JPH01307635A - 被試験用薄膜の物質透過性能を評価する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被試験用γｙ膜の物質透過性能を評価する方
法に関する。

（従来の技術） 薄膜やマイクロカプセルによる物質透過制御は、化学工
業、医薬品工業における基本技術の１つである。目的に
合成した最適の薄膜やマイクロカプセルの設計はこの技
術の使用に際して不可欠の課題である。

Ｆｉｌｌりの物質透過性を評価する方法には、ガスクロ
マトグラフィーによる分析、透過気体の体積測定、透過
水分により変化する乾燥剤の重量測定等がある。また色
素を透過させて色素の吸光度や蛍光強度の変化を測定す
る方法、また電解質を透過させ、電解質による液抵抗の
変化により微量の透過量を測定する方法もある。

（発明の解決すべき課題） しかしながらこれらの方法は、いずれも一定時間内の透
過総量を定量するものであるので、微小時間の膜の透過
性能を評価することはできない。

また検出できる最少の物質量は、吸光度測定、蛍光強度
測定、電導度測定でそれぞれ１０日１．１ｏ−”　、ｉ
　ｏ−”モル程度であり、経時的に変化する極微量の透
過物質（毎秒ＩＱ−Ｉｓモル程度）を検出するためには
極めて長時間を要する。

超微量の透過量を測定する方法として、本発明者らは先
に化学発光を利用する方法を提案した（特願昭６１−２
８０４９７号）。この方法は薄膜を介して２種類の物質
を配置し、一方の物質が薄膜への浸透、透過により他方
の物質と混合する結果生じる発光を光検出器で計測する
ことにより薄膜の物質透過性能を評価する方法である。

化学発光を使用する方法は、透過物の検出感度が他の方
法より優れている上、透過量の経時変化を実時間で測定
できる長所を有している。しかし混合して化学発光を生
ずる物質の組み合せは、過酸化水素とルミノール、アデ
ノシン三リン酸（ＡＴＰ）とルシフェラーゼ等限られて
おり、多様な物質についての薄膜の透過性能を評価する
ことができない。

したがって本発明は、多様な物質について薄膜の透過性
能を評価することができ、しかも高感度、かつ迅速に薄
膜の物質透過性能を評価する方法の提供を課題とする。

（問題点を解決するための手段） そのために本発明は、第１の物質を含有する溶液と、化
学発光物質を含有すると共に、前記第１の物質と反応し
、その反応生成物が該化学発光物質と更に反応して化学
発光させる第２の物質を含有する混合溶液とを、被試験
用ｖｊｉ膜を介して対向させて配置し、前記第１の物質
をして該薄膜を浸透、ｉ３過せしめて混合溶液と接触さ
せるが、または第１の物質として化学発光を触媒する物
質を使用し、該触媒が薄膜を浸透して接触する物質とし
て該触媒により化学発光する物質を第１の物質と接触さ
せるか、更に第１の物質として螢光性物質を使用し、該
螢光性物質が薄膜を浸透することにより接触する物質と
して、該螢光性物質にエネルギー移動をすることができ
る励起中間体を生成する複数の反応物質を含有する溶液
として第１の物質と接触させることにより生じる発光を
光検出器により計測することにより被試験用ｇｌ膜の物
質透過性能を評価するものである。

上記第１の物質がグルコースの場合は、第２物質はグル
コース酸化酵素、以下、コレステロールの場合はコレス
テロール酸化酵素、コレステロールエステルの場合はコ
レステロールエステルヒドラーゼ、コレステロールエス
テル酸化酵素、中性脂肪の場合はリパーゼ、およびグリ
セロール酸化酵素、リン脂質の場合はホスフォリパーゼ
Ｄ１およびコリン酸化酵素、遊離脂肪酸の場合はアシル
ＣｏＡ合成酵素、およびアシルＣｏＡ酸化酵素、尿素の
場合はウレアーゼ、グルタミン酸脱水素酵素、およびグ
ルタミン酸酸化酵素、アンモニアの場合はグルタミン酸
脱水素酵素、およびグルタミン酸酸化酵素、尿酸の場合
はウリカーゼ、クレアチンの場合はタレアチニナーゼ、
クレアチナーゼ、およびサルコシン酸化酵素、乳酸の場
合は乳酸酸化酵素、ピルビン酸の場合はピルビン酸酸化
酵素、アミノ酸の場合はアミノ酸酸化酵素、無機リンの
場合はピルビン酸酸化酵素が好ましく使用できる。

