(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過酸化物の存在下、電極においてアクリダン化合物を電気化学的に酸化することを含む電気化学ルミネセンスの発生方法であって、該アクリダン化合物が化学式、
0004733334.tif 000015
で表わされ、ここで、Ｒ１〜Ｒ４は、相互に無関係に、水素原子と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ及びハロゲン原子から選択される１〜５０個の非水素原子を含有する有機基とから選択され、ＺはＯ、Ｓ及びＮＲ５から選択され、Ｒ５は置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のアリール基、アルキルスルホニル及びアリールスルホニル基から選択される基である、電気化学ルミネセンスの発生方法。
【請求項２】
Ｒ１〜Ｒ４が、 アルキル、アリール、アルケニル、アルキニル又はアリールアルキル基で、そのいずれのものも置換され得る基、ハロゲン、ヒドロキシ、アルコキシ、アミノ、アルキルアミノ、カルボニル含有基、例えば、ケト、カルボキシ、カルボキサミド及びカルボアルコキシ基、チオ、アルキルチオ、シアノ、ニトロ、トリアルキル−シリロキシ、アルキルスルフォニル、アリールスルフォニル及び陽電荷又は陰電荷のイオンで水溶性を向上させる基から選択される基である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アクリダン化合物が電気化学ルミネセンス標識化合物として役立ち、かつ、アクリダン化合物中の基Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも１個の基が、式、
−Ｌ−ＲＧ
で表される標識置換基であり、ここで、Ｌは結合又は他の二価若しくは多価の基であり得る結合基であり、ＲＧはアクリダン化合物を他の化合物に結合させ得る反応性の基である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
Ｌが結合基、原子、直鎖基、分枝鎖基又は環基から選択され、鎖又は環基は、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ及びＳｅ原子から選択される２〜約５０個の非水素原子を含有し、鎖又は環上でハロゲン原子で置換され得る請求項３に記載の方法。
【請求項５】
Ｌがアルキレン、アリーレン、アルケニレン、エーテル、過酸化物、ケトン、エステル、カーボネートエステル、チオエステル、アミド、アミン、アミヂン、カルバメート、尿素、イミン、イミド、イミデート、カルボジイミド、ヒドラジン、ジアゾ、ホスホジエステル、ホスホトリエステル、ホスホナートエステル、チオエーテル、ジスルフィド、スルフォキサイド、スルフォン、スルフォナートエステル、スルフェートエステル及びチオ尿素基から選択される基である請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ＲＧが、ハロゲン原子又はトシラート基、イソシアネート又はイソチオシアネート基、マレイミド基、マイケル付加反応によって反応することができる基及び求核置換反応によって反応することができる基から選択される基である請求項３に記載の方法。
【請求項７】
アクリダン化合物が、
0004733334.tif 000016
0004733334.tif 000017
から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
過酸化水素の存在下、電極においてアクリダン化合物を電気化学的に酸化することを含む電気化学ルミネセンスの発生方法であって、該アクリダン化合物が化学式、
0004733334.tif 000018
で表わされ、ここで、Ｚ１及びＺ２は相互に無関係に、Ｏ、Ｓ及びＮＲ５から選択され、Ｒ５は置換又は無置換のアルキル、置換又は無置換のアリール、アルキルスルフォニル及びアリールスルフォニル基から選択される基であり、Ｒ１〜Ｒ４は、相互に無関係に、水素原子と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ及びハロゲン原子から選択される１〜５０個の非水素原子を含有する有機基とから選択され、Ｘは、水素原子と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ及びハロゲン原子から選択される１〜５０個の非水素原子を含有する有機基とから選択される、電気化学ルミネセンスの発生方法。
【請求項９】
Ｒ１〜Ｒ４が、アルキル、アリール、アルケニル、アルキニル又はアリールアルキル基で、そのいずれのものも置換され得る基、ハロゲン、ヒドロキシ、アルコキシ、アミノ、アルキルアミノ、カルボニル含有基、例えば、ケト、カルボキシ、カルボキサミド及びカルボアルコキシ基、チオ、アルキルチオ、シアノ、ニトロ、トリアルキル−シリロキシ、アルキルスルフォニル、アリールスルフォニル及び陽電荷又は陰電荷のイオンで水溶性を向上させる基から選択される基である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
Ｘが、１〜２０個の炭素原子のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルケニル又はアルキニル基で、そのいずれのものも置換され得る基から選択されるか、又は、１〜２０個の炭素原子を有する置換又は無置換のアルキル又はアリールカルボニル基、トリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリル基、ＳＯ３−基、グリコシル基及び化学式ＰＯ（ＯＲ’）（ＯＲ”）で表わされるホスホリル基から選択され、ここで、Ｒ’及びＲ”は、相互に無関係に、１〜２０個の炭素原子の置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のアリール基及び置換又は無置換のアリールアルキル基、トリアルキルシリル基、アルカリ金属陽イオン、アルカリ土類陽イオン、アンモニウム及びホスホニウム陽イオンから選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
アクリダン化合物が電気化学ルミネセンス標識化合物として役立ち、かつ、アクリダン化合物中の基Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも１個の基が、式、
−Ｌ−ＲＧ
で表される標識置換基であり、ここで、Ｌは結合基又は他の二価若しくは多価の基であり得る結合性の基であり、ＲＧはアクリダン化合物を他の化合物に結合させ得る反応性の基である請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
Ｌが結合基、原子、直鎖基、分枝鎖基又は環基から選択され、鎖又は環基は、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ及びＳｅ原子から選択される２〜約５０個の非水素原子を含有し、鎖又は環上でハロゲン原子で置換され得る請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
