は特に限定されず、２個以上の置換基を有する場合には、それらは同一でも異なっていてもよい。置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、カルボキシル基、ハロゲン原子、スルホ基、モノ若しくはジ置換アミノ基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アシル基などを挙げることができるが、これらに限定されることはない。これらの置換基にはさらに置換基が存在していてもよい。このような例として、例えば、ハロゲン化アルキル基、ジアルキルアミノ基などを挙げることができるが、これらに限定されることはない。
【００２５】
本発明のグリホサート検出用センサ材料におけるπ共役系重合体の非限定的な具体例としては、以下の式を有するチオフェンポリマー又はオリゴマーを挙げることができる。
【化３】
2020197426.tif 000005
【００２６】
当該式で表されるπ共役系重合体では、蛍光発光部位は、チオフェンであり、遷移金属イオンとの結合部位は、直鎖アルキル鎖をスペーサーとするカルボキシル基である。
【００２７】
式中、ｎは、１０〜１０００であり；ｍは、４〜６である。好ましくは、ｍは、４又は５である。
【００２８】
本発明で用いられるπ共役系重合体は、好ましくは１万〜５万、より好ましくは２万〜３万の重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。
【００２９】
本発明で用いられるπ共役系重合体の合成方法としては、当該技術分野において公知の方法を用いることが可能である。例えば、公知のカップリング重合を用いることが可能であり、かかるカップリング反応としては、スズキカップリング、クマダカップリング、ネギシカップリング、スティレカップリング、ソノガシラカップリングなどを挙げることができる。
【００３０】
なお、本発明のグリホサート検出用センサ材料には、上述のπ共役系重合体以外の構造の重合体を含有してもよい。その割合は、２０重量％以下であることが好ましい。
【００３１】
別の態様において、本発明は、上述のグリホサート検出用センサ材料を含む、グリホサート検出用デバイスにも関する。かかるデバイスの例としては、当該センサ材料をアレイ状に並べたセンサアレイチップを挙げることができる。例えば、複数のマイクロウェルを有するチップにおいて、本発明のグリホサート検出用センサ材料をハイドロゲル等の担持材料中に固定化することで、当該センサアレイチップを作成することができる。かかるセンサアレイチップを用いることにより、複数のサンプル試料を同時に測定可能であり、繰り返し使用できるという利点が提供される。また、センサアレイチップにより軽量化・小型化できるため、持ち運びが可能であり、場所を選ばずに使用可能となるという利点も得られる。
【００３２】
また、グリホサート検出用デバイスの一態様としては、電界効果トランジスタを挙げることができる。この場合、電界効果トランジスタにおける半導体ポリマーとして上述のグリホサート検出用センサ材料を用いることで、グリホサートの存在を電気的応答（電流値変化あるいは閾値電圧シフト）として検出することが可能となる。これは本発明のグリホサート検出用センサ材料がπ共役系重合体であることから、導電性ポリマーとして機能することを利用した検出手法である。かかる電界効果トランジスタは、好ましくは、電解質ゲート電界効果トランジスタ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ−Ｇａｔｅｄ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を挙げることができる。
【００３３】
本発明のグリホサート検出用デバイスには、必要に応じてセンサ材料以外の試薬等を適宜含んでいてもよい。例えば、添加剤として、溶解補助剤、ｐＨ調節剤、緩衝剤、等張化剤などの添加剤を用いることができ、これらの配合量は当業者に適宜選択可能である。
【００３４】
さらなる態様において、本発明は、上述のグリホサート検出用センサ材料を用いて試料中のグリホサートの存在を蛍光応答又は電気的応答として検出する工程を含む、グリホサート検出方法にも関する。かかる検出方法には、上述のグリホサート検出用デバイスを用いることができる。本明細書において「検出」という用語は、定量、定性など種々の目的の測定を含めて最も広義に解釈されるべきである。
【００３５】
また、サンプル試料への光照射は、光を直接或いは導波管（光ファイバー等）を介して照射することができる。光源としては、π共役系重合体における蛍光発光部位の吸収波長を含む光を照射できるものであれば、任意の光源を用いることができ、本発明の検出方法を実施する環境等に応じて適宜選択され得る。
【００３６】
