JPH07145148A - ポリメチン系化合物およびそれを用いる測定方法 - Google Patents

ポリメチン系化合物およびそれを用いる測定方法

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JPH07145148A
JPH07145148A JP14146992A JP14146992A JPH07145148A JP H07145148 A JPH07145148 A JP H07145148A JP 14146992 A JP14146992 A JP 14146992A JP 14146992 A JP14146992 A JP 14146992A JP H07145148 A JPH07145148 A JP H07145148A
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polymethine
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JP14146992A
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Norihiko Ishiguro
敬彦 石黒
Ryuichi Kitayama
隆一 北山
Seiji Kawaguchi
成治 川口
Yoshimi Hashimoto
佳巳 橋本
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BIO SENSOR KENKYUSHO KK
Original Assignee
BIO SENSOR KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 アミノ基含有物質の高感度測定に有用な化合
物および測定方法を提供する。 【構成】 下記式(1)に示されるポリメチン系化合物
をアミノ基を含有する物質と反応させ、反応生成物の近
赤外部における吸収または蛍光を測定することにより、
アミノ基含有物質の定量分析を行なう。 (式中n,n′はそれぞれ1〜18の自然数、Rは水
素、スルホン酸基、N−スクシイミジルカルボネート
基、スルホニルクロリド基のいずれかを表す。RはN
−スクシイミジルカルボネート基、ハロゲン基、イソチ
オシアネート基、スルフォニルクロリド基、アルデヒド
基のいずれかを表す。Arは、置換していてもよいフェ
ニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基のいずれかを
表す。Xは、酸素、イオウ、ジメチルメチレン基のいず
れかを表す。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアミノ基を有する物質の
高感度測定に有用な、ポリメチン系化合物およびそれを
用いた測定方法である。
【0002】
【従来の技術】従来、HPLCによるアミノ基を有する
物質の定量法は種々開発されている。例えば、未修飾化
合物の吸光度測定による直接定量法があるが、物質各々
の性質に依存し、一般的にその感度は低い。また間接吸
光度検出法も種々の方法が知られている。その方法とし
ては、以下に示す方法が知られている。
【0003】a)230−260nmの吸光を測定する
アミノ酸の銅錯体法(S.Levine,et a
l.,Anal.Chem.,57,1830(198
5))。 b)254nm付近に紫外吸収を持つイオン対、例えば
ナフタレン−2−オクタンスルホン酸ナトリウム、1−
フェニル−2−ピコリニウムなどを用い、HPLCによ
り分離測定する方法(M.Denker,et a
l.,J.Chromatogr.,218,31(1
981))。
【0004】しかし、これらの方法もその感度は低い。
【0005】ポストカラム法による吸光検出法として
は、nmol程度の感度を有するニンヒドリン法(波多
野博行、“アミノ酸自動分析法”、化学同人、p79
(1964))及び、PITC法(H.−Su,P.−
H.Lai,J.Chromatogr.368,21
5(1986))がある。一方蛍光検出法としては、オ
ルトフタルアルデヒドを使用するOPA法(M,Rot
h,Anal.Chem.,43,880(197
1))、フルオレッサミン法(A.G.Georgia
dis,et al.,Ana,Biochem.,5