Ｌがアルキレン、アリーレン、アルケニレン、エーテル、過酸化物、ケトン、エステル、カーボネートエステル、チオエステル、アミド、アミン、アミヂン、カルバメート、尿素、イミン、イミド、イミデート、カルボジイミド、ヒドラジン、ジアゾ、ホスホジエステル、ホスホトリエステル、ホスホナートエステル、チオエーテル、ジスルフィド、スルフォキサイド、スルフォン、スルフォナートエステル、スルフェートエステル及びチオ尿素基から選択される基である請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ＲＧが、ハロゲン原子又はトシラート基、イソシアネート又はイソチオシアネート基、マレイミド基、マイケル付加反応によって反応することができる基及び求核置換反応によって反応することができる基から選択される基である請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
アクリダン化合物が化学式、
0004733334.tif 000019
で表わされ、ここで、Ｍは、アルカリ金属イオン又はアンモニウム、第４級アンモニウム又は第４級ホスホニウムイオンから選択される陽イオンである請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
アクリダン化合物が化学式、
0004733334.tif 000020
で表わされ、ここで、Ｒ６は、更に置換され得るアルキル又はアリール基である請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
アクリダン化合物が、
0004733334.tif 000021
から選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
過酸化物が、過酸化水素である請求項１又は８に記載の方法。
【請求項１９】
アクリダン化合物の電気化学的酸化を銀／塩化銀電極に対して正電位で行う請求項１又は８に記載の方法。
【請求項２０】
電気化学的酸化を実施する電極が、黒鉛棒、白金線、白金網又は透明インジウムスズ酸化物の電極から選択される請求項１又は８に記載の方法。
【請求項２１】
電気化学的セルの陽極において、第一の正電位の方へ電圧を掃引し、次いで電気化学ルミネセンスを消滅させるために第二の低電位の方へ電圧を反転させることにより、電気化学ルミネセンスを発生させる請求項１又は８に記載の方法。
【請求項２２】
ハプテン、抗体又は核酸プローブから選択されるマーカー化合物への標識としてアクリダン化合物を提供する請求項１又は８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、電気化学的反応によるルミネセンスの発生である電気化学ルミネセンスの分野に関する。特に本発明は、アクリダン化合物からの電気化学ルミネセンス発生方法に関する。本発明の電気化学ルミネセンス反応は、分析試料（ａｎａｌｙｔｅ）検出のためのアッセイ法に用途を見出すことができる。アクリダン化合物は、分析試料又は分析試料結合対に結合するための標識化する基を提供できる。
【０００２】
背景技術
電気化学ルミネセンス（ＥＣＬ）は、特に化学分析の分野で、ここ十年間広く注目されてきた。それは、よく知られた化学ルミネセンス（ＣＬ）の感度と、電気化学によって得られる光放射反応の時間と位置に関する正確な制御とを結び付けるものである。これにより、イムノアッセイやヌクレオチドアッセイを実施する代替えアプローチとして、良好な感度と正確性、時間と労力の節約及び放射能の不使用などの長所が得られる。この技術の全潜在力を開発するためには、電気化学的に開始できる新規な化学ルミネセンス化合物の必要性がある。本発明者らは、アクリダン化合物の電気化学的酸化により如何にＣＬが開始（トリガー）され得るかを最初に示すものである。
【０００３】
本発明の以前には、ルテニウムキレートとルミノール誘導体とのみがＥＣＬを含む分析的応用の重要なものとして使用される化合物であった（Ｊ．Ｋ．Ｌｅｌａｎｄ及びＭ．Ｊ．Ｐｏｗｅｌｌ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９９０年、１３７巻、３１２７頁；Ｓ．Ｓａｋｕｒａ，Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ，Ａｃｔａ．，１９９２年、２６２巻、４９頁）。ルテニウムキレートは、酵素アッセイに用いられてきたが、その最も重要な劇的効果はイムノアッセイ及びヌクレオチドアッセイのための標識としてであった。この用途において、ＥＣＬと磁性ビーズ技術との組み合わせにより、処理量の大なるスクリーニングとして製薬実験室で増大する用途が見出された。ルミノールもまた、酵素アッセイ及びイムノアッセイに用いられてきた。電気化学的に酸化されたルミノールが、グルコースオキシダーゼのようなオキシダーゼ酵素と結合する反応を起こす過酸化水素と反応する時、光が放射される（Ｒ．Ｗｉｌｓｏｎ及びＡ．Ｐ．Ｆ．Ｔｕｒｎｅｒ，Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ，１９９７年、１２巻、２７７頁）。ルミノールの化学ルミネセンス反応は、また、電気化学的に酸化されたフェロセンによって接触作用を受けるが（Ｒ．Ｗｉｌｓｏｎ及びＤ．Ｊ．Ｓｃｈｉｆｆｒｉｎ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，１９９８年、４４８巻、１２５頁）、これは、この化合物が、レテニウムキレートを基材としたものに類似するＥＣＬシステムで標識として使用できることを示唆している。
【０００４】
アクリジニウムエステルは、１９６４年に発見され、続いて、イムノアッセイ及びヌクレオチドアッセイの標識として開発された。これら化合物の化学ルミネセンス反応機構は、過酸化物陰イオン（ＨＯＯ-）の、アルカリ溶液中でのアクリジニウム核の９位への求核的攻撃と、これに続く準安定的なジオキセタノン中間体の生成に導かれる内部環化とを含むものである。これは自然に脱カルボキシル化して、Ｎ−メチルアクリドンの一重項の励起状態を与え、基底状態に落ちるときに、４３０ｎｍの青色の光を放射する。化学ルミネセンスの量子収率は、代表的には１〜１０％の間である。反応は極めて速いが、過酸化物不在の場合、水酸イオンのような他の求核性イオンがアクリジニウム核の９位で付加物（擬塩基）を形成し得る。この中間体の生成により、ジオキセタノン中間体の生成が排除され、従って、擬塩基生成を、水酸化ナトリウム溶液を添加する前に過酸化水素の酸性溶液によって元の状態ヘ戻さない限り、光を放射しない。
【０００５】
ｐＨ５．０におけるアクリジニウムエステルの化学ルミネセンス反応の電気化学的開始は、慣用の開始手順を単純化する試みとして開発された（Ｊ．Ｓ．Ｌｉｔｔｉｇ及びＴ．Ａ．Ｎｅｅｍａｎ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，１９９２年、６４巻、１１４０〜１１４４頁）。このｐＨはイムノアッセイ及びヌクレオチドアッセイに、特に必要ではない。アクリジニウムエステルの溶液は、ｐＨ１２のホスフェート緩衝液の流れに注入され、フローセルにポンプ注入された。溶解酸素を電気化学的に還元することによって、セルにおいて化学ルミネセンスを開始させた。その条件は、化学ルミネセンスと酸素還元に必要なものと、擬塩基生成を回避するのに必要なものとの妥協点である。溶解酸素の濃度を調節することも又、正確な結果を得るために必要であろうが、このことは、化学ルミネセンス反応を電気化学的に開始することによって単純さを増すことを打ち消すものである。この欠点は、アクリダンエステルを使用する場合には回避されるが、それは、アクリジニウムエステルが、受動的先駆物質から現場で製造されるからである。
