KR20200142012A - 신규 메디에이터 - Google Patents

신규 메디에이터 Download PDF

Info

Publication number
KR20200142012A
KR20200142012A KR1020207029617A KR20207029617A KR20200142012A KR 20200142012 A KR20200142012 A KR 20200142012A KR 1020207029617 A KR1020207029617 A KR 1020207029617A KR 20207029617 A KR20207029617 A KR 20207029617A KR 20200142012 A KR20200142012 A KR 20200142012A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
naphthyl
compound
group
present
Prior art date
Application number
KR1020207029617A
Other languages
English (en)
Inventor
요스케 마사카리
나오야 도츠카
야스토모 시노하라
Original Assignee
기꼬만 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018077628A external-priority patent/JP6484742B1/ja
Priority claimed from JP2018077593A external-priority patent/JP6484741B1/ja
Application filed by 기꼬만 가부시키가이샤 filed Critical 기꼬만 가부시키가이샤
Publication of KR20200142012A publication Critical patent/KR20200142012A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001—Enzyme electrodes
    • C12Q1/004—Enzyme electrodes mediator-assisted
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C211/00—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C211/43—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton
    • C07C211/54—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton having amino groups bound to two or three six-membered aromatic rings
    • C07C211/55—Diphenylamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C217/00—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C217/78—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton
    • C07C217/80—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of non-condensed six-membered aromatic rings
    • C07C217/82—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of non-condensed six-membered aromatic rings of the same non-condensed six-membered aromatic ring
    • C07C217/92—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of non-condensed six-membered aromatic rings of the same non-condensed six-membered aromatic ring the nitrogen atom of at least one of the amino groups being further bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C229/00—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C229/52—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton
    • C07C229/54—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton with amino and carboxyl groups bound to carbon atoms of the same non-condensed six-membered aromatic ring
    • C07C229/56—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton with amino and carboxyl groups bound to carbon atoms of the same non-condensed six-membered aromatic ring with amino and carboxyl groups bound in ortho-position
    • C07C229/58—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton with amino and carboxyl groups bound to carbon atoms of the same non-condensed six-membered aromatic ring with amino and carboxyl groups bound in ortho-position having the nitrogen atom of at least one of the amino groups further bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring, e.g. N-phenyl-anthranilic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C245/00—Compounds containing chains of at least two nitrogen atoms with at least one nitrogen-to-nitrogen multiple bond
    • C07C245/02—Azo compounds, i.e. compounds having the free valencies of —N=N— groups attached to different atoms, e.g. diazohydroxides
    • C07C245/06—Azo compounds, i.e. compounds having the free valencies of —N=N— groups attached to different atoms, e.g. diazohydroxides with nitrogen atoms of azo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings
    • C07C245/08—Azo compounds, i.e. compounds having the free valencies of —N=N— groups attached to different atoms, e.g. diazohydroxides with nitrogen atoms of azo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings with the two nitrogen atoms of azo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings, e.g. azobenzene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C245/00—Compounds containing chains of at least two nitrogen atoms with at least one nitrogen-to-nitrogen multiple bond
    • C07C245/20—Diazonium compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C309/00—Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
    • C07C309/01—Sulfonic acids
    • C07C309/28—Sulfonic acids having sulfo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton
    • C07C309/45—Sulfonic acids having sulfo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton containing nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups, bound to the carbon skeleton
    • C07C309/46—Sulfonic acids having sulfo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton containing nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups, bound to the carbon skeleton having the sulfo groups bound to carbon atoms of non-condensed six-membered aromatic rings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9008—Organic or organo-metallic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

신규의 메디에이터를 제공하는 것. 본 발명은 신규의 메디에이터 및 이를 포함하는 전극 개변제, 전자 전달 촉진제, 이들을 포함하는 전극, 전지, 조성물, 효소 센서 및 이들을 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

신규 메디에이터
본 발명은 페닐렌디아민계 화합물의 메디에이터로서의 용도 및 이 화합물을 포함하는 전극 개변제, 이 화합물을 포함하는 전극, 이 전극을 포함하는 효소 센서 및 전지에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 페닐렌디아민계 화합물 및 산화 환원 효소를 이용한 전기화학적 측정, 페닐렌디아민계 화합물 및 산화 환원 효소를 포함하는 조성물, 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극에 관한 것이다.
