(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
式：
0003713049.tif 000007
〔式中、R及びR'は同じであっても異なっていてもよく、2,2'-ビピリジル、4,4'-二置換-2,2'-ビピリジル、5,5'-二置換-2,2'-ビピリジル、1,10-フェナントロリニル、4,7-二置換-1,10-フェナントロリニル、又は5,6-二置換-1,10-フェナントロリニルであって、この二置換はメチル基、エチル基、又はフェニル基であり、
R及びR'はそれらの窒素原子でOsに配位し、
R″は水素、メチル、又はエチルであり、
Zはクロロ又はブロモであり、
mは+1又は+2であり、
Xはアニオンであって、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンであり、
Yはアニオンであって、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、又は硝酸イオンであり、
nは１又はゼロであるが、
Xが硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンの場合は、nはゼロであり、
mが１の場合は、nはゼロであり、かつXは硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンではない〕
を有する、水への溶解度が１ミリモル／リットルを超える化合物。
【請求項２】
体液サンプル中の分析対象物質を測定する電気化学的デバイス用の試薬であって、
請求項１に記載の式〔式中、mは+2である〕を有するレドックスメディエーター及び酵素を含み、
該レドックスメディエーターは、酵素、分析対象物質、及びレドックスメディエーターが関与する反応によって還元され、しかも還元型の該レドックスメディエーターの酸化が体液サンプル中の分析対象物質の濃度に相関する電流を発生し、該酵素は、酵素、分析対象物質、及びレドックスメディエーターが関与する反応を触媒する、前記試薬。
【請求項３】
体液サンプル中の分析対象物質を測定する電気化学的デバイス用の試薬であって、
請求項１に記載の式〔式中、mは+1である〕を有するレドックスメディエーター、酵素、及び緩衝剤を含み、該レドックスメディエーターは、酵素、分析対象物質、及びレドックスメディエーターが関与する反応によって酸化され、しかも酸化型の該レドックスメディエーターの還元が体液サンプル中の分析対象物質の濃度に相関する電流を発生し、該酵素は、酵素、分析対象物質、及びレドックスメディエーターが関与する反応を触媒し、該緩衝剤は、酸化型の該レドックスメディエーターよりも低い還元電位を有し、しかも該緩衝剤は、該酵素が、酵素、分析対象物質、及びレドックスメディエーターの関与する反応を触媒する際のpHを提供しかつ保持する、前記試薬。
【請求項４】
体液サンプル中のグルコースを測定する電気化学的デバイス中で使用するための試薬であって、
請求項１に記載の式〔式中、mは+2である〕を有するレドックスメディエーター少なくとも150ミリモル／リットルと、
pH4.25〜5.5の3-スルホ安息香酸150ミリモル／リットルと、
Triton X-100（登録商標）界面活性剤0.01〜0.1%（重量基準）と、
試薬１ミリリットルあたり3,000単位のグルコースオキシダーゼと、
を含む前記試薬。
【請求項５】
体液サンプル中のグルコースを測定する電気化学的デバイス中で使用するための試薬であって、乾燥前に、
ポリマーマトリックス、グルコースオキシダーゼ、及び請求項１に記載の式〔式中、mは+1である〕を有するレドックスメディエーターから成る混合物（ポリマーマトリックス１ミリリットルあたり、レドックスメディエーター７マイクロモル、グルコースオキシダーゼ6,000単位の比で）を含み、
該ポリマーマトリックスは100ミリモル／リットルの2-（N-モルホリノ）エタンスルホン酸、0.02%（重量基準）のTriton X-100（登録商標）界面活性剤、及び1%（重量基準）のポリビニルアルコールを含有し、かつ該ポリマーマトリックスのpHが6.55である、前記試薬。
【請求項６】
体液サンプル中のグリセロールを測定する電気化学的デバイス中で使用するための試薬であって、乾燥前に、
緩衝ポリマーマトリックス、グリセロール-3-リン酸オキシダーゼ、グリセロールキナーゼ、及び請求項１に記載の式〔式中、mは+1である〕を有するレドックスメディエーターから成る混合物（緩衝ポリマーマトリックス１ミリリットルあたり、1,333単位のグリセロール-3-リン酸オキシダーゼ、3,333単位のグリセロールキナーゼ、4.7マイクロモルのレドックスメディエーターの比で）を含み、
該緩衝ポリマーマトリックスは150ミリモル／リットルのN-2-ヒドロキシエチルピペラジン-N'-2-エタンスルホン酸、20ミリモル／リットルの硫酸マグネシウム、1%（重量基準）のポリビニルアルコール、及び15ミリモル／リットルのアデノシン三リン酸を含有し、かつ該緩衝ポリマーマトリックスのpHが８である、前記試薬。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、レドックスメディエーター、特に電気化学的バイオセンサーに有用なレドックスメディエーターに関する。
発明の背景
レドックスメディエーター（電子伝達剤）は、グルコース、コレステロール、フルクトース、ガラクトース、ナイトレート、スルフィド、ビリルビン、及び種々のアミノ酸などの分析対象物質の診断検査に使用される電気化学的バイオセンサーの中で広範に利用されてきた。レドックスメディエーターの役割は、分析対象物質に特異的な酵素（例えば、測定される分析対象物質がグルコースの場合は、グルコースオキシダーゼ）からバイオセンサーの電極表面まで十分に電子を移動させることである。これは電気化学的バイオセンサーをうまく機能させるために不可欠な要因である。しかしながら、電気化学的バイオセンサーの中で利用されるレドックスメディエーターの中には、測定されるサンプル中に存在する電気活性種により著しく妨害を受けるものが多い。妨害物質としては、アスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェン、及びビリルビンが挙げられる。これらの電気活性種の妨害を最小限に抑えることが、電気化学的バイオセンサーの研究において厄介な問題となっている。
発明の概要
本発明は、次式を有する新しいグループの化合物である：
0003713049.tif 000002
〔式中、R及びR'は同じであっても異なっていてもよく、2,2'-ビピリジル、4,4'-二置換-2,2'-ビピリジル、5,5'-二置換-2,2'-ビピリジル、1,10-フェナントロリニル、4,7-二置換-1,10-フェナントロリニル、又は5,6-二置換-1,10-フェナントロリニルであって、この二置換はメチル基、エチル基、又はフェニル基であり、
R及びR'はそれらの窒素原子でOsに配位し、
R"は水素、メチル、又はエチルであり、
Zはクロロ又はブロモであり、
Mは+1又は+2であり、
Xはアニオンであって、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンであり、
Yはアニオンであって、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、又は硝酸イオンであり、
Nは1又はゼロであるが、
Xが硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンの場合は、Nはゼロであり、
Mが1の場合は、Nはゼロであり、かつXは硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンではなく、
更に、該化合物の水への溶解度は約1ミリモル／リットル(mM)を超えるものとする〕。