【０００６】
Ｎ−アルキルアクリダンカルボキシレート核を基材とする、ＤＭＣを含む非常に多数のアクリダン（還元したアクリジニウムエステル、チオエステル及びアミド）が最近作られている（Ｈ．Ａｋｈａｖａｎ−Ｔａｆｔｉ，ら、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９８年、６３巻、９３０〜９３７頁；Ｈ．Ａｋｈａｖａｎ−Ｔａｆｔｉ，ら、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．１９９５年、４１巻、１３６８〜１３６９頁）。これらのアクリダン化合物は過酸化水素の存在下で安定で、不活性な擬塩基を生成しない。過酸化水素及びｐ−ヨードフェノールのような強化剤の存在下、酵素、ホースラディッシュペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）でのアクリダンの酵素酸化により、発光を開始させることができる。ＨＲＰはアクリダンを、対応アクリジニウムエステルに酸化するが、殆どの場合、アクリジニウム核の９位に過酸化物陰イオン（ＨＯＯ-）による求核的攻撃を直ちに受ける。過酸化物は水酸化物より数オーダーの大きさで大きい求核性であるから、擬塩基生成の可能性は生じない。アクリジニウムエステルへの求核的攻撃は、ジオキセタノンを生成するが、これは分解してＮ−メチルアクリドンの一重項励起状態を生ずる。これは続いて基底状態に落ちて、４３０ｎｍの最大波長を持つ濃い青色の発光を伴う。かかる化合物をＨＲＰの支持体として用いることによって、１５分のアッセイでこの酵素の０．１ア・モル（ａｍｏｌ）のような小ささの検出が可能となる。
【０００７】
９位にカルボニル基を持たないアクリダンの電気化学についての以前の研究は、第二の酸化工程が、プロトン化と非プロトン化とのラジカル中間体の間の不均衡の結果として溶液中に起こるという機構によってその酸化を論証した（Ｐ．Ｈａｐｉｏｔ，Ｊ．Ｍｏｉｒｏｕｘ及びＪ．Ｍ．Ｓａｖｅａｎｔ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９９０年、１１２巻、１３３７頁）。この反応は、化学ルミネセンスの発生を伴わない。
【０００８】
酸化可能な外環二重結合で置換されたアクリダン化合物が、米国特許第５，９２２，５５８号明細書に開示されている。この化合物はペルオキシダーゼ酵素により酵素的に酸化されて可視光を発光する。二重結合の逆の末端は二つの置換基を有し、一方はエーテル又はチオエーテル型の基であり、他方は任意の各種の基で、例えば、エーテル又はチオエーテル型の基、アルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、アリールチオ、トリアルキルシリルオキシ、ホスホリルオキシ、アシルオキシ及びアシルチオ基である。リン酸塩基を有するこの型の化合物も又、米国特許第６，０４５，７２７号明細書に開示されており、化学ルミネセンスを発生するホスファターゼ酵素との酵素反応が記載されている。
【０００９】
発明の概要
本発明の目的は、電気化学的反応によって化学ルミネセンスを発生する方法を提供することにある。本発明の他の目的は、過酸化物、特に過酸化水素の存在下、アクリダン化合物の電気化学的反応によって化学ルミネセンスを発生する方法を提供することにある。本発明の更に他の目的は、分析試料の検出のために発光する電気化学ルミネセンス反応を利用する分析試料のアッセイ法を提供することにある。
【００１０】
全般的説明
本発明は、アクリダン誘導体の電気化学ルミネセンス性酸化に関する。過酸化物の存在下、中性乃至アルカリ性のｐＨでのアクリダン化合物の電気化学的酸化が、ある最低電位以上で可視ルミネセンスの発生を生起することが見出された。この反応は分析に有用な数少ないエレクトロルミネセンス反応に加えられ、分析試料検出用のアッセイ法にその用途を見出すことができる。例えば、アクリダン化合物は、分析試料又は分析試料結合対に結合する標識用の基を提供することができる。
【００１１】
本発明の実施に有用なアクリダン化合物の第１群は、一般式、
0004733334.tif 000002
を有するアクリダンカルボン酸であって、Ｒ1〜Ｒ4が、化学ルミネセンスの発生を妨害しないことを条件に、任意の各種の基であり得るものを含むものである。Ｚの基はＯ、Ｓ又はＮＲであり、ここでＲは任意の各種の基であり得るが、好ましくはスルホニル基である。
【００１２】
アクリジニウムエステルを用いて電気化学的にルミネセンスを生ずる当業界既知の方法と異なり、本反応はＨ2Ｏ2又は超酸化物の電気化学的生成を伴わない。本発明方法で使用するアクリダン化合物は、対応するアクリジニウム化合物より有意に安定であり、より強力な標識が得られる。
【００１３】
アクリダン化合物と過酸化物との溶液を一定限界以上の正電位にかけることにより、電気化学ルミネセンスが生ずる。この限界値は、ボルタンメトリー走査によるか、又は下記の如き電圧掃引の間にルミネセンスを測定することにより、容易に決定される。
【００１４】
本発明の実施に有用なアクリダン化合物の第２群は、一般式、
0004733334.tif 000003
を有する化合物であって、Ｚ1とＺ2とは相互に無関係に、Ｏ、Ｓ及びＮＲ原子から選択され、ここでＲは任意の各種の基であり得るが、好ましくはスルホニル基であり、またＲ1〜Ｒ4及びＸは、化学ルミネセンスの発生を妨害しないことを前提とする、任意の各種の基であり得るものを含むものである。
【００１５】
詳細な説明
過酸化水素の存在下、電気化学的酸化によって、ある種のアクリダン化合物の化学ルミネセンス（ＣＬ）が開始し得ることを初めて示すものである。アクリダン化合物とＨ2Ｏ2のような過酸化物との溶液を含有する電気化学的セルの陽極において、アクリダン化合物に適切な電位を付加することによって、該電位を適切な値に維持する場合には長時間持続する可視光の発光が得られる。電位の反転により、光放射の速やかな消滅がもたらされる。アクリダンか又は過酸化物が消費されるまで、この方法を繰り返し可逆的に光放射をオンとオフとに変化させることができる。
【００１６】
化学ルミネセンスは、化学反応の電子的励起状態の生成物によってそれが基底状態まで落ちる時の光の放射である。化学ルミネセンス反応の効率は、量子収率（φCL）によって与えられるが、これは実際に発光する反応分子部分の尺度である。分析化学者にとって、ＣＬの主たる魅力は、比較的廉価な装置を用いて、広い濃度範囲に亘る、感度の高いアッセイを実施することにある。実際には、通常、ＣＬ反応に対し特異性を与える補足的技術と組み合わされる。最も広く用いられるかかる技術の例は、アクリジニウムエステルのようなＣＬ標識をピコモル濃度で分析試料を検出するのに用いるイムノアッセイである。酵素標識用支持体として用いることができるＣＬ化合物を開発することによって、感度を低減することなくＣＬイムノアッセイの迅速を増すことが可能である。