本発明のグリホサート検出方法では、蛍光応答を観測する手段として、広い測定波長を有する蛍光光度計を用いることができるが、好ましくは、蛍光応答を２次元画像として表示可能な蛍光イメージング手段を用いて可視化することもできる。蛍光イメージングの手段を用いることによって、蛍光応答を二次元で可視化できるため、グリホサートを瞬時に視認することができ、迅速かつ定量的な検出が可能となる。かかる蛍光イメージング装置としては、当該技術分野において公知の装置を用いることができるが、例えば、ＣＣＤカメラのような撮像装置を用いることができる。
【００３７】
また、好ましい態様において、得られた蛍光イメージング画像について、画像パターン認識を用いて線形判別分析等の半定量分析を行うことで、未知濃度のグリホサートを含有するサンプル試料について濃度を判別・予測することもできる。
【００３８】
上述のように、電界効果トランジスタを用いることで、試料中のグリホサートの存在を電気的応答（電流値変化あるいは閾値電圧シフト）として検出することもできる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【実施例１】
【００４０】
１．結合部位を有するπ共役系重合体の合成
π共役系重合体として、以下の構造を有するポリチオフェン誘導体の合成を行った。
【化４】
2020197426.tif 000006
【００４１】
以下の反応スキームに従って、ｍ＝５のアルキル鎖長を有するポリチオフェン誘導体（化合物４）の合成を行った。ｍ＝４のポリチオフェン誘導体についても同様に合成した。
【化５】
2020197426.tif 000007
【００４２】
ethyl 3-(2,5-dibromothienyl) hexanoate (2)の合成
滴下漏斗と連結させた丸底フラスコ内にethyl 3-thienylhexanoate (1) を移し,ジクロロメタン(CH2Cl2)を加えた。滴下漏斗には, 臭素(Br2)とCH2Cl2を充填した(Br2/CH2Cl2)。次に, 室温で攪拌しながら, Br2/CH2Cl2を徐々に添加した。臭素化は, Br2/CH2Cl2の添加が終了してから10分後に完了した。反応溶液に飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液を添加することで反応を停止し, 有機層(CH2Cl2層)を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と食塩水で洗浄した(分液操作)。粗生成物を高減圧下により蒸留し, ethyl 3-(2,5-dibromothienyl)hexanoate (2)を得た。
【００４３】
poly [3-(ethylhexanoate) thiophene-2,5-diyl](3) の合成
亜鉛を丸底フラスコに移し, 氷浴中で冷却した。0℃で攪拌させながら, 2をカニューレにより添加した。得られた混合液は0℃で攪拌し, 酸化的付加反応は1時間で完了した。攪拌を止め, 上澄みの有機亜鉛を重合に用いた。
丸底フラスコ中に, Ni(dppe)Cl2 *を移し, THFを加えた。次に, 得られた触媒溶液(Ni(dppe)Cl2/THF)を攪拌しながら, 上記の有機亜鉛をカニューレにより添加した。室温で48時間攪拌したのち, 反応液をメタノールに添加することで沈殿物を得た。ポリマーは濾過し, メタノールにより洗浄した。ヘキサンを用いてソックスレー抽出することで,ポリマー(3)を得た。
* Ni(dppe)Cl2: 1,2-Bis(diphenylphosphino)ethane]dichloronickel(II) 
【００４４】
poly(thiophene-3-hexanoic acid)(4) の合成
ポリマー3を丸底フラスコに移し, THFを加えポリマーを溶解させた。得られた溶液に, KOH水溶液を加えた。得られた混合液は攪拌しながら加熱還流を行い, 一晩加熱還流を行った後, 室温まで冷却した。次に, 3M 塩酸を添加することで沈殿物を析出させた。沈殿物を濾過, 水で洗浄し, 減圧下で乾燥させた。得られたポリマーをクロロホルムで24時間ソックスレー抽出し, 乾燥することで目的ポリマー(4)を得た。
【実施例２】
【００４５】
２．複合体の蛍光挙動
実施例１で合成したポリチオフェンに、各種金属を添加し、ポリチオフェンと遷移金属との複合体形成に伴う蛍光スペクトル変化を測定した。ポリチオフェンは１０μＭとし、遷移金属を０〜３μＭの範囲で変化させた。
【００４６】
図２に、ポリチオフェン溶液に過塩素酸銅(Ｃｕ（ＣｌＯ４）２)溶液を添加した場合の蛍光スペクトルを示す。Ｃｕ２＋の添加に伴い６００ｎｍ付近にピークを有する蛍光強度が減少することが分かった。これは、ポリチオフェン側鎖のカルボキシル基にＣｕ２＋が結合して複合体が形成された結果、チオフェン由来の蛍光発光が消光されることを示すものである。
【００４７】
銅以外の金属についても同様の実験を行い、消光の程度を表すスタンボルマー定数（Ｋｓv）を算出した結果を以下の表に示す。Ｃｕ２＋が最も強い消光挙動を示すことが分かった。
【表１】
2020197426.tif 000008