これらの化合物は、電気化学的バイオセンサーのレドックスメディエーターとして有用である。（レドックスメディエーターはまた、電子伝達剤又は電子伝達メディエーターとも呼ばれる。）本発明の化合物は、1）酸化電位が低い（好ましくはE1/2が銀／塩化銀(Ag/AgCl)参照電極に対して約0ミリボルト(mV)〜約150ミリボルト(mV)である）、2）酵素の電気活性中心と該化合物との反応が速い、3）酸素によるオスミウムの酸化が遅い、並びに4）全血又は血清などの水性媒体への溶解性が優れているという重要かつ独特な性質を兼ね備えている。これらの四つの特性のうちのいくつかが欠けると、その化合物は、グルコースなどの血液分析対象物質の検出用又は測定用にデザインされた電気化学的バイオセンサー中での性能が低下することになり、本発明の範囲には入らない。
本発明の化合物は酸化電位が低いので、ビリルビン、アセトアミノフェン、アスコルビン酸、及び尿酸などの電気活性種による妨害が少ない電位において電気化学的バイオセンサーを作動させることができる。
酵素の電気活性中心と本発明の化合物との反応が速いので、該化合物は、酵素のレドックス中心からの電子の捕獲に関して妨害種と効率的に競合することができる。例えば、血液サンプル中のグルコースの測定で、グルコースオキシダーゼ（GOD）を酵素として利用してグルコースの酸化を促進する場合、血液サンプル中の酸素が、GODのレドックス中心（GODのフラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）部分）からの電子の捕獲に関してレドックスメディエーターと競合する可能性がある。本発明の化合物は、GODのFAD部分との反応が十分に速いので、酸素との競合が少なく、場合によってはそれが問題とならないこともある。
電気化学的アッセイにおいて、分子状酸素（生理学的サンプル中に存在する）によりレドックスメディエーターが酸化を受けると、アッセイの誤差を生じる。この誤差は、本発明の化合物に関しては問題とならない。なぜなら、酸素による該化合物の酸化は非常に遅いからである。
電気化学的バイオセンサーに使用されるレドックスメディエーターは、水性媒体によく溶解することが重要である。なぜらなら、全血又は血清などの重要な分析サンプルの多くは、水を主成分とするからである。本発明の化合物は、水性媒体に対する優れた溶解性を有する。
【図面の簡単な説明】
図1は、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕のサイクリックボルタンモグラムである。
図2は、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはN-メチルイミダゾイルである〕のサイクリックボルタンモグラムである。
図3は、本発明で使用可能なバイオセンサーの対電極の構成を表している。
図4は、本発明で使用可能なバイオセンサーの作用電極及び対電極の構成を表している。
図5は、グルコースオキシダーゼの電気活性中心と本発明の二つの化合物との速い反応を示している。
図6は、本発明の化合物を用いて行ったグルコースアッセイにおけるヘマトクリット値の減少効果を表している。
発明の説明
本発明は重要な新しいクラスのレドックスメディエーターであり、電気化学的バイオセンサーに有用である。この化合物は次の化学式を有する：
0003713049.tif 000003
〔式中、R及びR'は同じであっても異なっていてもよく、2,2'-ビピリジル、4,4'-二置換-2,2'-ビピリジル、5,5'-二置換-2,2'-ビピリジル、1,10-フェナントロリニル、4,7-二置換-1,10-フェナントロリニル、又は5,6-二置換-1,10-フェナントロリニルであって、この二置換はメチル基、エチル基、又はフェニル基であり、
R及びR'はそれらの窒素原子でOsに配位し、
R"は水素、メチル、又はエチルであり、
Zはクロロ又はブロモであり、
Mは+1又は+2であり、
Xはアニオンであって、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンであり、
Yはアニオンであって、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、又は硝酸イオンであり、
Nは1又はゼロであるが、
Xが硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンの場合は、nはゼロであり、
Mが1の場合は、nはゼロであり、かつXは硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオンではなく、
更に、該化合物の水への溶解度は約1ミリモル／リットル(mM)を超えるものとする〕。
これらの化合物は次のような有利な特性を兼ね備えている：1）酸化電位が低い、2）酵素の電気活性中心と該化合物（レドックスメディエーター）との反応が速い、3）酸素によるオスミウムの酸化が遅い、並びに4）水性媒体への溶解性が優れている。
本発明の化合物は、1994年2月22日発行のPollmannらの米国特許第5,288,636号、1992年6月9日発行のNankaiらの米国特許第5,120,420号、1990年1月30日発行のNankaiらの米国特許第4,897,173号、1992年8月25日発行のShanksらの米国特許第5,141,868号、及び1992年12月15日発行のKawaguriらの米国特許第5,171,689号に記載の発明の中のレドックスメディエーターとして有用である。これらの特許の開示内容は、引用により本明細書に含まれるものとする。
化合物の合成
本発明の化合物は、フローチャート形式で示される以下の一般スキームにより合成することができる。
0003713049.tif 000004
Z＝クロロ又はブロモ
im＝イミダゾール、N-メチルイミダゾール、又はN-エチルイミダゾール
X＝塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、又は亜硫酸イオン
Y＝塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン、又は硝酸イオン
HX及びHYはX及びYの酸型を表す
*NOBF4の代わりにNOCl又は(NO)2SO4を用いて、BF4Yの他にそれぞれClY対イオン又はSO4対イオンを有する生成物を得ることもできる。
上記のフローチャートに示される化合物の合成について、以下の順に以下の見出しで説明する。
I．R及びR'配位子の合成（又は市販品としての入手可能性）
A.市販品として入手可能なR及びR'配位子
B．4,4'-ジエチル-2,2'-ビピリジン
C．5,5'-ジメチル-2,2'-ビピリジン
D．5,5'-ジエチル-2,2'-ビピリジン；及び5,5'-ジフェニル-2,2'-ビピリジン
E．4,7-ジエチル-1,10-フェナントロリン
F．5,6-ジエチル-1,10-フェナントロリン
G．5,6-ジフェニル-1,10-フェナントロリン
II．Os(R)(R')Z2の合成
A．Os(R)(R')Cl2
B．Os(R)(R')Br2
III．[Os(II)(R)(R')imZ]Yの合成
A．[Os(II)(R)(R')imZ]Cl
B．[Os(II)(R)(R')imZ]Br
C．N-メチルイミダゾール及びN-メチルイミダゾールの類似体
D.対イオンの交換
E．[Os(II)(R)(R')imZ]Yの合成の別法
IV．[Os(III)(R)(R')imZ]+2XYnの合成
A．[Os(III)(R)(R')imZ]+2BF4Y；
[Os(III)(R)(R')imZ]+2SO4；及び
[Os(III)(R)(R')imZ]+2ClY
B.対イオンの交換
C.他の酸化方法
I．R及びR'配位子の合成（又は市販品としての入手可能性）
A.市販品として入手可能なR及びR'配位子
以下のR及びR'化合物は、Aldrich Chemical Co.から市販品として入手可能である：2,2'-ビピリジン；4,4'-ジメチル-2,2'-ビピリジン；4,4'-ジフェニル-2,2'-ビピリジン；1,10-フェナントロリン；4,7-ジメチル-1,10-フェナントロリン；4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン；及び5,6-ジメチル-1,10-フェナントロリン。
他のR及びR'化合物は、以下に示すように合成することができる。
B.4,4'-ジエチル-2,2'-ビピリジン
4,4'-ジエチル-2,2'-ビピリジンは、Rosevear et. al., Journal of Heterocyclic Chemistry, vol. 8, pp 483-485（1971）に記載の手順に従って合成することができる。この開示内容は、引用により本明細書中に含まれるものとする。