【００１７】
電気化学ルミネセンス（ＥＣＬ）は、ＣＬの一形態であって、化学ルミネセンス反応が電気化学反応によって進行するものである（Ｇｒｅｅｎｗａｙ，Ｇ．Ｍ．、Ｔｒｅｎｄｓ  Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９０年、９巻、２００〜２０３頁；Ｋｎｉｇｈｔ，Ａ．Ｗ．；Ｇｒｅｅｎ  ｗａｙ，Ｇ，Ｍ．Ａｎａｌｙｓｔ，１９９４年、１１９巻、８７９〜８９０頁；Ｋｎｉｇｈｔ，Ａ．Ｗ．、Ｔｒａｃ  Ｔｒｅｎｄｓ  Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，１９９９年、１８巻、４７〜６２頁）。ＣＬの利点を保持し、かつ、電気化学に発光反応の時間と位置とを制御することができる。反応の時間を制御することによって、免疫又は酵素の接触反応の如き事象が生起するまで光放射を遅らせることができる。同様の制御を、蛍光のような代替検出法について行うことができるが、装置はかなり複雑で高価なものとなる。位置についての制御は、検出器に対して正確に設置される領域への光放射を制限するように使用でき、信号対ノイズの比を増大させることによって感度を向上できる。この良い例は、ＥＣＬと磁性ビーズ技術との組み合わせであり、これによって、分離工程がなくとも結合標識を、未結合標識と区別することができ、このことは、Ｄｅａｖｅｒ，Ｄ．Ｒ．Ｎａｔｕｒｅ，１９９５年、３７７巻、７５８〜７６０頁、及び、Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ，Ｇ．Ｆ．，ら、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．１９９１年、３７巻、１５３４〜１５３９頁、に開示されている。位置の制御は、また、位置感受性検出器を用い、順次か、又は、同時に、並べた電極ごとに応答指令信号を送ることによって同じ試料で２個以上の分析反応の結果を測定するのに用いることもできる。
【００１８】
２’，６’−ジフルオロフェニル１０−メチルアクリダン−９−カルボキシレート（ＤＭＣ）と２’，３’，６’−トリフルオロフェニル１０−メチルアクリダン−９−カルボキシレート（ＰＳ−３）とは、過酸化物の存在下、ペルオキシダーゼ酵素と化学ルミネセンス反応を行うアクリダンカルボン酸誘導体の群に属する。例示化合物は、米国特許第５，４９１，０７２号明細書、第５，５２３，２１２号明細書、第５，５９３，８４５号明細書、第５，６７０，６４４号明細書、第５，７２３，３９５号明細書及び第６，０３０，８０３号明細書に開示されている。これらの特許には、好適なアクリダン化合物の製造方法が記載されている。本発明の実施に有用なアクリダン化合物の第１群は、化学式、
0004733334.tif 000004
で表わされ、ここで、Ｒ1〜Ｒ4が、相互に無関係に、水素原子と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ及びハロゲン原子から選択される１〜５０個の非水素原子を含有する有機基とから選択され、これら基は化学ルミネセンスの発生を妨害することがなく、また、基Ｒ1〜Ｒ4の少なくとも１個の基が、式、
−Ｌ−ＲＧ
で表わされる標識置換基であって、Ｌは結合又は他の二価若しくは多価の基であり得る結合基であり、ＲＧは化学ルミネセンス標識化合物を他の化合物に結合させ得る反応性の基であり、ＺはＯ、Ｓ及びＮＲ5から選択され、Ｒ5は置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のアリール基、アルキルスルホニル及びアリールスルホニル基から選択される基であるものを含むものである。以下の例に制限されるものではないが、Ｒ1〜Ｒ4の代表的な有機基は、アルキル、アルキル、アリール、アリール、アルケニル、アルキニル又はアリールアルキル基で、そのいずれのものも置換され得る基、ハロゲン、ヒドロキシ、アルコキシ、アミノ、アルキルアミノ、カルボニル含有基、例えば、ケト、カルボキシ、カルボキサミド及びカルボアルコキシ、チオ、アルキルチオ、シアノ、ニトロ、トリアルキル−シリロキシ、アルキルスルフォニル、アリールスルフォニル及び陽電荷又は陰電荷のイオンで水溶性を向上させる基がある。アクリダン環を、水素原子以外の０〜８個の置換基で置換でき、これらをＲ2と  Ｒ3として選定する。
【００１９】
結合基Ｌは、化学結合、原子又は原子の直鎖若しくは分枝鎖でその一部は環構造の部分であることができる。置換基は通常１〜約５０個の非水素原子、より普通には１〜約３０個の非水素原子を含有する。鎖を形成する原子はＣ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ及びＳｅ原子から、好ましくはＣ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、及びＳ原子から選択される。ハロゲン原子は鎖又は環上で置換基として存在できる。結合置換基を含む代表的な官能基には、アルキレン、アリーレン、アルケニレン、エーテル、過酸化物、ケトンとしてのカルボニル、エステル、カーボネートエステル、チオエステル又はアミド基、アミン、アミヂン、カルバメート、尿素、イミン、イミド、イミデート、カルボジイミド、ヒドラジン、ジアゾ、ホスホジエステル、ホスホトリエステル、ホスホナートエステル、チオエーテル、ジスルフィド、スルフォキサイド、スルフォン、スルフォナートエステル、スルフェートエステル及びチオ尿素基がある。
【００２０】
反応性の基ＲＧは、その存在が共有結合又は物理的な力によって他の分子への結合を促進する原子又は基である。若干の実施形態において、例えば、反応性の基がハロゲン原子又はトシラート基のような離脱性の基であり、化学ルミネセンスの標識化合物が求核的置換反応によって他の化合物に共有結合する場合には、当該他の化合物への本発明の化学ルミネセンス標識化合物の結合は、該反応性の基から１個以上の原子の欠損を伴うであろう。別の実施形態では、共有結合の形成による他の化合物への化学ルミネセンス標識化合物の結合は、付加反応、例えば、マイケル付加反応又は反応性の基がイソシアネート又はイソチオシアネート基の場合に生じるように、該反応性の基の内部で結合の再編成を伴うであろう。更に別の実施形態では、結合は共有結合の形成を含まず、寧ろ物理的な力であり、その場合には反応性の基は不変のままであろう。物理的な力とは、引力、例えば、水素結合、静電気性又はイオン性引力、塩基スタッキングのような疎水性引力、並びに特異的親和性相互作用、例えば、ビオチン−ストレプトアビヂン、抗原−抗体及びヌクレオチド−ヌクレオチド相互作用を意味する。
【００２１】
多数のアクリダン化合物が、過酸化物の存在下で（Ａｇ／ＡｇＣｌに関して）正の電位で電気化学ルミネセンスを発することが見出された。その例には、
0004733334.tif 000005
0004733334.tif 000006
がある。
【００２２】
本発明の電気化学ルミネセンス法に有用なアクリダン化合物の第２群は、９位に環外二重結合を有し、かつ、化学式、
