JP2017101928A - 水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定する新規な方法であって、偽陽性の結果をもたらさない方法を提供すること。【課題を解決するための手段】本発明は、水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定する方法であって、以下の工程を具備する:(a) グアニン四重鎖を形成可能なDNA、水溶性バリウム化合物およびバリウムイオンを含有する液体からなる群から選択される少なくともいずれか1つ、ヘミン、ペルオキシダーゼ発色基質、および過酸化水素水を前記水溶液に添加する工程、および(b) 前記工程(a)の後、前記水溶液が青色を呈した場合には、水溶液がカリウムイオンを含有していると判定する工程。【選択図】なし

Description

本発明は、水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定する方法に関する。
非特許文献1は、水溶液に含有されるカリウムイオンをグアニン四重鎖を用いて検出する方法を開示している。非特許文献1に開示された方法では、カリウムイオンを含有すると思われる水溶液に、グアニン四重鎖を形成可能なDNA、ヘミン、3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine、および過酸化水素水が添加される。水溶液がカリウムイオンを含有する場合、水溶液は、青色を呈する。
非特許文献2もまた、水溶液に含有されるカリウムイオンをグアニン四重鎖を用いて検出する方法を開示している。非特許文献2に開示された方法では、水溶液に、グアニン四重鎖を形成可能なDNA、ヘミン、2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic Acid Ammonium Salt)、および過酸化水素水が添加される。水溶液がカリウムイオンを含有する場合、水溶液の吸光度は、およそ420ナノメートルの波長でピークを有する。3,3’,5,5’-tetramethylbenzidineおよび2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic Acid Ammonium Salt)は、いずれもペルオキシダーゼ発色基質である。
Xuan Yang et. al., "Potassium-sensitive G-quadruplex DNA for sensitive visible potassium detection", Analyst, 2010, Vol. 135, pp. 71-75 Tao Li et. al., "G-Quadruplex-based DNAzyme as a sensing platform for ultrasensitive colorimetric potassium detection", Chemical Communications, 2009, pp. 580-582
後の実験例において実証されるように、非特許文献1または非特許文献2に開示されている従来の方法では、偽陽性の結果がもたらされる。言い換えれば、これらの従来の方法では、カリウムイオンが含まれる水溶液だけでなく、カリウムイオンが含まれない水溶液もまた、青色を呈する。
本発明の目的は、水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定する新規な方法であって、偽陽性の結果をもたらさない方法を提供することである。
本発明は、水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定する方法であって、以下の工程を具備する:
(a) グアニン四重鎖を形成可能なDNA、水溶性バリウム化合物およびバリウムイオンを含有する液体からなる群から選択される少なくともいずれか1つ、ヘミン、ペルオキシダーゼ発色基質、および過酸化水素水を前記水溶液に添加する工程、および
(b) 前記工程(a)の後、前記水溶液が青色を呈した場合には、水溶液がカリウムイオンを含有していると判定する工程。
本発明は、偽陽性の結果をもたらさない。
図1は、実験例1の結果を示す写真である。 図2は、対照実験例1の結果を示す写真である。
以下、本発明が詳細に説明される。
(工程(a))
工程(a)では、水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定するために、グアニン四重鎖を形成可能なDNA、水溶性バリウム化合物またはバリウムイオンを含有する溶液の少なくともいずれか一方、ヘミン、ペルオキシダーゼ発色基質、および過酸化水素水が水溶液に添加される。
(グアニン四重鎖)
グアニン四重鎖は、グアニンに富む核酸配列により形成される。グアニン四重鎖を形成可能なDNAの例が、以下、列挙される。いうまでもないが、DNAに含まれる全ての塩基はD体である。
5’―GTGGGTCATTGTGGGTGGGTGTGG―3’(配列番号:01)
(バリウムイオン)
本発明は、水溶液がバリウムイオンを含有することによって特徴づけられる。水溶液に水溶性バリウム化合物が添加される。または、バリウムイオンを含有する液体が水溶液に添加される。このようにして、水溶液にバリウムイオンが供給される。水溶性バリウム化合物およびバリウムイオンを含有する溶液の両者が水溶液に添加されても良い。
水溶性バリウム化合物の例は、塩化バリウムまたは硝酸バリウムである。水溶性バリウム化合物が水に溶解されると、水溶性バリウム化合物はバリウムイオンおよびカウンターアニオンに分解する。硫酸バリウムのような難溶性バリウム化合物は本発明では用いられない。