6,121(1973)、及びNBD法(Y.Wata
nabe,et al.,Anal.Chem.,5
5,1786(1983))などが知られている。これ
らの方法により、高感度分析への試みがなされている。
【0006】プレカラム法においては紫外蛍光を有する
多くの紫外蛍光プローブが知られている。例えば、FI
TC,NBD−Cl(F)(Y.Watanabe,e
tal.,J.Chromatogr.,239,72
3(1982),FMOC(L.A.Carpino,
et al.,J.Org.Chem.,37,340
4(1972)、及びDNS−Cl(Y.Tapuh
i,et al.,Anal.Biochem.,11
5,123(1981))などが知られており、fmo
l程度の感度を有する高感度測定も可能になりつつあ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、アミ
ノ基を有する物質の高感度分析がHPLC法により達成
されつつあるが、まだ多くの問題点を有している。その
一つは、バックグラウンドに関する問題である。つまり
実際の試料の分析に於いて、紫外部に吸収を持つ種々の
妨害成分に由来する夾雑ピークの為に感度が低下し、同
定が困難になることが多い。この為に、標準物質の定量
で得られた感度が達成されないことが多い。特に生体試
料などの場合には、この問題点を回避するために複雑な
前処理が必要となる。
【0008】また通常の吸光度及び蛍光測定法において
も、バックグラウンドの上昇のため、同様の感度の低下
が起こる。また蛍光分析法において高感度を追及する場
合には、その検出器として、水冷アルゴンイオンレーザ
ー、ヘリウム−カドニウムレーザーなどの大型かつ高価
な励起光源が蛍光検出器に必要となるため、実用的な分
析法でなくなる傾向があった。
【0009】このような問題点を解決するために、種々
の方法が検討されてきた。例えば化学発光法、時間分解
法、近赤外部蛍光色素法などがあげられる。今坂らによ
って検討された近赤外励起蛍光色素法は、夾雑成分の吸
収のバックグラウンドを回避でき、また高感度化するた
めに使用する半導体レーザーは非常に小型かつ安価であ
る(Imasaka,T.,Aanl.Chem.,6
2,363(1990))。しかしながら、化合物と反
応する活性部分を有する近赤外励起蛍光色素がこれまで
得られていなかったので、本法の測定適用範囲は限られ
ていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達し
た。
【0011】すなわち本発明の特徴は、下記一般式
(1)で示されるポリメチン系化合物
【0012】
【化2】
【0013】(式中n,n’はそれぞれ1〜18の自然
数、R1 は水素、スルホン酸基、N−スクシイミジルカ
ルボネート基、スルホニルクロリド基のいずれかを表
す。R2はN−スクシイミジルカルボネート基、ハロゲ
ン基、イソチオシアネート基、スルフォニルクロリド
基、アルデヒド基のいずれかを表す。Arは、置換して
いてもよいフェニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル
基のいずれかを表す。Xは、酸素、イオウ、ジメチルメ
チレン基のいずれかを表す。)にある。
【0014】また本発明は、上記ポリメチン系化合物か
らなる近赤外光励起蛍光プローブ試薬を提供することを
もう一つの特徴とする。
【0015】またこの試薬をアミノ基を有する物質と反
応させ、反応生成物の近赤外部に於ける吸収または蛍光
を測定することでアミノ基含有物質を測定する方法を更
に他の特徴とする。
【0016】以下本発明をさらに詳細に説明する。
【0017】本発明のポリメチン化合物は上記一般式
(1)で示される。中でもn,n’は、大きすぎるとア
ミノ基を有する物質との反応性が劣るため、2〜5が好
ましい。R1 はH、スルホン酸基などアミノ基との反応
性がない基が好ましい。アミノ基との反応性を有する基
では、R1 およびR2 とアミノ基との反応物、R1 また
はR2 とアミノ基との反応物、さらに未反応物が混在す
る恐れがあり、定量分析などにおいて取扱いが煩わしく
なるからである。一方R2 は、アミノ基との反応性を有
するもので、特にN−スクシイミジルカルボネート基、
イソチオシアネート基が好ましい。これらは、水の存在
する反応系においても分解しにくいからである。またA
rは置換していてもよいα−ナフチル基、Xはイオウ、