これらの物質は、水溶液の状態で使用され、その水溶液
中の溶存酸素の存在下で、反応するものである。尚、第
１物質と第２物質としては、反応して過酸化水素を発生
するものであればよく、本発明は上記組み合せには限定
されるものではない。

このように反岑生成物が、過酸化水素である場合には、
過酸化水素と反応して発光する化学発光物質が使用され
、例えばルミノール、ルシゲニン、ロフィン等が使用で
きる。

また第１物質と第２物質が反応してＡＴＰを発生するも
のを使用してもよい。この場合の第１物質としてはクレ
アチン酸、フォスフエノールピルベートキナーゼ等があ
り、第２物質としてはクレアチンキナーゼとアデノシン
ニリン酸（ＡＤＰ）、ピルベートキナーゼとＡＤＰ等が
あり、この場合ＡＴＰと反応して発色する化学発光物質
としてはルンフエリン等がある。

また上記被試験用薄膜は、包装フィルム、逆浸透膜、透
析膜、限外濾過膜、精密濾過膜等があり、材質としては
ポリエチレン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロース
、再生セルロース、各種ポリマーアロイ等がある。その
形状は特に限定はしないが、例えばマイクロカプセルの
外皮、積層膜、チューブ、中空系等であることができる
。

以上は化学発光を検出するために、主として過酸化水素
の生成に導くことができる物質の透過について述べてき
た。また、以下の物質の透過についても測定可能である
。

■、化学発光反応を触媒する物質 この場合、触媒なしの条件でも一般にはわずかながら化
学発光が生じ、バンクグラウンドレベルが上昇してしま
うが、ｍｌの金属イオンの透過性能を知るためには有効
である。

このような化学発光物質としては、ルミノール、あるい
はルシゲニン、ロフィン、１、ｉｏ−フェナントロリン
、シロキセン等と、過酸化水素水との混合溶液があり、
触媒としてはＦｅＺｏあるいはＣｒ’°、Ｃ０２゛、Ｃ
ｕ”、Ｍｎ”、Ｃｄ”、Ｚｎ２゛など金属イオンの透過
性能を計測することが可能である。

■、螢光性物質 励起中間体を定常的に生成することが鍵を握っている。

粘性の高い溶媒系、例えばグリセリン溶媒等を選択する
ことにより、徐々に反応物質の化学反応が進行し、励起
中間体を生成する。定量性については、他ρ化学発光系
（例えば上記■やルミノール発光等）に劣るが、螢光性
物質であれば発光が得られるので、極めて透過物質の範
囲を広げることかできる長所がある。

このような螢光性物質としてはアントラセンあるいはピ
レン、ローダミンＢ１尿酸、カテコールアミン、葉酸、
チロキシンキノン類などを使用し、また螢光性物質にエ
ネルギー移動をすることができる励起中間体を生成する
複数の反応物質としてビス（２，４−ジニトロフェニル
）オキザレ−１・。

あるいはビス（２，４，６−ドリクロルフエニル）オキ
ザレート等のシュウ酸ジエステル類と過酸化水素混合物
等を使用できる。

また上記光検出器は光電子増倍管、または像増強管、赤
外センサー、１次元センサーであることかできる。

（作用） 第１の物質は被試験用薄膜を浸透、透過し、混合物質と
接触すると、混合物質中の第２の物質と反応し、過酸化
水素等の反応生成物を生成し、その過酸化水素等と混合
物質中の化学発光物質が反応し、化学発光するか、また
は第１の物質として化学発光を触媒する物質を使用し、
該触媒が薄膜を浸透して接触する物質として該触媒によ
り化学発光する物質を選択することにより、同様の発光
をさせることができるし、更に第１の物質として螢光性
物質を使用し、薄膜を浸透させ、該螢光物質と接触する
物質として、該螢光性物質にエネルギー移動をすること
ができる励起中間体を生成する複数の反応物質とするこ
とによっても、また同様に発光させることができるもの
である。

この発光■は第１物質の被試験用薄膜の透過量に対応し
ており、また経時的にその発光の程度を光子計数法によ
り光電子増倍管、または増倍挿管、赤外センサー、１次
元センサーにより計測することができ、これにより物質
の微少な透過量を経時的に推定することができるもので
ある。また第１物質と第２物質の組み合せを変化させる
ことにより、多様な物質を使用して被試験用薄膜透過性
能を評価することができるものである。