0004733334.tif 000007
で表わされ、ここで、Ｚ1及びＺ2は相互に無関係に、Ｏ、Ｓ及びＮＲ5から選択され、Ｒ5は置換又は無置換のアルキル、置換又は無置換のアリール、アルキルスルフォニル及びアリールスルフォニル基から選択される基であり、Ｒ1〜Ｒ4は、先に定義したとおりであるアクリダン化合物の一群を含むものである。基Ｘは、水素原子と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ及びハロゲン原子から選択される１〜５０個の非水素原子を含有する有機基とから選択され、化学ルミネセンスの発生を妨害するものではなく、好ましくは、１〜２０個の炭素原子のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルケニル又はアルキニル基で、そのいずれのものも置換され得る基、から選択される基であるか、又は、１〜２０個の炭素原子を有する置換又は無置換のアルキル又はアリールカルボニル基、トリ（Ｃ1〜Ｃ8アルキル）シリル基、ＳＯ3-基、グリコシル基及び化学式ＰＯ（ＯＲ’）（ＯＲ”）で表わされるホスホリル基から選択される基であり、ここで、Ｒ’及びＲ”は、相互に無関係に、１〜２０個の炭素原子の置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のアリール基及び置換又は無置換のアリールアルキル基、トリアルキルシリル基、アルカリ金属陽イオン、アルカリ土類陽イオン、アンモニウム及びホスホニウム陽イオンから選択される。置換したアルキル基は少なくとも１種の、水素原子以外の基、例えば、イオン性又は極性の基を含有する。基Ｘは、任意に、上記に定義した基  −Ｌ−ＲＧ  を含み得るものである。
【００２３】
この種の化合物の好ましいセットは、基Ｚ2Ｘ2として、ホスフェート基を有し、化学式、
0004733334.tif 000008
で表わされ、ここで、Ｍは陽イオン、好ましくはアルカリ金属イオン又はアンモニウム、第４級アンモニウム若しくは第４級ホスホニウムイオンである。化合物の他の群はエステル基を有し、化学式、
0004733334.tif 000009
で表わされ、ここで、Ｚ1及びＲ1〜Ｒ4は先に定義したとおりであり、Ｒ6は更に置換され得るアルキル又はアリール基である。
【００２４】
この種の多数のアクリダン化合物は、過酸化物の存在下で（Ａｇ／ＡｇＣｌに関して）正の電位で電気化学ルミネセンスを発することが見出された。その例には下記の化合物がある。
0004733334.tif 000010
【００２５】
電気化学的及びルミネセンス測定を遂行するための好適な計器使用は、米国特許第５，７８６，１４１号明細書中に上述のＤｅａｖｅｒとＢｌａｃｋｂｕｒｎの参考文献として開示されており、下記に詳細に例示する。本発明方法を実施するのに有用な装置を、図１に示す。電気化学業界で既知の多種類の電極材料を使用することができ、黒鉛棒、白金線又は白金網などが含まれる。物理的外形、寸法及び配置は、使用者の便宜に応じ決定でき、本発明の本質を制限するものではない。透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極は、該電極の背後に検出器を配置することによって、該電極と溶液との間の界面で放射された光の強度を測定することができるので、電気化学ルミネセンス（ＥＬＣ）における使用には好ましい。これにより、溶液中の吸光分子からの妨害を避ける。ＩＴＯは多くの場合に電極として使用されている。それは、大きな光学的バンドキャップを有し、従って、電磁スペクトルの可視領域での光に対して透明である。このことは、ＩＴＯ表面での放射光を、溶液中の吸光分子からの妨害を受けずに電極を介して検出器まで伝達させることができるので、ＥＣＬの作業にとっては好ましいことである。この利点に対しては、１Ｖの過剰の陽極電位の腐食作用と、過酸化水素が酸化され（又は還元され）る場合に見られるエレクトロルミネセンスの腐蝕作用とによってもたらされる制限を比較考量しなければならない。電極表面での酸化スズの増加による陽極電位の腐食作用は、導電率の低下を引き起こす。陽極のエレクトロルミネセンスは、アクリダンとルミノールＥＣＬにおけるバックグラウンドノイズの原因であり、このことは感度の減少を起すものである。
【００２６】
ＤＭＣとＰＳ−３との電気化学的及び化学的ルミネセンスの特性を詳細に検討したが、多数の関連アクリダンが電気化学ルミネセンスアッセイに好適であると理解すべきものであった。アクリダンは光線除外の条件で２年間以上も環境温度で化学ルミネセンス活性に目立った変化もなく、固体状で安定であった。ＤＭＣは８時間、ＰＢＳ中で安定であり、相応するアクリジニウムエステルと異なり、擬塩基生成の傾向はなかった。従って、標識は、抗体又はヌクレオチド結合反応が生起している期間中、活性を保っている。この期間の終期に、サンプルをフローセルにポンプで注入したが、そこで、懸濁液中の固形相に結合したアクリダン標識をサンプルの残余から分離し、電極上に濃縮した。次いでフローセルを、アクリダンの接触酸化をする微量の金属イオン汚染物を除去するためのＥＤＴＡと、光放射を強化するための非イオン性洗剤（Ｔｗｅｅｎ−２０）とを含有する緩衝過酸化水素溶液で満たした。
【００２７】
ルミノメトリー性（Ｌｕｍｉｎｏｍｅｔｒｉｃ）検出によるサイクリックボルタンメトリーと線形掃引（ｌｉｎｅａｒ  ｓｗｅｅｐ）ボルタンメトリーをＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極で実施した。代表的な実験では、ＤＭＣと、対応するアクリジニウムエステルとの濃度を夫々５０μＭと５μＭとにした。図２に示すＤＭＣの第２のサイクリックボルタモグラム（ＣＶ）（ｃｙｃｌｉｃ  ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ）は、０．７６Ｖ（ピークＡ）、−０．２５（ピークＢ）及び−０．１１Ｖ  （ピークＣ）に位置する３つのピークがある。過酸化水素の存在下にＤＭＣに用いた電位に対する４３０ｎｍの光強度のプロット（図３）は、図２のピークＡの位置に対応する０．７５Ｖに単一のピークを有している。
0004733334.tif 000011
このことは、ピークＡが上に示したように、対応するアクリジニウムエステルへのＤＭＣの２電子酸化を表すことを示唆している。次いで、アクリジニウムエステルは下記に示す如く過酸化水素と反応して化学ルミネセンスを発生する。
0004733334.tif 000012
【００２８】
図２のピークＢとＣとは、ＤＭＣの酸化後のＣＶにのみ現れるので、ピークＢは酸化生成物の還元を表しているに違いない。過酸化水素の存在下での光放射は、ＤＭＣが酸化するときにアクリジニウムエステルを生成することを示し、また、ピークＢに対する最も単純な説明は、下記、
0004733334.tif 000013
に示されるように、この生成物の還元を意味するものである。このことは、ＣＶが過酸化水素の存在下で得られる場合には、原因となる化合物が過酸化物と反応する場合に考えられる如く、ピークＢは殆ど存在しないという観察によって支持される。更にＤＭＣに対応するアクリジニウムエステルの真正のサンプルでのこの仮定の研究の結果、図２のＢとＣとに一致する２つのピークを持ったＣＶが得られた。