효소 전극에서 메디에이터는 효소에 의한 산화 환원 반응에 의해 발생한 전자를 전극에 건네주기 위한 매개 물질로서 이용되고 있다. 효소에서 전극으로의 효율적인 전자 전달을 위해서는 메디에이터가 전극의 근방에 국재화되어 있는 것이 바람직하다. 그 때문에 전극과 메디에이터를 화학 결합시키는 방법이나 메디에이터 자체를 고분자화하는 방법 등 전극에 메디에이터를 고정화시키는 다양한 수법이 이용되고 있다. 그러나, 화학 결합법은 메디에이터의 측쇄 관능기에 제한이 있고, 메디에이터 자체를 고분자화하는 방법은 메디에이터의 산화 환원 전위가 변화할 가능성이 있는 등 종래의 수법은 범용성이 부족하였다. 또, 글래시 카본 전극을 강산으로 처리함으로써 표면의 관능기를 활성화시켜 퀴논류 등의 메디에이터를 흡착 고정하는 것도 보고되어 있지만 산업계에서는 거의 실용화되지 않고 있었다.
나아가 어떤 방법이든 메디에이터의 전극에의 고정화를 위해 번잡한 공정이 필요하여 고비용이 된다는 문제도 있었다. 그래서, 전극에의 고정화에 번잡한 공정을 필요로 하지 않는, 간편하게 사용할 수 있는 전자 메디에이터가 요구되었다.
특허문헌 1(일본공개특허 평7-234201)은 전기화학적 측정 방법에 이용하는 전자 메디에이터로서 p-페닐렌디아민 화합물을 기재하고 있다. 개시되어 있는 p-페닐렌디아민 화합물은 히드록실기, 메르캅토기, 카르복실기, 포스포노옥시기 및 술포기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 기를 갖는 p-페닐렌디아민 유도체이다.
특허문헌 2(국제공개 제2004/011929호 팜플렛)는 탄소 입자를 산처리하여 표면을 활성화시킨 후 이 산처리된 탄소 분말에 N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(DPPD)을 첨가하고 이 탄소 분말을 탄소 전극에 고정화하는 것 및 이 전극을 이용한 용액 중의 황화수소나 티올의 검출을 보고하고 있다.
특허문헌 3(일본공표특허 2007-526474)은 N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민으로 유도화한 탄소를 포함하는 전극 및 이 전극을 이용한 pH 센서를 기재하고 있다.
특허문헌 4(일본공개특허 2008-185534)는 메디에이터로서 페닐렌디아민계 화합물인 2,3,5,6-테트라메틸-1,4-페닐렌디아민 또는 N,N-디메틸-p-페닐렌디아민 및 이를 이용한 에탄올 측정을 기재하고 있다.
특허문헌 5(일본공개특허 2016-042032)는 메디에이터로서 N,N,N',N'-테트라메틸-1,4-페닐렌디아민 및 이를 이용한 글루코오스 측정을 기재하고 있다.
N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민(IPPD), N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(DPPD), N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(6PPD)은 모두 고무의 노화 방지제로서 알려져 있다(비특허문헌 2, 일본 고무 협회지, 82권, 제2호, 2009, p. 45-49).
비특허문헌 1(Analyst, 2003, 128, 473-479)은 탄소 분말을 0.1M 염산으로 산처리하여 탄소 표면을 활성화시킨 후 이 산처리된 탄소 분말에 DPPD를 첨가하고 이 탄소 분말을 탄소 전극(기저 평면 열분해 그래파이트 전극, BPPG 전극)에 고정화하는 것 및 이 전극을 이용한 술피드의 검출을 보고하고 있다. 특허문헌 6은 흐름 전지를 기재하고 있다.
특허문헌 1: 일본공개특허 평7-234201 특허문헌 2: 국제공개 제2004/011929호 팜플렛 특허문헌 3: 일본공표특허 2007-526474(국제공개 제2005/085825호 팜플렛) 특허문헌 4: 일본공개특허 2008-185534 특허문헌 5: 일본공개특허 2016-042032 특허문헌 6: 일본공개특허 2019-003928
비특허문헌 1: Analyst, 2003, 128, 473-479 비특허문헌 2: 일본 고무 협회지, 82권, 제2호, 2009, p. 45-49
본 발명은 상기 문제를 적어도 부분적으로 해결할 수 있는 신규 메디에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 면밀히 노력한 결과, 페닐렌디아민계 화합물이 놀랍게도 산처리 등의 특별한 처리를 필요로 하지 않고 전극 표면에 흡착 가능하며, 또한 이 화합물이 메디에이터로서 기능할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성시켰다. 본 발명자들이 아는 한 IPPD, DPPD, 6PPD가 전극에 흡착하는 메디에이터인 것은 지금까지 보고되지 않았고 이는 놀랄 만한 지견이다. 또한, 본 발명자들은 놀랍게도 산처리 등의 특별한 처리를 필요로 하지 않고 전극 표면에 흡착 가능한 새로운 페닐렌디아민계 화합물을 발견하였다.
본 발명은 이하의 실시형태를 포함한다:
[1] 산처리되지 않은 전극에 폴리머에 결합되지 않고 혹은 폴리머화되지 않고 흡착하는 성질을 갖는 화합물을 포함하는 전극 개변제.