ジメチルメチレン基であると、励起波長が長波長側にシ
フトするので好ましい。
【0018】以上のような化合物の一例として、例えば
以下に示す式(2)〜(6)で示される化合物などがあ
げられる。
【0019】
【化3】
【0020】
【化4】
【0021】
【化5】
【0022】
【化6】
【0023】
【化7】
【0024】これら一般式(1)で示されるポリメチン
系化合物は、公知のポリメチン系色素から製造すること
ができる。具体的には上記式(2)〜(6)の化合物
は、それぞれ以下に示す式(7)〜(11)のポリメチ
ン系色素を原料とし、そのカルボキシル基、スルホン酸
基または水酸基をスクシイミジルエステル化又はハロゲ
ン化することにより誘導することができる。
【0025】
【化8】
【0026】
【化9】
【0027】
【化10】
【0028】
【化11】
【0029】
【化12】
【0030】一例を上げると、ポリメチン系色素のカル
ボキシル基のスクシイミジルエステル化は、ポリメチン
系色素を無水アセトニトリルに溶解後、カルボキシル基
に対し1.2等量のN,N’−ジスクシイミジルカルボ
ネートを室温で加え、そのまま1時間撹拌する。反応混
合物を減圧濃縮後クロロホルムに溶解し、有機層を希塩
酸水溶液で洗浄する。有機層を濃縮しヘキサンを加え、
析出した紺色結晶を濾別することで、一般式(1)で示
されるポリメチン系化合物が得られる。原料となるポリ
メチン系色素の中で、式(10)の化合物ようなモノス
ルホン酸−モノカルボン酸ポリメチン色素が、種々の有
機溶媒への溶解性が高くさらに水溶性も高いため、これ
をもとに一般式(1)で示されるポリメチン系化合物を
製造することが好ましい。
【0031】一般式(1)のポリメチン系化合物は、近
赤外光励起蛍光プローブ試薬として用いることができ、
これをアミノ基を有する物質と反応させ、反応生成物の
近赤外部における吸収又は蛍光を測定することで、アミ
ノ基含有物質を測定することができる。即ち、一般式
(1)で示されるポリメチン系化合物のN−スクシイミ
ジルカルボネート基、ハロゲン基、イソチオシアネート
基、スルフォニルクロリド基またはアルデヒド基と、測
定対象のアミノ基とを反応させ、生成物質の近赤外部に
おける吸収又は蛍光を測定すればよい。
【0032】このときの反応条件には限定はなく、室温
でポリメチン系化合物とアミノ基含有物質とを混合すれ
ばよい。ポリメチン系化合物は、水の存在下で僅かずつ
ではあるが分解していくため、ジメチルホルムアミドな
ど有機溶媒を用いるとよい。ただし有機溶媒だけではア
ミノ基含有物質が溶解しない場合があるため、水−有機
溶媒の混合溶媒中で反応を行うとよい。好ましくは、混
合溶媒における有機溶媒が60〜95%、さらに好まし
くは70〜90%である。
【0033】ポリメチン系化合物の使用量については、
少ないと反応が遅く、多すぎても無駄になるだけなの
で、反応する1級アミノ基に対しては2等量、2級アミ
ノ基では4等量あれば充分である。ポリメチン系化合物
とアミノ基との反応は非常に速く、約5分でほぼ反応が
終了する。アミノ基含有物質の濃度に依存して反応が直
線的に進行するので、定量分析に利用することができ
る。
【0034】測定対象のアミノ基含有物質としては特に
限定はなく、例えば、アミノ酸やその混合物、尿や血漿
など夾雑物質の多量に含まれている体液中のアミノ酸、
ペプチド、タンパクなどの生体高分子が、特別な前処理
なしに分離定量することができる。
【0035】アミノ基含有物質とポリメチン系化合物の
反応生成物の検出には、近赤外部における吸収または蛍
光を測定すればよい。これらの測定には、通常使用され
ている装置を用いればよい。本発明のポリメチン系化合
物を用いた場合の検出感度は、吸光度の測定に於いて
は、数10pmolまで検出可能であり、さらに近赤外
励起半導体レーザー蛍光検出器を用いた場合には、出力
12mwに於いて、数100amolという超高感度な
測定が可能である。
【0036】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。
【0037】(実施例1)N−スクシイミジル化ポリメチン系化合物の合成 1−1 式(10)で示されるモノスルホン酸−モノカルボン酸
置換ポリメチン(MW=685)100mg(0.15
mmol)をアセトニトリル20mlに溶解後、N,
N’−ジスクシイミジルカルボネート960mg(0.