【実施例３】
【００４８】
３．蛍光滴定実験
実施例１で合成したポリチオフェンとＣｕ２＋との複合体にグリホサートを添加した際の、蛍光変化の測定を行った。
【００４９】
実施例１で得られたポリチオフェン溶液（１０μＭ/モノマーユニット）に、過塩素酸銅溶液（２μＭ）を添加し、ポリチオフェン側鎖のカルボキシル基にＣｕ２＋が結合した複合体（「ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体」）を形成させた。ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体を含む溶液にグリホサート（０〜３μＭ）を含む溶液を０.０６６ｍＬ添加し、蛍光強度の変化を観測した。得られた蛍光スペクトルを図３に示す。励起波長は４８０ｎｍである。
【００５０】
図３に示すように、ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体のみの場合には６００ｎｍ付近にピークを有する蛍光が消光されているのに対し、グリホサートの濃度増加に伴い蛍光強度が上昇し、蛍光発光応答が観測された。
【００５１】
また、図４に示す滴定曲線から、グリホサートの検出感度は１４ ｐｐｂと算出された。これは、従来の低分子型センサを用いた場合の検出感度である２００ ｐｐｂ（Ｔ. Ｍｉｎａｍｉ ｅｔ ａｌ., Ｊ. Ａｍ. Ｃｈｅｍ. Ｓｏｃ. ２０１４, １３６, １１３９６）をはるかに上回る値であった。
【実施例４】
【００５２】
４．選択性の検討
本発明のＰＴ−Ｃｕ２＋複合体によるグリホサート応答の選択性を検証するため、グリホサートと類似の構造を有する化合物群について、実施例２と同様に蛍光変化の測定を行った。測定には、以下の化合物群を用いた。ポリチオフェン：１０μｍ、Ｃｕ２＋：２μｍ、化合物濃度：１μｍの条件で行った。励起波長は４８０ｎｍである。
【化６】
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【００５３】
各化合物について得られた蛍光強度変化の最大値を図５のグラフに示す。この結果、グリホサートの場合の強い蛍光応答を示し、本発明のＰＴ−Ｃｕ２＋複合体がグリホサートに対して高い選択性を有することが分かった。
【実施例５】
【００５４】
５．センサチップアレイの作製 
次いで、４０５マイクロウェルアレイを用いて、本発明のＰＴ−Ｃｕ２＋複合体を固定化したセンサアレイチップを作製し，迅速かつ定量的なグリホサート検出を行った。複合体はハイドロゲルを用いて固定化し、チップの作製にはロボティックディスペンサーを用いた。これにより、バラつきを抑制しながら大量生産が可能となる。
【００５５】
作製したチップにおけるグリホサート蛍光応答をカメラで撮影し、パターン認識による定量分析を行った。測定系の概要を図６に示す。濃度を判別するため，線形判別分析 (ＬＤＡ) による半定量分析を行った結果、２８回の繰り返し測定において０．０から３３．８ ｐｐｍの範囲において、サンプル中のグリホサート濃度を正しく判別することができた （図７）。さらに、未知濃度の予測をサポートベクターマシーン (ＳＶＭ) を用いて行ったところ、２種類の濃度を正しく予測することができた (図８)。
【実施例６】
【００５６】
６．電界効果トランジスタの作製 
本発明のＰＴ−Ｃｕ２＋複合体を用いた電解質ゲート電界効果トランジスタ（ＥＧ−ＦＥＴ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ−Ｇａｔｅｄ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を構築し、電気的な応答によるグリホサート検出を検証した。
【００５７】
導電性ポリマーであるＰＴ−Ｃｕ２＋複合体を半導体ポリマー層として適用し、図９に示す電界効果トランジスタ（ＥＧ−ＦＥＴ）デバイスを作製した。作成手順は図１０に示すとおりである。
【００５８】
図１１に示すように、作製したＥＧ−ＦＥＴデバイスにグリホサートを添加することで電流値変化が観測され、グリホサートの存在を電気的応答として検出できることが分かった。
【００５９】
また、Ｃｕ２＋の有無における電流応答変化に基づく滴定曲線を図１２に示す。図１２に示されているように、Ｃｕ２＋が存在しない場合には、グリホサートを添加しても電流値がほとんど変化しないのに対し、Ｃｕ２＋が存在する場合（すなわち、ＰＴ−Ｃｕ２＋複合体の場合）には、高感度でグリホサートに対する応答が得られることが分かった。
【００６０】
以上の結果は、π共役系重合体と遷移金属イオンとの複合体を含む本発明のセンサ材料によって、高感度かつ高選択的なグリホサート検出が達成できることを実証するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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