5%又は10%パラジウム担持炭素触媒1グラム(g)及び4-エチルピリジン25ミリリットル(ml)を、攪拌しながら還流下で3日間加熱した。（この他に、5%白金担持炭素又は5%ロジウム担持炭素を触媒として使用することができる。）反応混合物を沸騰しているベンゼンで処理し、濾過し、蒸留してベンゼン、4-エチルピリジン、及び4,4'-ジエチル-2,2'-ビピリジンを得る。
C.5,5'-ジメチル-2,2'-ビピリジン
5,5'-ジメチル-2,2'-ビピリジンは、Case, J. Am. Chem. Soc., vol. 68, pp 2574-2577（1946）に記載の手順に従って合成することができる。この開示内容は、引用により本明細書中に含まれるものとする。
最初に、2-ブロモ-5-メチルピリジンを以下のようにを調製する。
5-メチル-2-ピリドン55g及び三臭化リン180gの混合物を、180℃〜190℃において3時間加熱する。冷却後、フラスコの内容物を氷水を用いて分解し、水酸化ナトリウムを用いてアルカリ性にし、エーテルで抽出する。エーテルを除去した後、残渣を減圧蒸留する。再蒸留が必要な場合もある。
2-ブロモ-5-メチルピリジンはまた、Craig（Craig, J. Am. Chem. Soc., vol. 56, pp 232（1934）：この開示内容は、引用により本明細書中に含まれるものとする）の方法によって以下のように調製することもできる。
2-アミノ-5-メチルピリジン12gを47%臭化水素酸70ミリリットル(ml)に溶解した溶液に、臭素17mlを添加する。次に、亜硝酸ナトリウム21gを水30mlに溶解した溶液を、反応がほぼ終了するまで温度を5℃未満に保ちながら少しずつ添加する。この際、反応終了付近で温度が自然に約10℃まで上昇する。次に、水酸化ナトリウム45gを水115mlに溶解した溶液を、温度を25℃未満に保ちながら添加する。生成した油をエーテルで抽出し、減圧下で蒸留する。大気圧下で生成物を再蒸留してもよい。
5,5'-ジメチル-2,2'-ビピリジンは、以下のように2-ブロモ-5-メチルピリジンから調製することができる。
2-ブロモ-5-メチルピリジン18.5g及び銅粉末29gの混合物を220℃まで加熱し、3/4時間かけて240℃まで徐々に温度を上げる。冷却後、反応混合物を希塩酸で抽出し、水酸化ナトリウム−水酸化アンモニウムの混合物でアルカリ性にし、エーテルで抽出する。エーテルは、ロータリーエバポレーターで除去できる。
D.5,5'-ジエチル-2,2'-ビピリジン；及び5,5'-ジフェニル-2,2'-ビピリジン
同様に、5,5'-ジエチル-2,2'-ビピリジン；及び5,5'-ジフェニル-2,2'-ビピリジンは、5,5'-ジメチル-2,2'-ビピリジンに対して上述したものと同じ手順を使用し、上記手順において適切なピリドン及びピリジン化合物を代わりに用いることによって調製することができる（例えば、先に引用した手順において5-エチル-2-ピリドン又は2-アミノ-5-エチルピリジンを代わりに用いて2-ブロモ-5-エチルピリジンを調製し、次にこれを加熱条件下で銅と反応させて5,5'-ジエチル-2,2'-ビピリジンを調製する）。
E.4,7-ジエチル-1,10-フェナントロリン
4,7-ジエチル-1,10-フェナントロリンは、以下のように調製することができる。o-ニトロアニリン1モル量、ヒ酸1/2水和物1モル、96.8%硫酸溶液4モル、及び使用する硫酸の容量の1/3に相当する容量の水の混合物を、攪拌しながら100℃まで加熱し、温度が140℃を超えないような速度で1-クロロ-3-ペンタノン（Aldrich Chemical Co., Inc.から入手可能）2モルを用いて処理する。この温度において2時間加熱を継続する。次に、この混合物を水に注ぎ、アルカリ性にし、沈殿を濾別する。濾液及び沈殿をいずれも熱ベンゼンで抽出する。溶剤を除去した後、生成した4-エチル-8-ニトロキノリンをベンゼン-石油エーテルより結晶化させる。
4-エチル-8-ニトロキノリンの他の調製方法は、以下の通りである。
o-ニトロアニリン1モル量、ヒ酸1/2水和物2モル、及び85%リン酸（o-ニトロアニリン0.1モルあたり100ml）を、攪拌しながら100℃まで加熱し、温度が105℃を超えないような速度で1-クロロ-3-ペンタノン（1.3モル）を滴下する。この温度を更に0.5時間保つ。次に、反応混合物を氷の上に注ぎ、濃水酸化アンモニウムを用いて中和する。生成した沈殿及び濾液を熱ベンゼンで抽出し、抽出物を合わせて蒸発乾固させる。得られた4-エチル-8-ニトロキノリンをベンゼン−石油エーテルより再結晶する。
次のようにアダムス（Adams）触媒を用いて接触還元することによって、4-エチル-8-ニトロキノリンを4-エチル-8-アミノキノリンに還元する。即ち、4-エチル-8-ニトロキノリン0.05モルを精留スピリット（エチルアルコール）100mlに溶解した溶液をアダムス触媒（酸化白金(IV)、Aldrich Chemical Co., Inc.から入手可能）と共に水素化用フラスコ中に入れ、水素中で振盪する。理論容量の水素を吸収させた後、吸引濾過して白金を除き、精留スピリットで反応容器を洗浄する。濾液と洗液を合わせ、水浴中でアルコールをエバポレートする。粗製の残渣を精留スピリットに溶解し、少量の脱色用木炭を添加し、沸騰させ、濾過する。濾液を加熱して沸騰させ、熱水を添加して結晶化を起こさせ、冷却する。
次に、4-エチル-8-ニトロキノリンの調製に関して先に明記したものと同じ手順を使用し、o-ニトロアニリンの代わりに4-エチル-8-アミノキノリンを用いて4,7-ジエチル-1,10-フェナントロリンを調製することができる。
F.5,6-ジエチル-1,10-フェナントロリン
5,6-ジエチル-1,10-フェナントロリンは、以下の手順により調製することができる。
発煙硝酸（比重1.59〜1.60）175ml及び氷酢酸87.5mlの混合物を、10℃まで冷却する。この溶液を激しく攪拌しながら、温度を10〜20℃に保つ速度でo-ジエチルベンゼン50gを添加する。o-ジエチルベンゼンを全部添加した後、同じ温度で45分間攪拌を継続する。次に、反応混合物を1リットルの氷水に注ぐ。粗製のニトロ化合物を4×125ml量のエーテルで抽出し、エーテル抽出物を3×50ml量の水で洗浄し、次に6×50ml量の10%水酸化ナトリウム溶液で（反応液がアルカリ性になるまで）洗浄し、再度3×50ml量の水で洗浄する。その後、無水硫酸ナトリウムを用いてエーテル抽出物を脱水し、溶剤を除去する。圧力10mmHgのクライゼンフラスコから生成物を蒸留して取りだす。沸点130℃〜150℃の画分を回収する。使用するカラムは、長さ60センチメートル、内径1.5センチメートルであり、小型の単巻き螺旋状ガラスが充填されている。分留カラムの上端部は、任意の必要量の凝縮物をカラムへ戻すことができるようにデザインされている。120℃〜141℃を三つの温度範囲に分け、連続して三回にわたり生成物を分別する。1,2-ジエチル-4-ニトロベンゼンは、10mmHgの圧力において139℃〜141℃の沸点範囲で回収する。
次に、以下の手順により1,2-ジエチル-4-ニトロベンゼンを3,4-ジエチルアニリンに転化する。即ち、酸化白金、白金担持ジルコニウム、又はパラジウム担持酸化ジルコニウムを使用して、60ポンド毎平方インチ（p.s.i）の初期圧力で、パー（Parr）式水素化装置中で1,2-ジエチル-4-ニトロベンゼンを接触還元する。1,2-ジエチル-4-ニトロベンゼン17.9g（0.1モル）を無水アルコール150mlに溶解し、酸化白金0.2gを添加する。24℃において20分間で97%の還元が完了し、1時間では100%還元される。触媒及び溶剤を除去し、10mmHgの圧力で3,4-ジエチルアニリンを蒸留すると生成物が得られる。
次に、以下の手順により3,4-ジエチルアニリンを4,5-ジエチル-2-ニトロカルベトキシアニリドに転化する。