44mmol)を室温で加え、そのまま室温下1時間撹
拌した。反応混合物を減圧濃縮し、クロロホルム300
mlに溶解後、0.1N−HCl水溶液で洗浄し、有機
層を無水Na2 SO4 乾燥し、続いて約50mlに減圧
濃縮した。濃縮液にn−ヘキサン200mlを加え析出
した結晶を濾別・減圧乾燥し、式(5)の化合物を10
2mg得た(収率90%)。
【0038】 IRνcm-1:1735(スクシイミジル基) NMR(DMSO−d6)δ:2.58(s,COCH
2 CH2 CO) MS:785(M+ ) 1−2 式(8)で示されるジカルボン酸置換ポリメチン(MW
=730)100mg(0.14mmol)をアセトニ
トリル50mlに溶解後、N,N’−ジスクシイミジル
カルボネート923mg(0.42mmol)を室温で
加え、そのまま室温下、1時間撹拌した。反応混合物を
減圧濃縮し、クロロホルム300mlに溶解後、0.1
N−HCl水溶液で洗浄し、有機層を無水Na2 SO4
乾燥し、続いて約100mlに減圧濃縮した。濃縮液に
n−ヘキサン200mlを加え析出した結晶を濾別・減
圧乾燥し、式(3)の化合物を52mg得た(収率40
%)。
【0039】 IRνcm-1:1735(スクシイミジル基) NMR(DMSO−d6)δ:2.58(s,COCH
2 CH2 CO) 1−3 式(9)で示されるモノカルボン酸置換ポリメチン(M
W=589)100mg(0.17mmol)をアセト
ニトリル100mlに溶解後、N,N’−ジスクシイミ
ジルカルボネート1.12g(0.51mmol)を室
温で加え、そのまま室温下1時間撹拌した。反応混合物
を減圧濃縮し、クロロホルム300mlに溶解後、0.
1N−HCl水溶液で洗浄し、有機層を無水Na2 SO
4 乾燥し、続いて、約100mlに減圧濃縮した。濃縮
液にn−ヘキサン200mlを加え析出した結晶を濾別
・減圧乾燥し、式(4)の化合物を78mg得た(収率
70%)。
【0040】 IRνcm-1:1735(スクシイミジル基) NMR(DMSO−d6)δ:2.58(s,COCH
2 CH2 CO) (実施例2)アミノ酸との反応 2−1 グリシン0.01g(0.13mmol)水溶液200
μlに5mMホウ酸緩衝液(pH9.5)200μlを
加え、さらにジメチルホルムアミド750μlを加えた
後、式(5)で示されるスルホン酸置換ポリメチン−N
−スクシイミジルカルボネート366mg(0.39m
ol)のDMF溶液800μlを室温で加え、そのまま
30分撹拌した。反応混合物をHPLC(TSKgel
ODS80Tm分取用)により精製し、グリシン−ポリ
メチン誘導体80mgを得た(収率84%)。
【0041】IRνcm-1:1765(COOH),1
680(CONH) NMR(DMSO−d6)δ:3.85(NH−CH2
COOH) MS:745(M+ ) 2−2 2−1と同様にして、ただしセリンと式(5)の化合物
とを等量用いて反応を行い、このとき反応溶媒中のDM
F濃度を変化させて、反応収率に及ぼす影響を調べた。
結果を図1に示す。図中、○はセリンと前記式(5)の
化合物との反応収率を、●は前記式(5)の化合物の加
水分解物の収率を表す。図からも明らかなように、DM
F濃度が高いほど、反応収率が高く加水分解物が少ない
ことがわかる。
【0042】2−3 2−1と同様にして、ただしアミノ酸としてセリン又は
プロリンを用いて、反応に用いるポリメチン系化合物の
量を変化させて反応収率に及ぼす影響を調べた。結果を
図2に示す。図中○はプロリンを、●はセリンを用いた
ときの反応収率を表す。図からも明らかなように、プロ
リンに対しては4等量以上、セリンに対しては2等量以
上のポリメチン系化合物を用いれば、反応は平衡に達す
る。これは、それぞれのアミノ基の1級と2級の違いに
よるものと考えられる。
【0043】2−4 2−1と同様にして、ただしアミノ酸としてセリンを用
い、式(5)の化合物を3等量反応させたときの、反応
時間と収率の関係を調べた。結果を図3に示す。図から
も明らかなように、反応は約5分で充分に進行してお
り、反応速度が非常に速いことが分かる。
【0044】2−5 2−1と同様にして、ただしアミノ酸として各種濃度の
セリンを用いて反応させたときの、セリン濃度とHPL
Cのピーク面積との関係を調べた。結果を図4に示す。