[2] 산처리되지 않은 전극에 폴리머에 결합되지 않고 혹은 폴리머화되지 않고 흡착하는 성질을 갖는 화합물을 포함하는 전자 전달 촉진제.
[3] 실시형태 1에 기재된 전극 개변제 또는 실시형태 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 전지.
[4] 상기 화합물이 상기 전지의 전극에 고정화되어 있는, 실시형태 3에 기재된 전지.
[5] 산화 환원 효소를 포함하는, 실시형태 3 또는 4에 기재된 전지.
[6] 산화 환원 효소가 전극에 고정화되어 있는, 실시형태 5에 기재된 전지.
[7] 실시형태 1에 기재된 전극 개변제 또는 실시형태 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 조성물.
[8] 실시형태 1에 기재된 전극 개변제 또는 실시형태 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 전극.
[9] 효소를 갖는, 실시형태 8에 기재된 전극, 또는 효소를 포함하는, 실시형태 7에 기재된 조성물.
[10] 효소가 산화 환원 효소인, 실시형태 9에 기재된 전극 또는 조성물.
[11] 산화 환원 효소가 고정화되어 있는, 실시형태 10에 기재된 전극.
[12] 실시형태 1에 기재된 전극 개변제 또는 실시형태 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 센서, 또는 실시형태 10 혹은 11에 기재된 전극을 갖는 효소 센서.
[13] 화합물이 식 I 또는 식 II의 구조
Figure pct00001
또는
Figure pct00002
[식 중,
R1은 -NR7R8, -N=N-R9 또는 -N+≡N이고,
R2는 -NR10R11 또는 -N=N-R12이며,
R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 V에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐, 아세틸, 카르복시, 푸라닐포르밀, 피라졸릴포르밀, 1-메틸-1H-피라졸-5-일포르밀, 9,9-디메틸플루오렌-2-일, -N+≡N, -N=N-페닐, 벤질,
Figure pct00003
또는
Figure pct00004
이고,
R10은 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 V에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이며,
R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C1-7 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포, 히드록시 또는 아미노이고,
혹은 R3 및 R4 또는 R5 및 R6은 이들을 함유하는 벤젠환과 하나가 되어 경우에 따라 하나 이상의 옥소, X 또는 W에 의해 치환되어도 되는 벤젠환 또는
Figure pct00005
또는
Figure pct00006
을 형성하며, 단 *는 R3이 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R4가 결합하는 탄소 원자에 결합하거나, 또는 *는 R5가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R6이 결합하는 탄소 원자에 결합하며,
R11은 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 Z에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
R9는 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되며,
R12는 경우에 따라 하나 이상의 X, W, 이소티오시아네이트 또는 할로술포닐에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐 및
Figure pct00007
로 이루어지는 군에서 선택되고,
여기서 V는 경우에 따라 C1-7 알킬로 치환되어도 되는 -O-아크릴로일, 아세틸아미노 또는 페닐이며,
W는 경우에 따라 하나 이상의 아미노, C1-7 알킬, 아미노알킬에 의해 치환되어도 되는 D 혹은 L-알라닐술포닐, D 혹은 L-발릴술포닐, D 혹은 L-로이실술포닐, D 혹은 L-메티오닐술포닐, D 혹은 L-프롤릴술포닐, D 혹은 L-트립토필술포닐, D 혹은 L-글리실술포닐, D 혹은 L-시스테이닐술포닐, D 혹은 L-이소로이실술포닐, D 혹은 L-페닐알라닐술포닐, D 혹은 L-티로실술포닐, D 혹은 L-세릴술포닐, D 혹은 L-트레오닐술포닐, D 혹은 L-아스파라기닐술포닐, D 혹은 L-글루타밀술포닐, D 혹은 L-아르기닐술포닐, D 혹은 L-히스티딜술포닐, D 혹은 L-리실술포닐, D 혹은 L-아스파라길술포닐, D 혹은 L-글루타미닐술포닐, -C(=O)-O-숙신이미딜, 아세틸, 트리플루오로아세틸, 벤조일아미노, -N=N-페닐, 페닐아미노, 디아미노페닐아조페닐, 또는 경우에 따라 하나 이상의 X에 의해 치환되어도 되는 페닐아조, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는 나프틸아조, 아세틸아미노,
Figure pct00008
Figure pct00009
또는
Figure pct00010
이고,
X는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시, 알킬아미노, 니트로소, 니트로 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C1-7 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포, 아미노 또는 알킬아미노이며,
Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 히드록시, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되고,
Z는 -SO2-CH=CH2 또는 -SO2-C2H4-O-SO3H, 4,6-디클로로트리아진-2-일아미노임]
를 갖는 화합물 또는 그 염, 무수물 혹은 용매화물인, 실시형태 1에 기재된 전극 개변제, 실시형태 2에 기재된 전자 전달 촉진제, 실시형태 3~6 중 어느 하나에 기재된 전지, 실시형태 7, 9 또는 10에 기재된 조성물, 실시형태 8~11 중 어느 하나에 기재된 전극 또는 실시형태 12에 기재된 효소 센서.