バリウムイオンを含有する水溶液は、例えば、塩化バリウムを純水に溶解することにより調製され得る。
(ヘミン)
ヘミンは、以下の化学構造を有するポルフィリンの一種である。
Figure 2017101928
(ペルオキシダーゼ発色基質)
ペルオキシダーゼ発色基質の例が、以下、列挙される。
4-Aminoantipyrine Hydrochloride(CAS番号:22198-72-7)
2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic Acid Ammonium Salt)(以下、「ABTS」という、CAS番号:30931-67-0)
4-Aminoantipyrine (CAS番号:83-07-8)
5-Aminosalicylic Acid (CAS番号:89-57-6)
Sodium 3,5-Dichloro-2-hydroxybenzenesulfonate (CAS番号:54970-72-8)
2,4-Dichlorophenol (CAS番号:120-83-2)
N,N-Dimethylaniline(CAS番号:121-69-7)
N,N-Diethyl-m-toluidine (CAS番号:91-67-8)
3-Methyl-2-benzothiazolinonehydrazone Hydrochloride Hydrate(CAS番号:149022-15-1)
1,2-Phenylenediamine Dihydrochloride (CAS番号:615-28-1)
1,2-Phenylenediamine (CAS番号:95-54-5)
Sodium 3-[Ethyl(m-tolyl)amino]-2-hydroxy-1-propanesulfonate Hydrate(CAS番号:82692-93-1)
Sodium 3-(N-Ethylanilino)propanesulfonate(CAS番号:82611-85-6)
Sodium 3-(N-Ethyl-3-methoxyanilino)-2-hydroxy-1-propanesulfonate (CAS番号:82692-96-4)
N-(2-Hydroxy-3-sulfopropyl)-3,5-dimethoxyaniline Sodium Salt(CAS番号:82692-88-4)
2,4,6-Tribromo-3-hydroxybenzoic Acid(CAS番号:14348-40-4)、および
3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine(以下、「TMB」という、CAS番号:54827-17-7)
(過酸化水素水)
ペルオキシダーゼ発色基質を酸化させるために、過酸化水素水が水溶液に添加される。
(工程(b))
工程(a)において調製された水溶液は、およそ5分間、静置される。水溶液が青色を呈した場合には、水溶液はカリウムイオンを含有すると判定される。言うまでもないが、水溶液が青色を呈していない場合には、水溶液はカリウムイオンを含有していないと判定される。
非特許文献1および非特許文献2は、水溶液がカリウムイオンを含有している場合には水溶液は青色を呈することを開示している。しかし、水溶液がカリウムイオンを含有していない場合においても、水溶液は薄い青色を呈する。
後述される対照実験例からも明らかなように、非特許文献1または非特許文献2に開示された方法では、水溶液がカリウムイオンを含有していない場合においても、水溶液は青色を呈する。特に、水溶液がナトリウムイオンを含有するがカリウムイオンを含有しない場合においても、水溶液がカリウムイオンを含有する場合と同じように、水溶液は青色を呈する。同様に、水溶液がナトリウムイオンもカリウムイオンも含有しない場合においても、水溶液は薄い青色を呈する。同様に、水溶液がリチウムイオンまたはセシウムイオンを含有する場合においても、水溶液は薄い青色を呈する。
一方、本発明による方法では、水溶液がカリウムイオンを含有していない場合には、水溶液は透明である。水溶液がカリウムイオンを含有している場合だけ、水溶液は青色を呈する。特に、水溶液がナトリウムイオンを含有するがカリウムイオンを含有しない場合においても、水溶液は透明である。同様に、水溶液がナトリウムイオンもカリウムイオンも含有しない場合においても、水溶液は透明である。水溶液がリチウムイオンまたはセシウムイオンを含有する場合においても、水溶液は透明である。
このように、バリウムイオンを用いる本発明においては、水溶液がカリウムイオンを含有する場合のみ、水溶液が青色を呈する。水溶液がカリウムイオンを含有しない場合には、水溶液は透明である。本発明では、偽陽性の結果がもたらされない。言い換えれば、本発明では、カリウムイオンに対する選択性が示される。
(実施例)
以下、実験例を参照しながら、本発明がより詳細に説明される。
(実験例1)
実験例1では、5’―GTGGGTCATTGTGGGTGGGTGTGG―3’(つくばオリゴサービス株式会社より入手、配列番号:01)により表されるDNA配列からなる遺伝子が、グアニン四重鎖を形成可能なDNAとして用いられた。
始めに、表1に示される溶液A〜溶液Fが調製された。溶液Aは、Baイオンを含有していた。溶液Bは、BaイオンおよびKイオンを含有していた。溶液Cは、BaイオンおよびNaイオンを含有していた。溶液Dは、BaイオンおよびLiイオンを含有していた。溶液Eは、BaイオンおよびMgイオンを含有していた。溶液Fは、BaイオンおよびCsイオンを含有していた。ヘミンは東京化成工業株式会社より入手した。
Figure 2017101928