図からも明らかなように、セリン濃度とHPLCのピー
ク面積とは直線関係にあり、本反応は定量分析に応用で
きることが示された。
【0045】(実施例3)アミノ酸混合物との反応および分析 アミノ酸混合物(Gly,Ala,Val,Leu,I
leu,Asp,Glu,Phe,Trp,Ser,T
hr,Lys,Arg,His,Met、各10μg)
10μlに、5mMホウ酸緩衝液(pH9.5)200
μl,DMF300μlを加え、式(5)の化合物のD
MF溶液(0.8mg/ml)500μlを加え、室温
で30分撹拌した。反応混合物20μlをHPLCにイ
ンジェクションし、反応の進行を確認した。
【0046】分離条件は以下の通りである。
【0047】カラム(TSKgelODS80Tm
4.6mm×15cm) 移動相(a)5mMリン酸緩衝液(pH2.5)−40
%アセトニトリル b)5mMリン酸緩衝液(pH2.5)−60%アセト
ニトリル a)からb)への25分リニアグラジエント 流速(1.0ml/min.), 検出器(東ソー製、UV8010 700nm) 図5にそのクロマトグラムを示す。図中、それぞれ1:
His,2:Arg,3:Ser,4:Asp,Gl
u,5:Thr,6:Gly,7:Ala,8:Me
t,Val,9:Ile,Leu,10:Trp,1
1:Phe,12:Lysの反応生成物である。図から
明らかなように、アミノ酸の一斉分析が可能で、低バッ
クグランドで高感度な分析が可能であった。
【0048】(実施例4)血漿の分析 血漿0.5mlにDMF1.5mlを加え、析出した沈
殿物を超遠心にかけ(2000pmr,10分)、その
上澄液10μlに5mMホウ酸緩衝液(pH9.5)2
00μl、DMF300μlを加え、さらに式(5)の
化合物のDMF溶液(0.8mg/ml)500μlを
加え、室温30分撹拌した。反応混合物20μlをHP
LCにインジェクションし、反応の進行を確認した。
【0049】分離条件は以下の通りである。
【0050】カラム(TSKgelODS80Tm
4.6mm×15cm) 移動相(a)5mMリン酸緩衝液(pH2.5)−40
%アセトニトリル b)5mMリン酸緩衝液(pH2.5)−60%アセト
ニトリル a)からb)への25分リニアグラジエント 流速(1.0ml/min.), 図6にそのクロマトグラムを示す。図から明らかなよう
に、多量の夾雑物質が存在する血漿においても、Gl
y,Ala,Valなどのアミノ酸の同時分析が可能
で、低バックグランドで高感度な分析が可能であった。
【0051】(実施例5)尿の分析 尿0.5mlにDMF0.5ml、5mMホウ酸緩衝液
(pH9.5)19mlを加えた20倍希尺尿200μ
lに、DMF300μl、式(5)の化合物のDMF溶
液(0.8mg/ml)500μlを加え、室温で30
分撹拌した。反応混合物20μlをHPLCにインジェ
クションし、反応の進行を確認した。
【0052】分離条件以下の通りである。
【0053】カラム(TSKgelODS80Tm
4.6mm×15cm) 移動相(a)5mMリン酸緩衝液(pH2.5)−40
%アセトニトリル b)5mMリン酸緩衝液(pH2.5)−60%アセト
ニトリル a)からb)への25分リニアグラジエント 流速(1.0ml/min.), 検出器(東ソー製、UW8010 700nm) 図7にそのクロマトグラムを示す。図から明らかなよう
に、多量の夾雑物質が存在する尿においても、Thr,
Gly,Alaなどのアミノ酸の同時分析が可能で、低
バックグランドで高感度な分析が可能であった。
【0054】(実施例6)生体高分子との反応 生体高分子としてウシ血清アルブミン1mg水溶液20
0μlに5mMホウ酸緩衝液(pH9.5)200μl
を加え、さらにジメチルホルムアミド300μlを加え
た後、33μgの式(5)の化合物のDMF溶液(30
0μl)を室温で加え、そのまま30分撹拌した。反応
混合物を直接HPLC分析することにより、反応の進行
を確認した。
【0055】分離条件は以下の通りである。
【0056】カラム(TSKgelG3000SWXL) 移動相(50mMリン酸緩衝液(pH6.8):CH3
CN=4:1) 流速(1.0ml/min), 検出器(東ソー製、UW8010 700nm) 図8にそのクロマトグラムを示す。図中、矢印の位置に