[14] 화합물이 식 Ia 혹은 IIa의 구조
Figure pct00011
또는
Figure pct00012
[식 중,
R1a는 -NR7aR8a, -N=N-R9a 또는 -N+≡N이고,
R2a는 -NR10aR11a 또는 -N=N-R12a이며,
R7a 및 R8a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이고,
R10은 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이며,
R3a, R4a, R5a 및 R6a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포, 히드록시 또는 아미노이고,
혹은 R3a 및 R4a 또는 R5a 및 R6a는 벤젠환 또는
Figure pct00013
을 형성하며, 단 *는 R3a가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R4a가 결합하는 탄소 원자에 결합하거나, 또는 *는 R5a가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R6a가 결합하는 탄소 원자에 결합하며,
R11a는 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
R9a 및 R12a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되며,
Xa는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 히드록시, 알콕시, 알킬아미노, 니트로소, 니트로 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포, 아미노 또는 알킬아미노이고,
Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택됨]
를 가지거나, 또는 식 Ib 혹은 IIb의 구조
Figure pct00014
또는
Figure pct00015
[식 중,
R7b, R8b 및 R10b는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xb에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이고, R3b, R4b, R5b 및 R6b는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포 또는 아미노이며,
R11b는 경우에 따라 하나 이상의 Xb에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
여기서 Xb는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포 또는 아미노이며,
Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택됨]
를 갖는 화합물 또는 그 염, 무수물 혹은 용매화물인, 실시형태 13에 기재된 전극 개변제, 전자 전달 촉진제, 전지, 조성물, 전극 또는 센서.
[15] 화합물이
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
로 이루어지는 군에서 선택되는, 실시형태 13 또는 14에 기재된 전극 개변제, 전자 전달 촉진제, 전지, 조성물, 전극 또는 센서.
[16] 실시형태 1에 기재된 전극 개변제 또는 실시형태 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 이용하는 공정을 포함하는, 전지의 제조 방법.
[17] 상기 전극 개변제 또는 전자 전달 촉진제를 전지의 전극과 접촉시키는 공정을 포함하는, 실시형태 16에 기재된 방법.
[18] 실시형태 3~6 및 13~15 중 어느 하나에 기재된 전지를 이용하는 발전 방법.
[19] 실시형태 7, 9, 10 및 13~15 중 어느 하나에 기재된 조성물, 실시형태 8~11 및 13~15 중 어느 하나에 기재된 전극 또는 실시형태 12~15 중 어느 하나에 기재된 센서를 이용하는 전기화학적 측정 방법.
[20] 실시형태 1 및 13~15 중 어느 하나에 기재된 전극 개변제, 실시형태 2 및 13~15 중 어느 하나에 기재된 전자 전달 촉진제 또는 실시형태 7, 9, 10 및 13~15 중 어느 하나에 기재된 조성물을 전극에 접촉시키는 공정을 포함하는, 전극을 개변 또는 수식하는 방법.
본 명세서는 본원의 우선권의 기초가 되는 일본특허출원번호 2018-077593호 및 일본특허출원번호 2018-077628호의 개시 내용을 포함한다.
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 p-페닐렌디아민과 같은 종래의 메디에이터와 달리 전극의 산처리나 메디에이터 자체의 고분자화 등의 특별한 처리를 필요로 하지 않고 그대로 전극 표면에 흡착 가능하며, 그 때문에 간편하게 전극에 고정화할 수 있다. 또한, 이러한 전극은 전기화학적 측정에 이용할 수 있다. 또한, 이러한 전극은 전지에 응용할 수 있다.
도 1은 IPPD 및 GDH를 이용한 사이클릭 볼타메트리를 실시하여 소인 속도와 IOmax 및 IRmax를 플롯한 결과를 나타낸다.
도 2는 IPPD 대신에 DPPD를 이용한 결과를 나타낸다.
도 3은 IPPD 대신에 6PPD를 이용한 결과를 나타낸다.
도 4는 IPPD 대신에 p-페닐렌디아민을 이용한 결과를 나타낸다.
도 5는 IPPD 대신에 p-페닐렌디아민을 이용한 결과를 나타낸다. 가로축은 소인 속도의 평방근이다.
도 6은 IPPD 대신에 BGLB를 이용한 결과를 나타낸다.
도 7은 BGLB 대신에 TDPA를 이용한 결과를 나타낸다.
도 8은 IPPD를 이용한 사이클릭 볼타모그램을 나타낸다.
도 9는 IPPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 10은 DPPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 11은 6PPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 12는 FADGDH-AA와 IPPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 13은 GLD1과 IPPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 14는 GOD와 IPPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 15는 FPOX-CE IPPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 16은 BGLB를 FADGDH-AA와 함께 이용하여 +300mV 인가하였을 때의 산화 전류값의 비교를 나타낸다.