3,4-ジエチルアニリン28.7g（0.193モル）、アセトン73ml、水43ml、及び水酸化ナトリウム溶液（24%）34ml、並びにクロロ炭酸エチル29gを使用してウレタンを調製する。このウレタンをそのままニトロ化に使用する。ニトロ化は、濃硝酸118ml及び濃硫酸43mlの混合物中で行う。生成物を氷の上に注いだ後、エーテルに溶解させる。エーテル溶液を中性になるまで水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで脱水し、蒸気浴を用いて溶剤を除去する。生成物をアルコールより再結晶する。
次に、以下の手順により4,5-ジエチル-2-ニトロカルベトキシアニリドを4,5-ジエチル-2-ニトロアニリンに転化する。
水酸化ナトリウム20g、水50ml、及びアルコール150mlの溶液に、4,5-ジエチル-2-ニトロカルベトキシアニリド12.1g（0.062モル）を添加する。溶液を攪拌しながら温度を70℃まで上昇させ、そのまま1時間保つ。減圧下でアルコールを除去し、100mlの水を添加する。この懸濁液をベンゼンで繰り返し抽出する。ベンゼン溶液を無水硫酸ナトリウムで脱水し、減圧下でベンゼンを除去する。残渣を希アルコールより再結晶する。ニトロアニリン生成物は、水蒸気蒸留することができる。水蒸気蒸留によりニトロアニリン生成物を単離し、留出物をエーテルで抽出する。エーテル抽出物を脱水し、エーテルを除去した後、残渣を減圧下で蒸留して4,5-ジエチル-2-ニトロアニリンを得る。
次に、o-ニトロアニリンからの4-エチル-8-ニトロキノリンの調製に関して上述した別法を使用し、1-クロロ-3-ペンタノン2モルの代わりにグリセロール3.5モルを用い、更にここでは硫酸を利用して5,6-ジエチル-8-ニトロキノリンを調製することができる。
先に記載したアダムス触媒で処理することによって、5,6-ジエチル-8-ニトロキノリンを5,6-ジエチル-8-アミノキノリンに転化する。次に、4,5-ジエチル-2-ニトロアニリンの5,6-ジエチル-8-ニトロキノリンへの転化に関して先に記載したものと同じ手順により、5,6-ジエチル-8-アミノキノリンを5,6-ジエチル-1,10-フェナントロリンに転化する。但し、グリセロールを添加する際に2時間ではなく25分間加熱を継続する。石油エーテルより5,6-ジエチル-1,10-フェナントロリンを再結晶する。
G.5,6-ジフェニル-1,10-フェナントロリン
5,6-ジエチル-1,10-フェナントロリンを調製するのと同じ手順で、5,6-ジフェニル-1,10-フェナントロリンを調製することができる。但し、最終的にフェナントロリン生成物を形成する一連の反応のうちの最初の反応において、出発物質としてo-ジエチルベンゼンではなくo-ジフェニルベンゼンを使用する。
II.Os(R)(R')Z2の合成
A.Os(R)(R')Cl2
Os(R)(R')Cl2は、以下の手順により調製することができる。
19.335gのK2OsCl6（0.04019モル）及び0.08512モルのR＋R'（例えば、R及びR'がいずれも2,2'-ビピリジンの場合、合計で13.295gの2,2'-ビピリジンが0.08512モルに相当する）を、約400mlのN,N'-ジメチルホルムアミド（DMF）に溶解する。生成した溶液を攪拌し、加熱して還流させ、この状態を1時間保つ（沸騰しすぎないようにする）。
還流させた後、反応容器の内容物を1〜2時間かけて30℃〜40℃まで冷却する。生成した混合物を、中等級フリットガラスフィルターを用いて減圧濾過する。反応容器を20mlのDMF.で洗浄し、洗浄液をフリットフィルターで濾過する。得られた濾液を3リットル（ｌ）ビーカーに移し、攪拌する。
この溶液に、22.799gのNa2S2O4を2ｌの脱イオン水に溶解した溶液を、45分間かけて攪拌しながら添加する。得られた混合物を、氷浴中で3時間以上冷却する。次に、セラミックフィルター中でワットマン（Whatman）定性濾紙を使用して、冷却した混合物を減圧濾過する。その後、濾過した固体を50mlの水で二回洗浄し、次に50mlのメタノールで二回洗浄し、更に50mlのエーテルで二回洗浄する。濾過した固体生成物を高減圧下で乾燥する（約30インチHg、50℃、15時間以上（又は一晩））。スクリュー付きキャップを備えた褐色瓶に生成物を移し、この瓶をデシケーターに入れて室温で保存する。
B.Os(R)(R')Br2
上記の手順に変更を加え、Strem又はJohnson Mattheyから入手可能な等モル量の(NH4)2OsBr6の代わりに0.04019モルのK2OsCl6を用いることによって、Os(R)(R')Br2を調製することができる。（K2OsCl6はStrem、Aldrich、又はJohnson Mattheyから入手可能である。）
上述した合成手順を使用して、先に引用した化合物Os(R)(R')Z2を調製することができる。しかしながら、合成化学分野における通常の技術レベルの範囲内で十分に実施できるように、反応条件及び生成物単離手順を調節することが必要な場合もある。
III．[Os(II)(R)(R')imZ]Yの合成
A．[Os(II)(R)(R')imZ]Cl
[Os(II)(R)(R')imZ]Clの合成についてこの後すぐに記す。
0.0244モルのOs(R)(R')Cl2及び2.30gのイミダゾール（0.0338モル）を、1200mlの50：50（体積比）エタノール：脱イオン水に溶解する。これらの内容物を攪拌し、加熱して還流させ、この状態を6時間保つ（沸騰しすぎないようにする）。還流させた後、攪拌を継続し、反応混合物を1時間かけて30℃〜40℃まで冷却する。次に、溶剤をロータリーエバポレーターで除去する。得られた残渣（生成物）を50mlのエーテルで洗浄する。次に、生成物を高減圧下（約30インチHg）、50℃で15時間以上（一晩）乾燥する。乾燥後、スクリュー付きキャップを備えた褐色瓶に生成物を移し、この瓶をデシケーターに入れて室温で保存する。
B.[Os(II)(R)(R')imZ]Br
上記手順において0.0244モルのOs(R)(R')Cl2の代わりに0.0244モルのOs(R)(R')Br2を用いることによって、[Os(II)(R)(R')imZ]Clではなく化合物[Os(II)(R)(R')imZ]Brを調製することができる。
C.N-メチルイミダゾール及びN-エチルイミダゾールの類似体
上記手順において、上記手順中の0.0338モルのイミダゾールを0.0338モルのN-メチルイミダゾール及びN-エチルイミダゾールに置き換えることによって、それぞれ上記化合物のN-メチルイミダゾール類似体及びN-エチルイミダゾール類似体を調製することができる。
D.対イオンの交換
この時点では、生成した化合物のアニオン（即ち、対イオン）は、塩素イオン又は臭素イオンのどちらかである。これらのアニオンは、本出願に記載の他のアニオンと交換可能である。塩素イオン又は臭素イオンを対イオンとして持つすぐ上で調製したオスミウムメディエーター化合物は、親水性で水に可溶である。これらの化合物中に存在する対イオンを交換するには、先ず、該化合物の飽和水溶液を作製する必要がある。次に、少なくとも1モル当量のテトラフルオロホウ酸アンモニウム又は過塩素酸アンモニウムを、この飽和水溶液に添加する必要がある。この手順により、臭素イオン又は塩素イオンを対イオンとして持つ水溶性化合物が、それぞれテトラフルオロホウ酸イオン又は過塩素酸イオンを対イオンとして持つ水溶性の低下した（有機溶剤により可溶な）化合物と置き換わる。こうしてオスミウムメディエーター化合物が有機溶剤に可溶な化合物に転化されたことになる。この有機溶剤可溶性化合物は、アセトニトリルに溶解可能である。（飽和溶液を作る必要がある。）次に、この飽和アセトニトリル溶液に少なくとも1モル当量の適切なテトラエチルアンモニウム塩を添加することによって、オスミウムメディエーター化合物を、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、又は硝酸イオンを対イオンとして持つ水溶性化合物に戻すと、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、又は硝酸イオンを対イオンとして持つ水溶性オスミウムメディエーター化合物を沈殿させることができるようになる。
E.[Os(II)(R)(R')imZ]Yの合成の別法
[Os(II)(R)(R')imZ]Y〔式中、imはイミダゾイル、N-メチルイミダゾイル、又はN-エチルイミダゾイルであってもよい〕の合成の他の手順は、以下の[Os(II)(bpy)2imCl]BF4の合成を例にとって説明できる。