ウシ血清アルブミンの反応生成物が検出された。図から
明らかなように、ウシ血清アルブミンなどの生体高分子
においても分析が可能で、低バックグランドで高感度な
分析が可能であった。
【0057】(実施例7)検出限界 実施例2−1で得たグリシン−ポリメチン誘導体、およ
び実施例2−1と同様にして得たセリン−ポリメチン誘
導体、アラニン−ポリメチン誘導体をHPLC分析し、
半導体レーザー励起蛍光検出器(出力12mW)を用い
て検出限界を算出した。分離条件は以下の通りである。
【0058】カラム(TSKgelODS80Tm
4.6mm×15cm) 移動相(a)5mMリン酸緩衝液(pH2.5)−55
%アセトニトリル 流速(1.0ml/min.)、注
入量10μl 図9にその結果を示す。図中、○はセリン−ポリメチン
誘導体、△はグリシン−ポリメチン誘導体、□はアラニ
ン−ポリメチン誘導体を示す。図からも明らかなよう
に、低バックグランドで高感度な分析が可能であり、さ
らに半導体レーザー励起蛍光検出器によって超高感度分
析が可能となった。
【0059】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のポリメチン系化合物はアミノ基を有する物質の測定に
利用できる。また特別な前処理なしに生体試料の分析に
応用でき、高い検出感度を持ち、定量分析にも極めて有
効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2−2における溶媒組成と収率との関係
を示す図である。
【図2】実施例2−3におけるポリメチン系化合物量と
反応収率との関係を示す図である。
【図3】実施例2−4における反応時間とHPLCのピ
ーク面積との関係を示す図である。
【図4】実施例2−5における試料濃度とHPLCのピ
ーク面積との関係を示す図である。
【図5】実施例3におけるアミノ酸混合物の分析のクロ
マトグラムを示す図である。
【図6】実施例4における血漿中のアミノ酸の分析のク
ロマトグラムを示す図である。
【図7】実施例5における尿のアミノ酸の分析のクロマ
トグラムを示す図である。
【図8】実施例6におけるウシ血清アルブミンの分析の
クロマトグラムを示す図である。
【図9】実施例7におけるHPLCへの負荷量とピーク
高さを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09B 23/00 L G01N 21/35 Z 9118−2J 21/64 Z 21/78 (72)発明者 川口 成治 神奈川県綾瀬市早川2743−1 東ソー株式 会社東京研究センター科学計測事業部開発 部内 (72)発明者 橋本 佳巳 神奈川県綾瀬市早川2743−1 東ソー株式 会社東京研究センター科学計測事業部開発 部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1)で示されることを特徴
    とする、ポリメチン系化合物 【化1】 (式中n,n’はそれぞれ1〜18の自然数、R1 は水
    素、スルホン酸基、N−スクシイミジルカルボネート
    基、スルホニルクロリド基のいずれかを表す。R2はN
    −スクシイミジルカルボネート基、ハロゲン基、イソチ
    オシアネート基、スルフォニルクロリド基、アルデヒド
    基のいずれかを表す。Arは、置換していてもよいフェ
    ニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基のいずれかを
    表す。Xは、酸素、イオウ、ジメチルメチレン基のいず
    れかを表す。)。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のポリメチン系化合物か
    らなることを特徴とする、近赤外光励起蛍光プローブ試
    薬。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の試薬をアミノ基を有す
    る物質と反応させ、反応生成物の近赤外部に於ける吸収
    または蛍光を測定することを特徴とする、アミノ基含有
    物質の測定方法。
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