도 17은 TDPA를 FADGDH-AA와 함께 이용하여 +300mV 인가하였을 때의 산화 전류값의 비교를 나타낸다.
도 18은 IPPD를 PQQ-GDH와 함께 이용하여 글루코오스 종농도와 +300mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 결과를 나타낸다.
도 19는 BGLB를 PQQ-GDH와 함께 이용하여 글루코오스 종농도와 +300mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 결과를 나타낸다.
도 20은 DPPD 존재하 또는 부재하에서 NAD-GDH를 이용하였을 때의 글루코오스 첨가 전후의 응답 전류를 나타낸다.
도 21은 IPPD를 LOD와 함께 이용하여 젖산 종농도와 +150mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 결과를 나타낸다.
도 22는 IPPD 존재하 또는 부재하에서 FDH를 이용하였을 때의 프룩토오스 종농도와 +100mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 결과를 나타낸다. 프룩토오스 무첨가시의 전류를 0으로 하였다.
도 23은 IPPD를 흡착시켜 GDH를 고정화한 전극을 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 200mV에서의 산화 전류값의 관계를 나타낸다.
도 24는 종농도 10pM의 DPPD를 이용하여 개변한 전극을 FADGDH-AA 및 글루코오스를 포함하는 용액에 넣었을 때의 +100mV에서의 산화 전류값을 나타낸다. 글루코오스 무첨가시의 전류를 0으로 하였다.
(페닐렌디아민계 화합물)
(페닐렌디아민계 화합물이 흡착한 전극)
어떤 실시형태에서 본 발명은 페닐렌디아민계 화합물을 제공한다. 본 발명의 화합물에는 아조 화합물, 디아조니오 화합물도 포함되는데, 본 명세서에서는 페닐렌디아민계 화합물 혹은 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이라고 할 때 편의상 페닐렌디아민 골격을 갖는 화합물뿐만 아니라 아조 화합물, 디아조니오 화합물도 포함되는 것으로 한다. 다른 실시형태에서 본 발명은 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극 개변제를 제공한다. 이 전극 개변제는 전극 표면에 흡착 가능하며 전극의 전자 수용성을 개변할 수 있다. 다른 실시형태에서 본 발명은 페닐렌디아민계 화합물 또는 본 발명의 전극 개변제가 흡착된 전극을 제공한다. 다른 실시형태에서 본 발명은 페닐렌디아민계 화합물 또는 본 발명의 전극 개변제를 포함하는 전기화학적 측정용 조성물을 제공한다. 조성물은 효소를 더 포함할 수 있다. 효소는 산화 환원 효소일 수 있다. 다른 실시형태에서 본 발명은 페닐렌디아민계 화합물 또는 본 발명의 전극 개변제를 포함하는 전기화학적 측정용 키트를 제공한다. 본 명세서에서 전극 개변제를 전극 흡착제라고 하는 경우가 있다.
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 전극과 접촉시킴으로써 전극 표면에 흡착할 수 있다. 이 때, 전극에 흡착시키기 위해 전극 표면을 산처리하여 활성화하는 등의 특별한 조작은 필요 없다. 어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물이 갖는 전극에 흡착하는 성질이란 이 화합물이 전극에 물리적으로 흡착하는 성질을 말하고, 전극은 탄소, 금, 백금 등의 소재 등을 이용할 수 있다. 나아가 이 화합물을 탄소 분말 또는 탄소 재료 등의 1차 재료에 흡착시키고 다음으로 이 탄소 분말 또는 탄소 재료 등의 1차 재료를 전극에 고정화하는 형태를 포함하는 것으로 한다. 단, 이는 본 발명의 화합물이 갖는 성질에 대한 설명이며, 이 화합물의 사용 방법을 한정하는 것은 아니다. 즉, 어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 화합물을 탄소 분말 또는 탄소 재료 등의 1차 재료에 흡착시키고 다음으로 이 탄소 분말 또는 탄소 재료 등의 1차 재료를 전극에 고정화하는 방법을 제공한다.