以下、図面を参、照しつつ実施例を説明する。

〔実施例、１） 第１図は本発明の方法を実施するための、被試験用薄膜
の物質透過性能測定装置の略図である。

■は被試験用Ｆｉｌｌり、２．３はセル、４は第１物質
溶液、５は混合物？８’ｅ、６は光検出器、７は暗箱を
示す。

第１物質溶液としては０．０１％グルコース水溶液、混
合物溶液としてはグルコース酸化醇素１　ｍ　ｇ、ルミ
ノール２ｍｇ、ベルオキシターゼｌ　ｍｇを１Ｑｃｃの
０．１Ｍｇ酸緩衝液（ｐＨ７）に含有さ仕た水溶液を使
用し、被試験用薄膜は、膜厚３５μｍの電防のセルロー
ス透析膜（分画分子１１５０００）膜を使用した。

まず暗箱７内に、第１物質水溶液４を入れたセル２を、
被試験用薄膜ｌを介して混合物水溶液５を開口部まで満
たしたセル３上に、各開口部を対向させて静置させ、そ
の上部に光検出器６を配置し、暗箱を暗くした。

セル２中のグルコースは、被試験用薄膜１を透過して混
合物水溶液中に移行し、そこでグルコースオキシターゼ
、および水溶液中の溶存酸素と反応し、過酸化水素を発
生し、生じた過酸化水素はベルオキシターゼを触媒とし
てルミノールを酸化し、発光を生じる。この発光を光検
出装置６により計測し、被試験用薄膜ｌを透過したグル
コース量を推定した。

〔実施例、２〕 第２図は本発明による方法でマイクロカプセルの外皮の
物質透過性能を４ＩＩＩ定するための装置の略図を示す
。

８は被試験用マイクロカプセル、また第１図と同一番号
は同一の内容を示す。

セル２内に、実施例１で使用したと同一の第１の物質水
溶液を入れ、また実施例１で使用したと同一の混合物質
水溶液を内封したマイクロカプセル８を上記第１物質水
溶液中に沈めた。このセル２を暗箱７に静置し、その上
部に光検出器６を配置し、暗箱を暗くした。

マイクロカプセル中に第１物質水溶液中のグルコースが
浸透するに伴い、微弱発光が光検出器６により観測され
た。

〔実施例、３〕 第３図は実施例１における発光量の時間変化を示してい
る。光検出器には光電子増倍管を使用した。

発光量とグルコースの透過速度との間にはＩｃＬ””Ｖ
　　゛　φＣ°　φＣＬ’　　φＰＭ’　　φＩ１１！
丁’ＮＡ・・・・・・・・・（１） 式中、＋ｅＬ：発光量（ｃｐｓ） ■　ニゲルコースの透過速度（ｍｏｌ　Ｓ−’）φ、：
過酸化水素を生成する化学反応の効率 φｃＬ：ルミノールの発光効率 φＰエイ：電子増倍管の量子効率 φ９．Ｔ　：光電子増倍管の収光率 Ｎ、：アボガドロ数 の関係があり、発光量と透過速度とは比例している。φ
Ｃ＝０．０１、φｃｔ＝０．０１．φＰＭ＝０．１１　
φＤ。

？　＝０．０＋とすると、８０分後の定常状態でのｉ、
８過速度は４　Ｘ　１０””　ｍｏｌｓ−’程度である
とＨＤ定される。

第４図は、第３図の発光量の積算値の時間変化を示して
いる。これはグルコースのｉ３過総量の時間変化に比例
している。膜内でのグルコースの移動がフィ７り型の拡
散によるとすると、定常に達するまでの遅れ時間（第４
図のθ）は θ＝１”／６Ｄ　　　　・・・・・・・・・　　（２）
ｌ：膜厚 Ｄ：透過物（グルコース）の膜内で の拡散係数 で与えられる。（Ｊ、Ｃｒａｎｋ　　ｒＴｈｅ　Ｍａｔ
ｈｅｍａｔｉｃｓｏｆ　ＤｉｆｆｕｓｉｏｎＪ　　０ｘ
ｆｏｒｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ　１９７
５ｐｐ５１　） 第４図ではθ＝３２ｍ１ｎ　、、ｊ！−３５／Ｊｍより
Ｄ”　Ｉ　Ｘ　１０−’ｃｍ”ｓ−’ この値は、溶液中の低分子の拡散係数 （〜１０−’　ｃ　ｍ’ｓ−’）よりかなり小さい。こ
れはグルコースの膜内での拡散経路が長いためと、グル
コース分子と膜、あるいは他の物質との相互作用のため
と考えられる。