5.00g（8.72mmol）のOs（bpy）2Cl2及び0.819gのイミダゾールを、エタノール及び脱イオン水の混合液（2：1、体積比）315mlに溶解した。この溶液を加熱して還流させ、6時間還流を続けた。次に、生成した溶液を室温まで冷却し、ロータリーエバポレーターを用いてエタノールを除去した。1.377g（13.13ミリモル(mmol)）のNH4BF4を添加すると、沈殿を生じた。この混合物を氷浴中で30分間冷却した後、濾過して沈殿を回収し、20mlの脱イオン水及び20mlにエーテルを用いて洗浄した。最後に、生成物[Os(II)(bpy)2imCl]BF4を50℃において減圧下で乾燥させた。
すぐ上に記載した手順において、Os(bpy)2Cl2の代わりに等モル量のOs(bpy)2Br2を用いることによって、[Os(II)(bpy)2imBr]BF4を合成することができる。
対イオンの交換という見出しの上記セクションIII.D.に記載の手順により、対イオンを交換することができる。
IV.[Os(III)(R)(R')imZ]+2XYnの合成
A.[Os(III)(R)(R')imZ]+2BF4Y；[Os(III)(R)(R')imZ]+2SO4；及び[Os(III)(R)(R')imZ]+2ClY
9.50ミリモル（mmol）の[Os(II)(R)(R')imZ]Yを2ｌのCH3CNに溶解し、N2雰囲気下で攪拌する。次に、この溶液に1.136gのNOBF4（9.73mmol）を添加し、N2雰囲気下での攪拌を室温において45分間継続する。得られた溶液に更に0.6666gのNOBF4（5.71mmol）を添加し、N2雰囲気下での攪拌を室温において2時間継続する。次に、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤を除去し、得られた残渣（生成物）を100mlのエーテルで洗浄する。次に、生成物[Os(III)(R)(R')imZ]+2BF4Yを高減圧下（約30インチHg）、50℃で72時間以上（ウィークエンド期間より長く）乾燥する。最後に、スクリュー付きキャップを備えた褐色瓶に生成物を移し、デシケーターに入れて室温で保存する。
テトラフルオロホウ酸ニトロソニウムの代わりに使用できる酸化剤としては、硫酸ニトロソニウム及び塩化ニトロソニウムが挙げられる。
B.対イオンの交換
[Os(III)(R)(R')imZ]+2XYnの対イオンの部分的又は完全な交換は、上記III.D.に記載のスキームによって（即ち、この化合物を親水性から親油性へ又は親油性から親水性へ変換し、III.D.に記載の溶剤及び塩を適切に組合せて沈殿させることによって）達成できる。この他に、親水性化合物を形成するテトラエチルアンモニウム塩のリストに含まれるものとして、硫酸テトラエチルアンモニウム、炭酸テトラエチルアンモニウム、及び亜硫酸テトラエチルアンモニウムが挙げられる。
[Os(III)(R)(R')imZ]+2SO4、[Os(III)(R)(R')imZ]+2CO3、又は[Os(III)(R)(R')imZ]+2SO3を調製するために、[Os(III)(R)(R')imZ]+2(BF4)2などの有機溶剤可溶性化合物を十分な量のアセトニトリルに溶解して飽和溶液を作るとよい。次に、この飽和溶液に、硫酸テトラエチルアンモニウム、炭酸テトラエチルアンモニウム、又は亜硫酸テトラエチルアンモニウムを添加して、それぞれの硫酸塩、炭酸塩、又は亜硫酸塩を沈殿させる。
C.他の酸化方法
[Os(II)(R)(R')imZ]Yを酸化して[Os(III)(R)(R')imZ]+2XYnにする他の方法においては、[Os(II)(R)(R')imZ]Yを適切な溶剤（例えば、この化合物が、化合物を親水性にする上述の対イオンを持つ場合は水、又はこの化合物が過塩素酸イオン若しくはテトラフルオロホウ酸イオンを対イオンとして持つ場合はアセトニトリル）に溶解させ、次に、適切な酸を添加してpHを3未満に低下させる。次に、この溶液に酸素を吹き込み、Os(II)メディエーター化合物を酸化してOs(III)メディエーター化合物にする。この手順では、広範にわたる酸を使用できる（例えば、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、フッ化水素酸、過塩素酸、硝酸、又は硫酸）。
[Os(II)(R)(R')imZ]Yを酸化して[Os(III)(R)(R')imZ]+2XYnにするその他の方法を、[Os(II)(bpy)2imCl]BF4の[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2への転化を例にとって以下に示す。
[Os(II)(bpy)2imCl]BF4〔式中、imはイミダゾイルである〕を、以下のようにして[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2に転化した。先ず、4.50g（6.49mmol）の[Os(II)(bpy)2imCl]BF4を180mlのアセトニトリルに溶解した。次に、0.912g（7.81mmol）のNOBF4を添加し、室温において45分間反応させた。次に、この溶液に2.688g（16.22mmol）の塩化テトラエチルアンモニウムを攪拌しながらゆっくりと添加した。反応内容物を240mlのアセトンに高速で攪拌しながら注ぐことにより、生成物を沈殿させた。得られた混合物をドライアイスで15分間冷却した後、濾過して沈殿物を回収し、50mlのアセトンで二回洗浄した。最後に、50℃において減圧下で生成物を乾燥させた。
この第二の別の酸化方法は、他の[Os(II)(R)(R')imZ]Y化合物に適用できるはずである。対イオンは、先に記載した手順により交換可能である。
既に述べたように、本発明の化合物は、Pollmannら（既に引用した）が報告しているバイオセンサーなど、電気化学的バイオセンサーのレドックスメディエーターとして使用することができる。こうしたバイオセンサーは水を主成分とする生体液中の分析対象物質を測定するので、高水溶性レドックスメディエーターが極めて好ましい。本発明のレドックスメディエーターは、水に対する溶解度が少なくとも1ミリモル／リットルであるが、特定の用途においては、これらのメディエーターの溶解度は1ミリモル／リットルよりもはるかに大きいことが必要となる場合もある。例えば、Pollmannらが報告しているデバイスを用いてグルコース（血液サンプル中又は血清サンプル中）の濃度を測定する場合、試薬中のレドックスメディエーター濃度（試薬を乾燥させる前）は、少なくとも150ミリモル／リットル（mM）でなければならず、好ましくは少なくとも約160mMである。
本発明の化合物の対イオン（アニオン）に何を選ぶかは、この化合物の水溶性に大きく影響する（対イオンの親水性が増すと、レドックスメディエーターの水溶性が増大する）。以下に記されている矢印は、対イオンの親水性が増加する方向を示している（左から右へ）。矢印の右側の対イオンを有する本発明の化合物は、矢印の左側の対イオンを有する化合物よりも水溶性が高くなる。PF6-対イオンを有する化合物は溶解性が悪く、本発明の構成要素にはならない。
0003713049.tif 000005
本発明の化合物の酸化電位が低いことを示すために、次のように[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕のサイクリックボルタンメトリーを行った（図1）。先ず、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2を0.1N Na2SO4溶液に溶解した。十分な量の[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2を0.1N Na2SO4溶液に溶解し、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2が1.89ミリモル／リットル（mM）含まれる溶液を調製した。次ぎに、金円板作用電極（直径＝2ミリメートル(mm)）、白金メッシュ対電極（白金ワイヤーグリッド）、及び銀／塩化銀参照電極をこの溶液に浸漬し、-0.2ボルト〜0.6ボルトの間で電位を走査してサイクリックボルタンモグラムを測定した。典型的なボルタンモグラムを図1に示す。このOs(III)レドックスメディエーターは可逆性の大きい酸化還元対の一部になっていることがボルタンモグラムから分かる。図1に示したボルタンモグラムに対する典型的な結果は以下の通りである（結果はモル濃度で規格化されている）。