어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 화합물을 흡착시킨 탄소 분말 또는 탄소 재료 등의 1차 재료를 제공한다. 이 탄소 분말 또는 탄소 재료 등의 1차 재료는 추가로 전극에 도포 또는 적용할 수 있다. 1차 재료로서는 탄소, 백금, 금 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 탄소 재료로서는 카본 블랙, 카본 파이버, 단층 또는 다층 카본 나노 튜브, 그래핀, 케첸 블랙 등을 들 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물이 갖는 전극, 탄소 분말 또는 탄소 재료에 흡착하는 성질이란 이 화합물이 전극, 탄소 분말 또는 탄소 재료에 직접 물리적으로 흡착하는 성질을 말하고, 이 화합물을 폴리머나 링커에 공유결합시키는 것에 의한 전극, 탄소 분말 또는 탄소 재료에의 결합하는 성질을 말하지 않는 것으로 한다. 이러한 성질을 본 명세서에서 폴리머에 결합되지 않고 전극에 흡착하는 성질, 혹은 폴리머에 결합되지 않고 혹은 이 화합물이 폴리머화되지 않고 탄소 분말 또는 탄소 재료에 흡착하는 성질이라고 하는 경우가 있다. 단, 이는 본 발명의 화합물이 갖는 성질에 대한 설명이며, 이 화합물의 사용 방법을 한정하는 것은 아니다. 즉, 어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 화합물을 폴리머나 링커에 공유결합시킴으로써 전극, 탄소 분말 또는 탄소 재료에 결합하는 방법을 제공한다. 또한, 이 화합물이 전극, 탄소 분말 또는 탄소 재료에 직접 물리적으로 흡착한다는 것은 본 발명의 화합물 자신이(모노머로서) 탄소 분말 또는 탄소 재료에 공유결합하는 것을 방해하는 것은 아니다. 또, 본 명세서에서 폴리머란 동일 단위가 예를 들어 10 이상 다량체화되어 있는 것을 말한다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물을 흡착시키기 위한 탄소 분말 또는 탄소 재료, 탄소 전극, 금 전극, 백금 전극은 산처리되어 있지 않다. 즉 어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물을 흡착시키는 탄소 분말 또는 탄소 재료로부터 산처리된 탄소 분말 또는 탄소 재료, 탄소 전극은 제외된다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물을 효소와 조합하여 이용할 수 있다. 어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물을 산화 환원 효소와 조합하여 이용할 수 있다. 어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물을 전자 전달 촉진제로서 이용할 수 있다. 어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 산화 환원 효소에 의해 촉매되는 산화 환원 반응에서 메디에이터로서 기능한다. 산화 환원 효소로서는 EC 제1군으로 분류되는 각종 산화 환원 효소, 예를 들어 글루코오스 옥시다아제, 글루코오스 디히드로게나아제, 아마도리아제(프룩토실펩티드 옥시다아제 또는 프룩토실아미노산 옥시다아제라고도 함), 퍼옥시다아제, 갈락토오스 옥시다아제, 빌리루빈 옥시다아제, 피루브산 옥시다아제, D- 또는 L-아미노산 옥시다아제, 아민 옥시다아제, 콜레스테롤 옥시다아제, 콜린 옥시다아제, 크산틴 옥시다아제, 사르코신 옥시다아제, D- 또는 L-젖산 옥시다아제(LOD), 아스코르빈산 옥시다아제, 시토크롬 옥시다아제, 알코올 디히드로게나아제, 콜레스테롤 디히드로게나아제, 알데히드 디히드로게나아제, 알데히드 옥시다아제, 프룩토오스 디히드로게나아제(FDH), 소르비톨 디히드로게나아제, D- 또는 L-젖산 디히드로게나아제, 사과산 디히드로게나아제, 글리세롤 디히드로게나아제, 17B 히드록시스테로이드 디히드로게나아제, 에스트라디올 17B 디히드로게나아제, D- 또는 L-아미노산 디히드로게나아제, 글리세르알데히드 3-인산 디히드로게나아제, 3-히드록시스테로이드 디히드로게나아제, 디아포라아제, 카탈라아제, 글루타티온 리덕타제, 시토크롬 b5 리덕타제, 아드레녹신 리덕타제, 시토크롬 b5 리덕타제, 아드레노독신 리덕타제, 질산 리덕타제, 인산 디히드로게나아제, 빌리루빈 옥시다아제, 라카아제, 폴리아민 옥시다아제, 포름산 디히드로게나아제, 피라노스 옥시다아제, 피라노스 디히드로게나아제, 타우로핀 디히드로게나아제 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 복수의 효소의 조합이어도 된다. 상기 효소의 조효소로서는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NAD), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드인산, 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(FAD), 피로로퀴놀린퀴논 등을 들 수 있다. 즉, 글루코오스 디히드로게나아제(GDH)로서는 FAD 의존성 GDH, NAD 의존성 GDH, PQQ 의존성 GDH 등을 들 수 있다. 상기에 든 산화 환원 효소는 예를 들어 Methods in Enzymology(1~602권)에 기재된 방법으로 여러 가지의 기질을 이용한 활성 측정을 행할 수 있다.