【００２９】
ＨＲＰによるＤＭＣの酵素的酸化は、非酵素的脱プロトン化と区別される、２種の一電子酸化工程で生起するとの報告がある。対応する電気化学的径路は、古典的なＥＣＥメカニズムであり、そこでは２つの酵素工程が電気化学的酸化によって置き換えられる。しかし、アクリダンについての先の研究は、プロトン化と非プロトン化ラジカル中間体の間の不均衡の結果として第二の酸化工程が溶液中で生起するという、今迄と異なるメカニズムを暗示している（Ｈａｐｉｏｔ，ら、同書）。いずれのメカニズムがＤＭＣに当てはまるかを明らかにするには、更なる研究が必要である。
【００３０】
ｐＨ（図５）と過酸化水素の濃度（図６）とがＤＭＣの電気化学ルミネセンスに対して有する作用の検討によって、それがｐＨ８．０で、１０ｍＭの過酸化水素の存在下、少なくとも４０分間安定であることが分かった。これは、フローセルを溶液で満たすに必要な時間よりかなり長く、かつ、ほとんどの結合反応に必要な時間よりも長く、このことは、他の試薬と分析試料が１０ｍＭの過酸化水素によって影響されないことを前提として、分離不要アッセイを実施できることを示唆するものである。電気化学ルミネセンス溶液のｐＨ（８．０）は、結合反応を実施するｐＨ（代表的には７．５）に近いので、結合した抗体又はヌクレオチド二本鎖分子の解離は、フローセルを充填する間には起こりそうにもない。０〜１０ｎＭの範囲におけるＤＭＣの濃度に対する積算した光強度のプロットは直線であった。ゼロキャリブレータ（ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ）（ｎ＝９）の平均値＋２．５×ＳＤに当量の濃度として計算した検出限界は５４ｐＭであった。この数字は、たとえ電極でのアクリダンの前濃縮がなくても、イムノアッセイを用いて実施される多くの分析反応の要求を満足する。これはルミノール電気化学ルミネセンスに対して報告された１００ｐＭの下限に十分匹敵するものであり、ルテニウムキレートについて報告されている０．２ｐＭという検出限界にも十分近く、より強い電気化学ルミネセンスを発する関連アクリダンが、事実上の現存標識に対する代替品となることを示唆している。
【００３１】
他のアクリダンエステル、２’，３’，６’−ジフルオロフェニル１０−メチルアクリダン−９−カルボキシレ−ト（ＰＳ−３）とルミノールとのＥＣＬを、ＩＴＯ電極を用いて測定した。全化合物の電気化学とＥＣＬとを、ルミノメトリー性検出を用いてサイクリックボルタンメトリー及び線形掃引ボルタンメトリーによって検討した。アクリダンエステルの電気化学的酸化により、該アクリダンエステルをＨ2Ｏ2と化学ルミネセンス反応を行う対応するアクリジニウムエステルに転化する。ルミノールの電気化学的酸化もまた、Ｈ2Ｏ2と化学ルミネセンス反応を行う生成物を生ずる。アクリダンエステルとルミノールとのＥＣＬへのｐＨとＨ2Ｏ2濃度との影響を平面フローセルで検討した。アクリダンエステルは、Ｈ2Ｏ2の存在下、ｐＨ８．０で少なくとも４０分間安定であった。これらの条件下でアクリダンエステルとルミノールとの検出限界は、夫々６５ｐｍと７２ｐＭであった。
【００３２】
アッセイ
電気化学ルミネセンス反応は、何年も前から知られていたが、分析技術としてその潜在力を開発する努力は最近始まったばかりである。最近、最も成功した展開はＥＣＬと常磁姓ビーズ技術との組み合わせであり、それによって、高処理量のイムノアッセイ（Ｇａｔｔｏ−Ｍｅｎｋｉｎｇ，  Ｄ．Ｌ．，  Ｙｕ，Ｈ．，  Ｂｒｕｎｏ，Ｊ．Ｇ．，  Ｇｏｏｄｅ，Ｍ．Ｔ．，  Ｍｉｌｌｅｒ，Ｍ．，  Ｚｕｌｉｃｈ．Ａ．Ｗ．  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  １９９５年、  １０巻、５０１〜５０７頁；Ｙｕ，Ｈ．Ｊ．  Ｉｍｍｕｎｏｌ．  Ｍｅｔｈｏｄｓ  １９９６年、１９２巻、１６３〜１７１頁）及びヌクレオチドアッセイ（Ｚｈａｏ，  Ｓ．，  Ｃｏｎｓｏｌｉ，  Ｕ．，  Ａｒｃｅｒｉ，  Ｒ．，  Ｐｆｅｉｆｅｒ，  Ｊ．，  Ｄａｌｔｏｎ，  Ｗ．Ｓ．；，  Ａｎｄｒｅｅｆｆ，  Ｍ．  ＢｉｏＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、１９９６年、２１巻、７２６〜７３１頁；Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌ，  Ｃ．Ｄ，  Ｊｕｈａｓｚ，  Ａ．，  Ｋｕｏ，  Ｃ．，  Ｒｅｅｄｅｒ，  Ｄ．Ｊ．，  Ｈｏｏｎ，  Ｄ．Ｓ．Ｂ．  Ｃｌｉｎ．  Ｃｈｅｍ．  １９９８年、４４巻、１１６１〜１１６９頁）を実施することが可能となった。電気化学ルミネセンス化合物で標識を付したハプテン又は抗体と相補性抗体で被覆した常磁性ビーズとを試料と混合することによって、イムノアッセイを実施した。抗体反応を生起させた後、常磁性ビーズに結合した材料が磁気的に電極に濃縮しているフローセルに溶液をポンプ注入した。未結合の材料を洗い流す前か又は後のいずれかに電極に正の電位を印加することによって、電気化学ルミネセンスを開始させる。このアッセイは、速度、感度、自動化及び広範囲の濃度での検出などを含む分析技術としての電気化学ルミネセンスの有利性を示す。
【００３３】
ルミノールと同様に、アクリダン化合物は酵素によって、又は、電気化学によって酸化され得るが、いずれの場合も酸化生成物はＨ2Ｏ2と反応し化学ルミネセンスを発生する。両化合物の検出限界は、特異的使用条件下で、かつ、イムノアッセイとヌクレオチドアッセイに好適な濃度範囲で類似している。イムノアッセイ又はハイブリッド形成アッセイをアクリダン化合物で実施するためには、抗体又は核酸プローブのようなマーカー化合物に共有結合するための結合又は標識化する基を提供する必要がある。分析試料及び特定の結合化合物への電気化学ルミネセンス標識化化合物の結合は、有機化学及びアッセイ開発における当業者に既知の任意の好適な反応によって行うことができる。
【００３４】
ヌクレオチド二重螺旋へのアクリダンの挿入は、挿入によるアクリジニウムエステルの加水分解のシールドと関連する方法で、電極による酸化からシールドできることが予想される。ルミノールのような化合物からの光放射が消滅するマトリックスにおけるアクリダンのＥＣＬも又予想される。
【００３５】
実施例
２’−６’−ジフルオロフェニル１０−メチルアクリダン−９−カルボキシレート（ＤＭＣ）を、米国特許第５，５９３，８４５号明細書中に開示されている方法により作製した。ＤＭＣの原液は、１：１  エタノール−ジオキサン中で調製した。全ての作業は、別途提示しない限り、０．１Ｍ  ＮａＣｌ  １０ｍＭ、１ｍＭ  ＥＤＴＡおよび０．０２５％ツイン（Ｔｗｅｅｎ）−２０を含有する、ｐＨ８．０の１０ｍＭトリス緩衝液中で行った。ＤＭＣの原液を緩衝液中に溶解して、濃度０．２５％の最終溶媒とした。全てのＤＭＣ溶液から光を排除した。
【００３６】
第２アクリダン化合物２’，３’，６’−ジフルオロフェニル１０−メチルアクリダン−９−カルボキシレート（ルミゲン  ＰＳ−３）を、米国特許第５，５９３，８４５号明細書中に記載されているように作製した。原液を、１：１のエタノール：１，４−ジオキサン中で調製した。アクリダンホスフェート化合物９−（フェニルチオホスホリルオキシメチリデン）−１０−メチル−アクリダン二ナトリウム塩（ＡＰＳ−２）を、米国特許第６，０４５，７２７号明細書中に記載されているように調製した。