0003713049.tif 000006
[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはN-メチルイミダゾイルである〕のサイクリックボルタンメトリーからも、非常に類似したボルタンモグラムが得られた。上述したものと同じ条件下で、このN-メチルイミダゾイル類似体は可逆酸化還元対を呈し、このときの酸化ピークは銀／塩化銀に対して+0.14ボルト（アノードピーク電位）、還元ピークは銀／塩化銀に対して+0.08ボルト（カソードピーク電位）であった（図2）。
（図1及び図2のμAはマイクロアンペアを意味する）。
先に述べたように、本発明の化合物中のオスミウムの酸素による酸化は遅い。
例えば、[Os(II)(bpy)2imCl]Cl〔式中、imはイミダゾイルである〕から[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2への転化は、[Os(II)(bpy)2imCl]Clを30ミリモル／リットルのHClに溶解し、得られた溶液に酸素ガスを約19時間吹き込むことによって行われる。しかしながら、pHが3を超えると、[Os(II)(bpy)2imZ]Yの水溶液は安定になる。
酵素の電気活性中心と本発明の化合物との反応が速いことは、図5により示される。バイオセンサー（例えば、Pollmannらが報告しているバイオセンサー）にグルコースオキシダーゼを含む本発明の試薬を利用したグルコースアッセイにおいて、グルコース、グルコースオキシダーゼ、及びオスミウム(III)含有レドックスメディエーターが関与する反応が、グルコース、グルコースオキシダーゼ、及び酸素が関与する反応と競合する。後者の反応が起こると、グルコースアッセイで誤差を生じる。なぜなら、測定されるサンプル中のグルコース濃度と関連付けられる電流が発生しないからである。後者の反応に比べて前者の反応の反応速度が速くなると、後者の反応に起因する誤差の影響が低減する。
従って、上述した酸素との反応による妨害がほとんどないか又は問題とならないアッセイにおいては、静脈血サンプル（低酸素含有量）及び酸素化血サンプル（高酸素含有量）に対するアッセイの結果は、各サンプルが等濃度のグルコースを含有する場合、ほとんど同じになるはずである。図5は、静脈血サンプル及び酸素化全血サンプルに対する用量応答曲線を比較したものである。
図5a)は静脈血サンプル31に対するグルコースアッセイ及び酸素化全血サンプル33に対するグルコースアッセイを比較したものである。これらのアッセイに利用した試薬は以下の試薬例1と同じように調製したが、以下の成分が以下の濃度（試薬乾燥前）で含まれていた。即ち、300ミリモル／リットル（mM）の3-スルホ安息香酸、0.07%（重量基準）のTriton X-100界面活性剤、160mMの[Os(III)(bpy)2imCl]+2Cl2〔式中、imはN-メチルイミダゾイルである〕、及び試薬1ミリリットルあたり3000テトラメチルベンジジン（TMB）単位のグルコースオキシダーゼが含まれており、試薬のpHは4.25に調整した。この試薬6マイクロリットルを、Pollmannらが報告しているバイオセンサーの試薬ウェル9に添加してから、約50℃において6分間乾燥させた。その後、静脈血サンプル又は酸素化全血サンプルを試薬ウェル9に添加し、得られたテストサンプルを室温で20秒間インキュベートした。次に、パラジウム作用電極及びパラジウム対電極の電位差を+150ミリボルト(mV)とした。この電位差を印加した10秒後に電流を測定し、サンプル中のグルコース濃度を求めた。
図5b)は静脈全血サンプル35及び酸素化全血サンプル37に対するグルコースアッセイを比較したもう一つの例である。装置及びアッセイ法は、図5a)に対して記載した通りである。試薬には、以下の成分が以下の量（試薬乾燥前）で含まれていた。即ち、150mMの3-スルホ安息香酸、150mMの[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕、試薬1mlあたり3000TMB単位のグルコースオキシダーゼ、100mMのMgCl2、0.09%（重量基準）のIgepal CO-530界面活性剤（Rhone-Poulencより入手可能）が含まれ、試薬のpHは5.5であった。
図5c)は静脈全血サンプル39及び酸素化全血サンプル41に対するグルコースアッセイを比較した更にもう一つの例である。これらのアッセイにおいて、装置は図5a)及び図5b)に対するものと同じであるが、試薬はPollmannらが報告しているグルコース試薬を処方する手順に従って調製した。但し、以下の成分が以下の量（試薬乾燥前）で含まれていた。即ち、250mMのリン酸カリウム緩衝液、試薬1リットルあたり約14グラムの微結晶セルロース、300mMのフェリシアン化カリウム、試薬1リットルあたり0.5グラムのTriton X-100界面活性剤、試薬1リットルあたり160万TMB単位のグルコースオキシダーゼ、試薬1リットルあたり0.6グラムのヒドロキシエチルセルロース、及び37mMのコハク酸二ナトリウム（Pollmannらが開示している処方中のグルタミン酸カリウムの代わりにコハク酸二ナトリウムを使用した）が含まれ、試薬のpHは6.6であった。アッセイ法は図5a)及び図5b)に対して記載した通りであるが、作用電極及び対電極の電位差を+150mVではなく+300mVにした。
本発明の二つの異なるレドックスメディエーターが含まれる図5a)及び図5b)では、酸素反応に起因するアッセイ誤差がほとんど見られないが、メディエーターとしてフェリシアン化物を使用する図5c)では、酸素反応との競合に起因するアッセイ誤差が実質的に増大していることが分かる。このことからグルコースオキシダーゼの電気活性中心と[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイル又はN-メチルイミダゾイルである〕との反応の速度が、グルコースオキシダーゼの電気活性中心とフェリシアン化物との反応の速度よりも速いことが示唆される。
電極表面における酸化又は還元によって、測定される分析対象物質の濃度と関連づけられる電流を発生するレドックスメディエーターを利用した電気化学的バイオセンサーを用いて行われるアッセイは、測定される分析対象物質の濃度との関連を持たない他の物質が酸化又は還元を受けて測定電流に影響を及ぼす場合、誤差を生じやすい。なぜなら、本発明のレドックスメディエーターは酸化電位が低く（図1及び図2では、酸化電位がそれぞれ0.15ボルト（対Ag/AgCl）及び0.14ボルト（対Ag/AgCl）であるメディエーターが示されている）、これらのレドックスメディエーターを用いて行われるアッセイが低い印加電圧下で行われるからである。低い印加電位を使用するため、血液サンプル中のビリルビン、アセトアミノフェン、アスコルビン酸、及び尿酸など、サンプル中の妨害物質の酸化が低減するはずである。
本発明の化合物を電気化学的バイオセンサーのレドックスメディエーターとして利用する場合、血液サンプルなどの体液サンプル中の分析対象物質の測定用としてバイオセンサー中で使用される試薬中に該化合物を組み入れることができる。こうした試薬の処方が、試薬例No.1及び試薬例No.2により以下に示されている。これらの試薬は、Pollmannらが報告しているバイオセンサー中でグルコース測定用試薬として利用することができる。
試薬例No.1