본 명세서에서 메디에이터로서 기능한다는 것은 페닐렌디아민계 화합물이 전자 이동에 관여하는 것을 말하고, 예를 들어 전극을 이용하는 계에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 산화 환원 효소로부터 전자를 수취하여 환원형이 되고 전극에 전자를 건네주어 산화형으로 되돌아간다. 이러한 관점에서 메디에이터로서 기능하는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 전자 이동 매개제, 전자 전달 촉진제 혹은 전자 메디에이터(단지 메디에이터라고도 함)라고 부를 수도 있다. 본 명세서에서 이들 용어는 같은 뜻으로 한다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 전극으로부터 산처리한 탄소 분말 또는 탄소 입자를 갖는 전극은 제외된다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 전극과 함께 이용되는 산화 환원 효소는 그 전극에 고정화되어 있어도 된다. 즉, 이 실시형태에서 본 발명은 산화 환원 효소가 고정화되고 본 발명의 전극 개변제가 흡착된 전극을 제공한다. 어떤 실시형태에서 본 발명은 산화 환원 효소가 고정화되고 본 발명의 전극 개변제가 흡착된 전극을 포함하는 효소 센서를 제공한다. 어떤 실시형태에서는 본 발명의 전극 개변제 또는 전자 전달 촉진제를 포함하는 센서가 제공된다.
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물 또는 이 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제는 특별한 처리를 필요로 하지 않고 전극 표면에 흡착할 수 있다. 따라서 어떤 실시형태에서는 개변된 전극을 제작하기 위해 미리 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 전극에 흡착시켜도 된다. 다른 실시형태에서는 전기화학적 측정을 행할 때에 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제 및 산화 환원 효소를 포함하는 측정 용액(조성물)을 사용할 수 있다. 이 실시형태에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제 및 산화 환원 효소를 포함하는 조성물을 전극에 물리적으로 접촉시키면 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제가 전극에 흡착되어 전기화학적 특성이 개변된 전극이 측정시에 그 자리에서 제작된다.
어떤 실시형태에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 전극에 흡착시킴에 있어서 전극을 산으로 전처리하지 않는다. 다른 실시형태에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 전극에 흡착시킴에 있어서 전극을 산으로 전처리해도 된다. 또, 여기서 말하는 산으로의 전처리란 산을 포함하는 전해질 용액을 전극과 접촉시키는 것을 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 명세서에서 산이란 pH 4 이하, 예를 들어 pH 4 미만, pH 3 이하, pH 3 미만, pH 2 이하, pH 2 미만, pH 1의 산을 말한다. 또한, 어떤 실시형태에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 특정 전위를 인가함으로써 산화형 혹은 환원형으로 변환한 후에 전극에 흡착시켜도 된다. 또, 산화형 혹은 환원형으로 변환하는 수법으로서 산화제나 환원제를 이용해도 되고, 특별히 수법은 한정되지 않는다. 또한, 어떤 실시형태에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 고분자에 포섭하여 전극에 흡착시켜도 된다. 이러한 흡착을 본 명세서에서 포섭 고정(embedded) 또는 포괄 고정(entrapped)이라고 하는 경우가 있다. 이는 흡착 고정, 즉 물리 흡착에 의한 고정과는 구별된다. 포섭 고정 또는 포괄 고정에서는 본 발명의 화합물은 고분자 중에서 확산될 수 있는 것에 반해, 흡착 고정에서는 본 발명의 화합물은 확산되지 않거나 또는 거의 확산되지 않는다. 다른 실시형태에서는 본 발명의 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 이온성 폴리머, 예를 들어 양이온성 폴리머인 폴리에틸렌이민이나 폴리리신, 음이온성 폴리머인 폴리아닐린, 폴리아크릴산 등을 이용한 정전적 상호작용에 의해 전극에 흡착시켜도 된다. 다른 실시형태에서는 본 발명의 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 효소에 흡착 혹은 가교제에 의한 고정을 행하고 효소와 함께 전극에 고정화시켜도 된다. 다른 실시형태에서는 흡착시킨 본 발명의 화합물을 산화 환원 반응 혹은 가교제에 의해 폴리머화해도 된다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 하기 일반식 I 또는 II의 화합물 또는 그 염, 무수물 혹은 용매화물일 수 있다:
Figure pct00019
또는
Figure pct00020
[식 중,
R1은 -NR7R8, -N=N-R9 또는 -N+≡N이고,
R2는 -NR10R11 또는 -N=N-R12이며,
R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 V에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐, 아세틸, 카르복시, 푸라닐포르밀, 피라졸릴포르밀, 1-메틸-1H-피라졸-5-일포르밀, 9,9-디메틸플루오렌-2-일, -N+≡N, -N=N-페닐, 벤질,
Figure pct00021
또는
Figure pct00022
이고,
R10은 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 V에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이며,
R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C1-7 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포, 히드록시 또는 아미노이고,
혹은 R3 및 R4 또는 R5 및 R6은 이들을 함유하는 벤젠환과 하나가 되어 경우에 따라 하나 이상의 옥소, X 또는 W에 의해 치환되어도 되는 벤젠환 또는
Figure pct00023
또는
Figure pct00024
를 형성하며, 단 *는 R3이 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R4가 결합하는 탄소 원자에 결합하거나, 또는 *는 R5가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R6이 결합하는 탄소 원자에 결합하며,
R11은 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 Z에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