【００３７】
装置
透明電極を、バルツァー（バッキンガムシャー、英国）社製の、シート抵抗２００Ｗ／（Ｒ）（オーム毎平方）を有するＩＴＯ被覆ガラスから作製した。線形掃引測定を、パーキン−エルマー（Ｐｒｔｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ）ＭＰＦ−４３分光蛍光計に配置したキュベットからなる３個の電極セルで行った。参照電極は検討すべき溶液中に浸漬される塩化銀被覆銀線とし、カウンター電極はプラチナ線とした。これら電極を、セル中に、ＩＴＯ被覆ガラス作用電極の背後に配置した。ＩＴＯ表面は、スリット幅２０ｎｍで４３０ｎｍにセットした検出器の方向を向けた。電位を、自社製のポテンシオスタットおよび波形発生器（ＰＰＲ１、ハイ−テックインストルメンツ（Ｈｉ−Ｔｅｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、バッキンガムシャー、イングランド）を用いて制御した。サイクリックボルタンメトリーを、同様のセル中で、別途提示しない限り、エコケミーオートラボＰＧＳＴＡＴ２０ポテンシオスタット（エコケミー（Ｅｃｏ  Ｃｈｅｍｉｅ）、ウルトレヒト、オランダ）を用いて、行った。フロー注入測定を、薄層フローセル中で、ＩＴＯ作用電極およびＡｇ／ＡｇＣｌのカウンター／参照電極を用いて行った。ＰＭＴボルト数は、ボルト数が１５００Ｖである検出限界測定を除いて、１０００Ｖとした。層流（ｌａｍｉｎａｒ）フローセルを、図１中に示す。このセルの本体はＰＴＦＥからなり、ＩＴＯ作用電極に対して、防湿性の両面粘着テープを用いてシールされている。全ての電位は、Ａｇ／ＡｇＣｌに関するものである。
【００３８】
ＤＭＣの電気化学ルミネセンス
線形掃引測定
ＤＭＣを、最終濃度５０μＭまで、１０ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液中に溶解した。電位を１０ｍＶｓ-1にて陽極方向に掃引しながら４３０ｎｍでの光強度および電流を記録した。
【００３９】
即時ＥＣＬ過渡電流
ＤＭＣを、最終濃度５ｎＭまで、１０ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液中に溶解した。過渡電流を、薄層フローセル内への溶液のポンプ注入および全１８０ｓ間（０〜３０ｓでは付加電位は０Ｖであり、３０〜６０ｓでは１Ｖであり、また６０〜１８０ｓでは０Ｖであった）の光強度の記録により得た。過渡電流の二次調整は、１Ｖの電位を付加するための時間を全１８０ｓに拡張したことを除き、同様の方法で得た。
【００４０】
過酸化水素およびｐＨのＥＣＬへの影響
過酸化水素の影響を、０〜５０ｍＭの濃度範囲でＨ2Ｏ2を含有する緩衝液中に、最終濃度１０ｎＭまでＤＭＣを溶解することにより検討した。ｐＨの影響を、７〜１０のｐＨ範囲で１０ｍＭのＡＭＰおよび１０ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液中に、最終濃度１０ｎＭまでＤＭＣを溶解することにより検討した。測定は、薄層セル中で、付加電位が０Ｖである３０ｓ間の光強度を積算し、付加電位が１Ｖであるとき３０ｓ間に得られる積分からそれを減ずることにより行った。５つの測定は、夫々の濃度／ｐＨにて、全４０分間にわたり行った。
【００４１】
安定性測定
１ｍＭ  ＥＤＴＡおよび０．０２５％ツイン−２０を含有するホスフェート緩衝サリン（ＰＢＳ）中のＤＭＣ（１０μＭ）を、活性に関して、全８時間にわたり、最終濃度１００ｎＭまで、１０ｍＭ  Ｈ2Ｏ2を含有するトリス緩衝液を用いて希釈し、過酸化水素の濃度およびｐＨに関する電気化学ルミネセンス信号を測定することにより、分析した。
【００４２】
検出限界
０〜１０ｎＭの濃度範囲のＤＭＣを、１０ｍＭ  Ｈ2Ｏ2を含有する緩衝液に添加した。５回の測定を、夫々の濃度にて、過酸化水素の濃度およびｐＨの検討に関してと同様の方法で行った。
【００４３】
線形掃引ボルタンメトリーは、ピークの電気化学ルミネセンスが電位０．７５Ｖにて生ずることを示し（図３）、これは、アクリジニウムエステルと過酸化水素との化学ルミネセンス反応を伴う、アクリジニウムエステルへのＤＭＣの２電子酸化に対応する。このことは、０．７５Ｖの過剰電位が分析作業に好適であることを暗示しており、図４に示す即時過渡電流は、１．０Ｖの電位が層流フローセル中のナノモル濃度のＤＭＣに付加されたときに、光強度が時間につれてどう変化するかを記録する。電流の大部分は、ＥＤＴＡの酸化に起因し、これは、光放射反応に影響しない。疑塩基は、アクリジニウムエステルが過酸化水素の存在下で生成するために形成されず、水酸化物イオンがアダクトを形成する速度よりも約１０4倍速い速度にて、即座にそれと反応する。
【００４４】
ＰＳ−３の電気化学ルミネセンス
線形掃引測定
ＰＳ−３およびルミノールを、最終濃度５０μＭまで、１０ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液１中に溶解した。光強度および電流を、電位を１０ｍＶｓ-1にて陽極方向に掃引しながら記録した。
溶液
緩衝液１：１０ｍＭトリス緩衝液、ｐＨ８．０、０．１Ｍ  ＮａＣｌ、１ｍＭ  ＥＤＴＡ  ０．０２５％ツイン−２０。緩衝液２：０．１５Ｍホスフェート緩衝液、ｐＨ７．０、１０ｍＭ  ＮａＣｌ、０．０５％ツイン−２０。
【００４５】
サイクリックボルタンメトリー
緩衝液１中のＰＳ−３（５０μＭ）の２種の連続的なサイクリックボルタモグラム（ＣＶｓ）を作製した。ＥＤＴＡは緩衝液から排除したが、これは、ＥＤＴＡがＰＳ−３と同様の電位領域内で電気的に活性で、その電気化学をわかりにくくするためである。ＰＳ−３のサイクリックボルタンメトリーは、１０ｍＭ  Ｈ2Ｏ2の存在下で繰り返された。緩衝液１中のルミノール（５０μＭ）のＣＶを作製した。ここでも、ＥＤＴＡは電気的に活性であるため排除した。
【００４６】
即時ＥＣＬ過渡電流
ＰＳ−３およびルミノールを、最終濃度５０ｎＭまで、２．５ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液１中に溶解した（ルミノールについて１０ｍＭ）。過渡電流を、薄層フローセル内への溶液のポンプ注入および全１８０ｓ間（０〜３０ｓでは付加電位は０Ｖであり、３０〜２１０ｓでは１Ｖであり、また２１０〜３３０ｓでは０Ｖであった）の光強度の記録により得た。
【００４７】
Ｈ2Ｏ2の濃度およびｐＨの、ＰＳ−３およびルミノールのＥＣＬへの影響
Ｈ2Ｏ2の影響を、ＰＳ−３またはルミノールを、最終濃度１０ｎＭまで、０〜１０ｍＭの濃度範囲内でＨ2Ｏ2を含有する緩衝液１中に溶解することにより検討した（ルミノールについて０〜５０ｍＭ  Ｈ2Ｏ2）。７〜１０の範囲内のｐＨの影響を、ＰＳ−３またはルミノールを、最終濃度１０ｎＭまで、１０ｍＭの２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールおよび２．５ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液１中に溶解することにより検討した（ルミノールについて１０ｍＭ  Ｈ2Ｏ2）。測定を、薄層フローセル中で、付加電位が０Ｖである３０ｓ間の光強度を積算し、電位が１Ｖであるとき３０ｓ間に得られる積分からそれを減ずることにより行った。５回の測定を、夫々のＨ2Ｏ2濃度／ｐＨにて、全４０分間行った。Ｈ2Ｏ2の濃度およびｐＨの、ＰＳ−３のＥＣＬへの影響は、ＤＭＣ化学ルミネセンスへのそれと同様であった。