溶液A〜溶液Fの組成(単位:マイクロリットル)


溶液A
溶液B
溶液C
溶液D
溶液E
溶液F

500mM Tris−HCl(pH7)


100mM BaCl


1M KCl







1M NaCl







1M LiCl







1M MgCl







1M CsCl







100μM DNA


200μM ヘミン
0.5

純水
4.5
3.5

全容量


次に、溶液A〜溶液Fが摂氏80度で2分間静置された。次いで、溶液A〜Fは、摂氏20度に冷やされた。
摂氏20度に冷やされた溶液A〜溶液Fに、以下の(I)および(II)の2つの溶液が添加された。
(I) H(和光純薬工業株式会社より入手、濃度:10mM、容量:1マイクロリットル)、および
(II) ABTS(和光純薬工業株式会社より入手、濃度:10mM、容量:1マイクロリットル)
溶液A〜溶液Fは5分間、静置された。その後、溶液A〜溶液Fの写真が撮影された。
図1は、溶液A〜溶液Fの写真を示す。
溶液A、溶液C、溶液D、溶液E、および溶液Fは、無色であった。一方、溶液Bは濃い青色であった。
図1から明らかなように、Kイオンのみが特異的に検出された。
(対照実験例1)
対照実験例1では、BaClが用いられないこと以外は、実験例1と同様の実験が行われた。溶液G〜溶液Lは、それぞれ、溶液A〜溶液Fに対応する。溶液G〜溶液Lは、いずれも、バリウムイオンを含有していなかった。
溶液G〜溶液Lの詳細な組成が以下の表2に示される。塩化バリウムが溶液G〜溶液Lには全く含まれていないことに留意せよ。
Figure 2017101928

溶液G〜溶液Lの組成(単位:マイクロリットル)


溶液G
溶液H
溶液I
溶液J
溶液K
溶液L

500mM Tris−HCl(pH7)


100mM BaCl


1M KCl







1M NaCl







1M LiCl







1M MgCl







1M CsCl







100μM DNA


200μM ヘミン
0.5

純水
5.5
4.5

全容量


図2は、溶液G〜溶液Lの写真を示す。
図2から明らかなように、溶液G〜溶液Lは、いずれも青色であった。この中でも、溶液Hおよび溶液Iは、濃い青色であった。溶液Iは、カリウムイオンではなく、ナトリウムイオンを含有していた。しかし、溶液Iの色は、肉眼ではカリウムイオンを含有する溶液Bおよび溶液Hと区別可能ではなかった。
実験例1および対照実験例1(特に溶液B、溶液H、および溶液I)の結果から明らかなように、水溶液がバリウムイオンを含有しない場合、偽陽性の結果がもたらされる。
本発明は、水道水などの水に含有されるカリウムイオンを簡易に検出したり、野菜に含有されるカリウムイオンを簡易に検出するために用いられ得る。

Claims (5)

  1. 水溶液がカリウムイオンを含有しているかどうかを判定する方法であって、以下の工程を具備する:
    (a) グアニン四重鎖を形成可能なDNA、水溶性バリウム化合物およびバリウムイオンを含有する液体からなる群から選択される少なくともいずれか1つ、ヘミン、ペルオキシダーゼ発色基質、および過酸化水素水を前記水溶液に添加する工程、および
    (b) 前記工程(a)の後、前記水溶液が青色を呈した場合には、水溶液がカリウムイオンを含有していると判定する工程。
  2. 請求項1に記載の方法であって、
    前記水溶性バリウム化合物が、塩化バリウムおよび硝酸バリウムからなる群から選択される少なくとも1つの化合物である。
  3. 請求項1に記載の方法であって、
    ペルオキシダーゼ発色基質が、3,3’,5,5’-tetramethylbenzidineおよび2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic Acid Ammonium Salt)からなる群から選択される少なくとも1つの基質である。
  4. 請求項1に記載の方法であって、
    前記グアニン四重鎖を形成可能なDNAが配列番号:01によって表される。
  5. 請求項1に記載の方法であって、
    請求項1に記載の方法であって、
    ペルオキシダーゼ発色基質が、2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic Acid Ammonium Salt)である。
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CN112098401A (zh) * 2020-09-22 2020-12-18 程晓宏 基于过氧化物模拟酶活性快速检测葡萄糖的方法

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