〔実施例、４〕 （第２鉄イオンの透過試験） 化学発光を触媒する第１の物質として、蓚酸第２鉄を使
用し、化学発光物質としてルミノールと過酸化水素水を
使用した。なお化学発光物質は、両者を混合後、ゼラチ
ンでかため、その上に被試験用薄膜をおき、更にその薄
膜上に蓚酸第２鉄溶液を加えた。第２鉄イオンが膜を浸
透する前に、すでに弱いながらも化学発光がフォトカウ
ンティング法により観察されていた。第２鉄イオンの透
過と共に発光強度が著しく増大することが確認された。

〔実施例、５〕 （アントラセンの透過量Ｕ＞ 螢光性物質としてアントラセンを使用し、螢光性物質に
エネルギー移動することができる励起中間体を生成する
複数の反応物質としてビス（２゜４−ジニトロフェニル
）オキザレートと過酸化水素を選んだ。すなわら励起中
間体はジオキセクンジオンである。なお反応が徐々に進
行するようにジメチルスルホオキシド−水−グリセリン
混合溶媒を使用した。グリセリンの比率をあげることに
より励起中間体を生成する速度をさげることが可能であ
る。また必要に応じてゼラチン、あるいは寒天で固めて
もよい。

被試験用薄膜をアントラセンが浸透するとアントラセン
の発光が確認された。

（発明の効果） 本発明は、第１の物質を含有する溶液と、化学発光物質
を含有すると共に、前記第１の物質と反応し、その反応
生成物が該化学発光物質と更に反応して化学発光させる
第２の物質とを含有する混合溶液とを、被試験用薄膜を
介して対向させ、前記第１の物質をして該薄膜を浸透、
透過せしめて混合？ｓ液と接触させるか、または第１の
物質として化学発光を触媒する物質を使用し、該触媒が
薄膜を浸透して接触する物質として該触媒により化学発
光する物質を選択し、第１の物質と接触させ、さらには
第１の物質として螢光性物質を使用し、該螢光性物質が
薄膜を浸透することにより接触する物質として、該螢光
性物質にエネルギー移動をすることができる励起中間体
を生成する複数の反応物質を含有する溶液として第１の
物質と接触させることにより生しる発光■を光検出器に
より計測することにより、第１質の被試験用薄膜の透過
量、および経時的に変化する極微少の透過量で推定する
ことができる。また第１物質と第２物質の組み合せを変
化させるごとにより、多様な物質を使用して被試験用薄
膜透過性能を評価することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は被試験用薄膜の物質透過性能測定装置の略図、
第２図は本発明による方法でマイクロカプセルの外皮の
物質透過性能を測定するための装置の略図、第３回は実
施例１における発光量の時間変化を示す図、第４図は、
第３図における発光量の積算値の時間変化を示す図であ
る。 １は被試験用薄膜、２．３はセル、４は第１物質溶液、
５は７ｄ合物溶液、６は光検出器、７は暗箱、８は被試
験用マイクロカプセルを示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の物質を含有する溶液と、化学発光物質を含
   有すると共に、前記第１の物質と反応し、その反応生成
   物が該化学発光物質と更に反応して化学発光させる第２
   の物質を含有する混合溶液を、被試験用薄膜を介して対
   向させて配置し、前記第１の物質をして該薄膜を浸透、
   透過せしめて混合溶液と接触させ、上記反応により生じ
   る発光を光検出器により計測することにより被試験用薄
   膜の物質透過性能を評価する方法。
2. （２）化学発光を触媒する第１の物質を含有する溶液と
   、該触媒により化学発光を生じる化学発光物質を含有す
   る溶液を、被試験用薄膜を介して対向させて配置し、前
   記第１の物質をして該薄膜を浸透、透過せしめて化学発
   光物質を含有する溶液と接触させ、上記触媒反応により
   生じる化学発光を光検出器により計測することにより被
   試験用薄膜の物質透過性能を評価する方法。
3. （３）螢光性物質を含有する溶液と、該螢光性物質にエ
   ネルギー移動することができる励起中間体を生成する複
   数の反応物質を含有する溶液とを、被試験用薄膜を介し
   て対向させて配置し、前記螢光性物質をして該薄膜を浸
   透、透過せしめて、励起中間体を生成する複数の反応物
   質を含有する溶液と接触させ、上記発光反応により生じ
   る発光を光検出器により計測することにより被試験用薄
   膜の物質透過性能を評価する方法。
4. （４）上記被試験用薄膜が、マイクロカプセルである請
   求項１、２、または３記載の被試験用薄膜の物質透過性
   能を評価する方法。
5. （５）上記光検出器が、光電子増倍管、または像増強管
   、赤外センサー、１次元センサー、２次元センサーであ
   る請求項１、２、または３記載の被試験用薄膜の物質透
   過性能を評価する方法。