血液サンプル中のグルコースを測定するための試薬を、次のように処方した。即ち、150mMの3-スルホ安息香酸（pH5.50）に溶解した[Os(III)(bpy)2imCl]+2Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕の160ミリモル／リットル（mM）溶液に、更に0.06%（重量基準）のTriton X-100界面活性剤及び3,000TMB単位／試薬1ミリリットルの濃度のグルコースオキシダーゼを添加した。（Triton界面活性剤は、種々のポリオキシエチレン及び他の界面活性化合物から成る。Triton界面活性剤はSigma Chemical Companyから入手可能である。TritonはRohm and Haas Co.の登録商標である。）この試薬6マイクロリットル（μl）を、Pollmannらが報告しているバイオセンサーの試薬ウェル9に添加し、約50℃において6分間乾燥させ、次にこれを用いて血液サンプル中のグルコース量を測定することができる。例えば、Pollmannらが報告しているように、血液サンプルを試薬ウェルに添加し、酵素反応を完結させ、次に作用電極及び対電極の電位差を約150ミリボルト(mV)に設定してもよい。この電位差を印加した後、電流を測定し（例えば、作用電極及び対電極に電位を印加してから7.5秒後に測定する）、血液サンプル中のグルコース濃度を求めることができる。
試薬例No.2
この例の試薬は、例1の試薬と同じように処方されるが、150mMの3-スルホ安息香酸（pH5.50）の代わりに100mMのリン酸カリウム緩衝液（pH6.80）を使用する。グルコースのアッセイは、試薬例No.1で記載したのと同じように行うことができる。
先に記載した試薬（試薬例No.1及び試薬例No.2）の中に、約25mM〜約200mM量（試薬乾燥前）の試薬安定剤を含有させることが好ましい。試薬安定剤としては、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸マンガン、又は塩化ニッケルが挙げられる。（25mMの塩化マグネシウムが特に好ましい。）
上記の試薬中のレドックスメディエーターは、少なくとも約150mMの濃度（試薬乾燥前）、好ましくは少なくとも約160mMの濃度にする必要がある。3-スルホ安息香酸の濃度は、好ましくは約100mM〜約300mMの濃度範囲（300mMが特に好ましい）とし、3-スルホ安息香酸を含む試薬のpHは、好ましくは約4.25〜約5.5である。（pH4.5が特に好ましい。）
上記試薬に含まれるリン酸緩衝液、又は他の緩衝液は、好ましくは約100mM〜約200mMの濃度範囲（試薬乾燥前）にする。
上記試薬の好ましい界面活性剤としては、Triton X-100界面活性剤（Sigma Chemical Companyから入手可能）及びIGEPAL CO-610界面活性剤（ノニルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール、分枝型、Phone-Poulencから入手可能）が挙げられる。好ましくは約0.01%（重量基準）〜約0.1%（重量基準）の濃度、最も好ましくは約0.06%（重量基準）の濃度にする。
UCAR▲Ｒ▼Vehicle451膜形成剤（約42%（重量基準）のポリマー＋有標添加剤、約58%（重量基準）の水、及び約0.03%（重量基準）のホルムアルデヒドを含有する水希釈性スチレン−アクリルラテックス、Union Carbideから入手可能）又はELVACE膜形成剤（酢酸ビニル共重合体、Reichhold Chemicals, Inc.から入手可能、製品No.40709-00）などの膜形成剤を試薬に含有させてもよく、好ましい濃度は約3%〜約6%（重量基準）である（3重量%が最も好ましい）。（上記の濃度はすべて、Pollmannらが報告している試薬ウェル9の中の試薬を乾燥させる前の試薬濃度である。）
Pollmannらが報告している電気化学的バイオセンサーを用いて行われるグルコースアッセイに対して、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕を利用することにより見出された特定の利点は、全血サンプル中のグルコースを測定する際に見られるヘマトクリット値減少効果である。図6a)は、ヘマトクリット値19%（51）、ヘマトクリット値45%（53）、及びヘマトクリット値75%（55）を有する全血サンプル中のグルコースの測定に対する用量応答曲線を表している。（アッセイは、図5c)に対して記載したバイオセンサーストリップ、試薬、及び方法を用いて行ったが、テストサンプルのインキュベーション時間は20秒ではなく35秒とした。この試薬ではフェリシアン化物メディエーターを利用した。）
図6b)も同様に行ったアッセイの結果を表しているが、利用した試薬は上述の試薬例No.1と同じように処方し、以下の成分を以下の量（試薬乾燥前）で含有させた。即ち、150mMの3-スルホ安息香酸、0.06%（重量基準）のTriton X-100界面活性剤、125mMの[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕、試薬1mlあたり3000TMB単位のグルコースオキシダーゼが含まれ、試薬のpHは5.5であった。
図6b)において、61はヘマトクリット値19%のサンプルを表し、63はヘマトクリット値45%のサンプルを表し、65はヘマトクリット値75%のサンプルを表す。
図6b)の用量応答曲線は、図6a)の用量応答曲線よりも互いに近接している。このことは本発明の特定のメディエーター[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕を用いて行ったグルコースアッセイが、こうしたアッセイで使用される普通のレドックスメディエーターであるフェリシアン化物を用いて行ったグルコースアッセイよりも、サンプルのヘマトクリットレベルによる影響を受けにくいことを示している。
試薬例No.3
先ず、100mMの2-(N-モルホリノ)エタンスルホン酸（MES緩衝剤）、0.02%（重量基準）のTriton X-100界面活性剤、1%（重量基準）のポリビニルアルコール（分子量10,000、88%加水分解）から成る組成物を混合することによってポリマーマトリックスを作製した。この混合物をpH6.55に調整することによってポリマーマトリックスを作製した。
次に、6,000単位のグルコースオキシダーゼ及び4.5ミリグラム（7.0マイクロモル）の[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2〔式中、imはイミダゾイルである〕を、上述のポリマーマトリックス1ミリリットルに添加した。以下に記載の5つのバイオセンサーシステムのそれぞれの作用電極に、1マイクロリットル（μl）を添加し、この試薬を45℃で15分間乾燥させた。乾燥後、血液サンプル中又は20mMリン酸緩衝生理食塩水中のグルコースを測定した。
試薬例No.3（上記）及び試薬例No.4（下記）を利用した電気化学的バイオセンサーは、Pollmannらが報告しているバイオセンサーとは異なっている。試薬3及び試薬4を用いたアッセイを行うために使用されるバイオセンサーシステムについて、すぐこの後で説明する。
試薬例No.3及びNo.4のためのバイオセンサーシステム
バイオセンサーシステムNo.1（三電極システム）
作用電極は、シリカウェーハベース上にスパッタリングされた金薄膜を用いて構成した。この電極は、2ミリメートル（mm）×2mmの正方形であった。
対電極もまた、シリカウェーハベース上にスパッタリングされた金薄膜を用いて構成したが、その寸法は図3に示す通りである。図3において、辺1は2mm、辺3は3.5mm、辺5は5mm、辺7は2mm、辺9は3mm、辺11は1.5mmである。
参照電極は、シリカウェーハベース上にスパッタリングされた銀薄膜を用いて構成した。希酸に溶解した塩化第二鉄を用いて薄膜表面を処理し、塩化銀表面層を形成した。参照電極の寸法は、対電極の寸法と同じにした。
バイオセンサーシステムNo.2（三電極システム）
作用電極25（図4）は、バイオセンサーシステムNo.1の作用電極と同じように作製した。作用電極の寸法は、1mm×1mmの正方形とした。
対電極27は、シリカウェーハ上にスパッタリングした金薄膜であり、図4に示される形状であった。図4において、辺21は長さ1.6mm、辺23は長さ1.3mmである。対電極27は、作用電極を図4に示されるように配置可能な寸法とした。
参照電極は、外部銀／塩化銀電極であった。
バイオセンサーシステムNo.3（二電極システム）
作用電極は、バイオセンサーシステムNo.2の作用電極と同じように作製した。