【００４８】
検出限界
０〜１２５０ｐＭの濃度範囲のＰＳ−３およびルミノールを、２．５ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液１中に溶解した（ルミノールについて１０ｍＭ  Ｈ2Ｏ2）。測定を、薄層フローセル中で、Ｈ2Ｏ2およびｐＨのＰＳ−３およびルミノールへの影響に関し行った。
【００４９】
線形掃引測定および付加電位のＩＴＯへの影響
ＥＣＬのＰＳ−３およびルミノールに関する電位依存性を検討した。ピーク電位は０．７５０Ｖ（ＰＳ−３）および０．６８５Ｖ（ルミノール）であった。これらの結果は１Ｖの付加電位がＰＳ−３およびルミノールのＥＣＬ検出に好適であることを示唆している。電位周期試験は、他の研究者による結論、即ち、１Ｖより大きい陽極電位がＩＴＯ電極の不加逆な侵食を引き起こすことを支持している。これを避けるために、薄層フローセル中で行った全ての作業について、１．０Ｖの最大電位を用いた。
【００５０】
ＰＳ−３の電気化学およびＥＣＬ
ＰＳ−３の電気化学およびＥＣＬは、ＤＭＣと同様である。その結果は、アクリダンの電気化学酸化が対応するアクリジニウムエステルを生成し、Ｈ2Ｏ2と反応して４３０ｎｍにて光放射を生ずるというプロセスを支持する。ＤＭＣについて観察されているように、ＣＶｓは３ピークのパターンを示す。１つのピークは、最大ＥＣＬ強度と厳密に一致し、アクリダンのアクリジニウムエステルへの正味２電子酸化に対応する。第２および第３のピークは、夫々アクリジニウムエステルのアクリダニル基への１電子還元およびそのエステルへの再酸化を表す。これらのピークはサイクリックボルタンメトリーがＨ2Ｏ2の存在下で行われるときには現れない。
【００５１】
即時ＥＣＬ過渡電流
ＰＳ−３およびルミノールのＥＣＬ過渡電流において、光強度は正電位の付加後数秒で最大値に達し、続いて起こる化学ルミネセンス反応が急速であることを示す。アクリダンエステルについて、続いて起こる反応の速さはフェノール離脱基のｐＫａにより左右され、興味深いことに、有効な離脱基の少ないＤＭＣと比較して、ＰＳ−３のより急速なルミネセンス減衰速度論は対照的である。バックグラウンドＥＣＬまたはエレクトロルミネセンスからの干渉が問題となる溶液中では、反応速度論の操作は、電位がゼロに戻った後に積算され得る持続する光の生成に用いられる。
【００５２】
過酸化水素およびｐＨのＰＳ−３およびルミノールＥＣＬへの影響
ｐＨ８．０では、ＰＳ−３は、Ｈ2Ｏ2濃度が２．５ｍＭを超えないならば、長時間にわたり安定である。この不安定性はｐＨの上昇に伴い増大する。更なる検討により、ＰＳ−３がｐＨ９．０で少なくとも４０分間、Ｈ2Ｏ2の不存在下で安定であり、溶存酸素がＨ2Ｏ2の存在下で観察される不活性化速度を増進しなかったことが示された。ＰＳ−３における更なる作業を、これが少なくとも４０分間安定であるｐＨ８．０およびＨ2Ｏ2濃度２．５ｍＭで行った。
【００５３】
検出限界
積算光強度のＰＳ−３濃度に対するプロットは、０〜１２５０ｐＭの濃度範囲において直線であった。検出限界（２×Ｓ．Ｄ．ブランク（ｎ＝９））はＰＳ−３について６７ｐＭであり、ルミノールについて７２ｐＭであった。双方の場合において、積算光強度の濃度に対するプロットは、ゼロ濃度での原点を通過しなかったが、これは、ＩＴＯ電極におけるＨ2Ｏ2酸化を伴うバックグラウンドエレクトロルミネセンスのためである。
【００５４】
アクリダンホスフェートの電気化学ルミネセンス
ＡＰＳ−２と命名されたアクリダンホスフェート化合物は、下記式、
0004733334.tif 000014
で表わされ、ＰＳ−３を用いて上述の条件で酸化性の条件下で、電気化学ルミネセンスを示すことが見出された。ＡＰＳ−２を最終濃度５０μＭまで、１０ｍＭのＨ2Ｏ2を含有する緩衝液１中に溶解した。光強度および電流を、電位を１０ｍＶｓ-1にて陽極方向に掃引しながら記録した。緩衝液１：１０ｍＭトリス緩衝液、ｐＨ８．０、０．１Ｍ  ＮａＣｌ、１ｍＭ  ＥＤＴＡ  ０．０２５％ツイン−２０。緩衝液２：０．１５Ｍホスフェート緩衝液、ｐＨ７．０、１０ｍＭ  ＮａＣｌ、０．０５％ツイン−２０。
【００５５】
サイクリックボルタンメトリー
緩衝液１中のＡＰＳ−２（５０μＭ）の２つの連続的なサイクリックボルタモグラム（ＣＶｓ）を、１０ｍＭ  Ｈ2Ｏ2の存在下で得た。ＥＤＴＡを緩衝液から排除したが、これは、ＥＤＴＡがＡＰＳ−２と同様の電位領域中で電気的に活性で、その電気化学をわかりにくくするためである。Ｈ2Ｏ2の不存在下におけるＡＰＳ−２のサイクリックボルタンメトリーは光を発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  アクリダンの電気化学的ルミネセンスの検出に用いる層流のフローセルを示す図である。
【図２】  ０．１ＭのＮａＣｌ、１０ｍＭの過酸化水素及び０．０２５％のツイン−２０を含む１０ｍＭのトリス緩衝液中、５０μＭのＤＭＣの、２種の連続的サイクリックボルタモグラムを示すグラフである。走査速度は毎秒１００ｍＶで、第１の走査はピークＡ及びＢを含有する。第２の走査は、ピークＡ、Ｂ及びＣを含有する。
【図３】  ０．１ＭのＮａＣｌ、１０ｍＭの過酸化水素、１ｍＭのＥＤＴＡ及び０．０２５％ツイン−２０を含む１０ｍＭのトリス緩衝液中、ｐＨ８．０で、走査速度毎秒１０ｍＶでの、５０μＭのＤＭＣの電位に対する電気化学ルミネセンスの依存性を示すグラフである。
【図４】  ０．１ＭのＮａＣｌ、１０ｍＭの過酸化水素、１ｍＭのＥＤＴＡ及び０．０２５％のツイン−２０を含む１０ｍＭのトリス緩衝液中、ｐＨ８．０における５ｎＭのＤＭＣについて、０〜１Ｖの電位段階に対する（Ａ）光と（Ｂ）電流との遷移状況を示すグラフである。
【図５】  ０．１ＭのＮａＣｌ、１ｍＭのＥＤＴＡ及び０．０２５％のツイン−２０を含む１０ｍＭトリス緩衝液中、ｐＨ８．０における１０ｎＭのＤＭＣに関する過酸化水素濃度に対する電気化学ルミネセンスの依存性を示すグラフである。７分間隔で５種の測定を、０〜１Ｖの電位段階後の３０秒間の光強度の積算によって、各濃度について行なった。
【図６】  ０．１ＭのＮａＣｌ、１０ｍＭの過酸化水素、１ｍＭのＥＤＴＡ及び０．０２５％のツイン−２０を含む１０ｍＭのトリス／ＡＭＰ緩衝液中の１０ｎＭのＤＭＣに関する、ｐＨに対する電気化学ルミネセンスの依存性を示すグラフである。０〜１Ｖの電位段階後の、３０秒間の光強度を積算することにより、各濃度で、７分間隔で５種の測定を行った。
【図７】  過酸化水素での１におけるＡＰＳ−２の２種の連続的サイクリックボルタモグラムを示すグラフである。走査速度は、毎秒１０ｍＶ。
【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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