参照電極はスパッタリングされた銀薄膜で、バイオセンサーシステムNo.1の参照電極と同じように処理して塩化銀表面層を形成させたものである。参照電極は、バイオセンサーシステムNo.2の対電極と同じ寸法であり、作用電極及び参照電極は、バイオセンサーシステムNo.2の作用電極及び対電極と同じような位置関係となるように配置した。
バイオセンサーシステムNo.4（二電極システム）
作用電極は、10ミルのFR4ガラス繊維回路基板上にスパッタリングされた金薄膜を用いて構成した。電極の寸法は、光イメージング可能なソルダーレジスト（Enthone-Omi製Enplate DSR-3242、ネガ型レジスト）を用いて規定した。電極の寸法は、1mm×1mmの正方形であった。
参照電極は、FR4ガラス繊維上にスパッタリングされた銀薄膜を用いて構成した。スクリーン印刷可能な銀／塩化銀インキ（Acheson Colloids DB 2268）を電極表面に塗布し、銀／塩化銀参照電極を作製した。参照電極の表面積は、10ミルのプラスチックスペーサーを挿入することによって規定した。このスペーサーは一方の端部にU型切込み部を有し、対向する面が接着剤で被覆されている。作用電極と参照電極の間にスペースを配置することによって、作用電極と参照電極の間にキャピラリースペースを規定した。この電極システムには作用電極及び／又は参照電極の中にサンプル導入口及び通気口が設けられており、体液サンプルをキャピラリースペースに添加できるようになっている。
この電極システムの構成に関する更に完全な解説が、名称「新しい電気化学的センサーに使用する電極の製造方法（A Mehtod Of Fabricating Electrodes For Use In A New Electrochemical Sensor）」、弁理士参照No.BMID9226、本発明と同一出願日で、同じくBoehringer Mannheim Corporationが所有するKordalらの同時係属米国特許出願の明細書の図1〜図6及び図1〜図6の説明の中に記載されているが、引用によりこの開示内容は本明細書中に含まれるものとする。
バイオセンサーシステムNo.5（二電極システム）
作用電極は、商品名Mylarとして販売されている7ミルのポリエステル上にスパッタリングされた金薄膜を用いて構成した。作用電極は円形（直径1.5mmの円）であり、スクリーン印刷可能なUV硬化性誘電体インキ（例えば、Acheson Colloids ML 25198）又は熱硬化性誘電体インキ（例えば、Metech 7192 M）を用いてスクリーン印刷されたパターンにより規定した。
参照電極は、バイオセンサーシステムNo.4に対して上述したのと同じように作製し、スペーサーを夾んで離間させた作用電極及び参照電極の配置は、バイオセンサーシステムNo.4に対して上述した通りである。
グルコースの測定
先に説明したように、試薬例No.3に記載の試薬1μlを、すぐ上に記載した5つのバイオセンサーシステムのそれぞれの作用電極に塗布し、45℃で15分間乾燥させた。
血液サンプル中又は20mMリン酸緩衝生理食塩水サンプル中のグルコースを測定するために、作用電極の電位を銀／塩化銀参照電極に対して150mVに保つと、作用電極表面においてin situで（血液サンプル又は緩衝生理食塩水サンプルを加えた後）[Os(II)(bpy)2imCl]Clが酸化され、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2を形成することができる。血液サンプル又は緩衝生理食塩水サンプルを電極システムに加えた後、上述したようにin situで発生させた[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2を、グルコース、グルコースオキシダーゼ、及び[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2が関与する反応によって還元し、[Os(II)(bpy)2imCl]Clを形成する。次に、作用電極表面で[Os(II)(bpy)2imCl]Clを再び酸化して[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2を形成することによって電流を発生させると、この電流から血液サンプル中又は緩衝生理食塩水サンプル中のグルコース濃度を求めることができる。
試薬例No.4
先ず、150mMのN-2-ヒドロキシエチルピペラジン-N'-2-エタンスルホン酸（HEPES緩衝剤）、20mMの硫酸マグネシウム、1%（重量比）のポリビニルアルコール（分子量10,000、88%加水分解）、及び15mMのアデノシン三リン酸（ATP）から成る組成物を一緒に混合することによって緩衝ポリマーマトリックスを作製する。この組成物をpH8.00に調整することによって緩衝ポリマーマトリックスを作製する。
この緩衝ポリマーマトリックス1ミリリットルに、3ミリグラム(mg)(4.7マイクロモル)の[Os(II)(bpy)2imCl]Cl〔式中、imはイミダゾイルである〕、1,333単位のグリセロール-3-リン酸オキシダーゼ、及び3,333単位のグリセロールキナーゼを添加する。得られた試薬約1.5マイクロリットルを、上述したバイオセンサーシステムNo.1の作用電極に添加し、45℃で15分間乾燥させる。
試薬例No.3を用いたグルコースの測定と同じように、グリセロール含有体液サンプル中のグリセロールを測定することができる。
作用電極の電位を銀／塩化銀に対して150mVに保つと、作用電極表面においてin situで（グリセロール含有体液サンプルを加えた後）[Os(II)(bpy)2imCl]Clが酸化され、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2を形成する。グリセロール含有体液サンプルを電極システムに添加した後、グリセロールキナーゼ及び硫酸マグネシウムの存在下でグリセロールとATPとが反応し、L-α-グリセロール-3-リン酸及びアデノシン二リン酸を形成する。次に、L-α-グリセロール-3-リン酸が、グリセロールリン酸オキシダーゼ及び[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2との反応に関与することによって、L-α-グリセロール-3-リン酸がジヒドロキシアセトンリン酸へ、[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2が[Os(II)(bpy)2imCl]Clへ転化する。作用電極表面で[Os(II)(bpy)2imCl]Clを再び酸化して[Os(III)(bpy)2imCl]Cl2を形成することによって電流を発生させると、この電流からサンプル中のグリセロール濃度を求めることができる。
本発明の化合物をレドックスメディエーターとして使用して、Pollmannらが報告している他の分析対象物質を測定することができる。更に、先に明記した試薬中では緩衝剤を加えることが好ましいが、それが必要なわけではない。また、Pollmannらが報告している電源及びメーターに対する改良についての説明が、米国特許第4,963,814号（1990年10月16日発行）、米国特許第4,999,632号（1991年3月12日発行）、米国特許第4,999,582号（1991年3月12日発行）、及び米国特許第5,243,516号（1993年9月7日発行）に記載されているが、引用によりその開示内容は本明細書中に含まれるものとする。
当業者が本発明を構築及び使用できるように、また本発明を実施するための最良の形態を知ることができるように、更に本発明を他の発明や古い技術と識別できるように、上記の教示及び図面の中で本発明を十分明確かつ簡潔に説明した。多くの発明及び本発明の自明な改変を容易に思いつくであろうが、これらは以下で特許請求される本発明の範囲内に含まれるものとする。
【図１】
0003713049.tif 000008
【図２】
0003713049.tif 000009
【図３】
0003713049.tif 000010
【図４】
0003713049.tif 000011
【図５ａ】
0003713049.tif 000012
【図５ｂ】
0003713049.tif 000013
【図５ｃ】
0003713049.tif 000014
【図６ａ】
0003713049.tif 000015
【図６ｂ】
0003713049.tif 000016