R9는 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되며,
R12는 경우에 따라 하나 이상의 X, W, 이소티오시아네이트 또는 할로술포닐에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐 및
Figure pct00025
으로 이루어지는 군에서 선택되고,
여기서 V는 경우에 따라 C1-7 알킬로 치환되어도 되는 -O-아크릴로일, 아세틸아미노 또는 페닐이며,
W는 경우에 따라 하나 이상의 아미노, C1-7 알킬, 아미노알킬에 의해 치환되어도 되는 D 혹은 L-알라닐술포닐, D 혹은 L-발릴술포닐, D 혹은 L-로이실술포닐, D 혹은 L-메티오닐술포닐, D 혹은 L-프롤릴술포닐, D 혹은 L-트립토필술포닐, D 혹은 L-글리실술포닐, D 혹은 L-시스테이닐술포닐, D 혹은 L-이소로이실술포닐, D 혹은 L-페닐알라닐술포닐, D 혹은 L-티로실술포닐, D 혹은 L-세릴술포닐, D 혹은 L-트레오닐술포닐, D 혹은 L-아스파라기닐술포닐, D 혹은 L-글루타밀술포닐, D 혹은 L-아르기닐술포닐, D 혹은 L-히스티딜술포닐, D 혹은 L-리실술포닐, D 혹은 L-아스파라길술포닐, D 혹은 L-글루타미닐술포닐, -C(=O)-O-숙신이미딜, 아세틸, 트리플루오로아세틸, 벤조일아미노, -N=N-페닐, 페닐아미노, 디아미노페닐아조페닐, 또는 경우에 따라 하나 이상의 X에 의해 치환되어도 되는 페닐아조, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는 나프틸아조, 아세틸아미노,
Figure pct00026
Figure pct00027
또는
Figure pct00028
이고,
X는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시, 알킬아미노, 니트로소, 니트로 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C1-7 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포, 아미노 또는 알킬아미노이며,
Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 히드록시, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되고,
Z는 -SO2-CH=CH2 또는 -SO2-C2H4-O-SO3H, 4,6-디클로로트리아진-2-일아미노임].
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 하기 일반식 Ia 혹은 IIa의 구조를 갖는 화합물 또는 그 염, 무수물 혹은 용매화물일 수 있다:
Figure pct00029
또는
Figure pct00030
[식 중,
R1a는 -NR7aR8a, -N=N-R9a 또는 -N+≡N이고,
R2a는 -NR10aR11a 또는 -N=N-R12a이며,
R7a 및 R8a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이고,
R10은 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이며,
R3a, R4a, R5a 및 R6a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포, 히드록시 또는 아미노이고,
혹은 R3a 및 R4a 또는 R5a 및 R6a는 벤젠환 또는
Figure pct00031
을 형성하며, 단 *는 R3a가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R4a가 결합하는 탄소 원자에 결합하거나, 또는 *는 R5a가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R6a가 결합하는 탄소 원자에 결합하며,
R11a는 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
R9a 및 R12a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되며,
Xa는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 히드록시, 알콕시, 알킬아미노, 니트로소, 니트로 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포, 아미노 또는 알킬아미노이고,
Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택됨].
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 하기 일반식 Ib 혹은 IIb의 구조를 갖는 화합물 또는 그 염, 무수물 혹은 용매화물일 수 있다:
Figure pct00032
또는
Figure pct00033
[식 중,
R7b, R8b 및 R10b는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xb에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이고, R3b, R4b, R5b 및 R6b는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포 또는 아미노이며,
R11b는 경우에 따라 하나 이상의 Xb에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
여기서 Xb는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포 또는 아미노이며,
Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택됨].
본 명세서에서 이용하는 알킬이란 직쇄 또는 분지쇄의, 예를 들어 1~7개의 탄소 원자, 예를 들어 1~6개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소를 말한다. 알킬의 예로서는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 이소부틸, n-부틸, tert-부틸, 이소펜틸, n-펜틸, 헵틸을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 이용하는 (탄소 원자 등)의 원자의 수는 예를 들어 「Cx-Cy 알킬」이라고 나타나며, 이는 x부터 y개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 말한다. 다른 치환기 및 범위에 대해서도 동일한 표기를 한다.
본 명세서에서 이용하는 알케닐이란 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 직쇄 또는 분지쇄의 지방족 탄화수소를 말한다. 예로서는 한정하는 것은 아니지만 비닐, 알릴 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 이용하는 알키닐이란 하나 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 갖는 직쇄 또는 분지쇄의 지방족 탄화수소를 말한다. 예로서는 한정하는 것은 아니지만 에티닐 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 이용하는 시클로알킬이란 치환된 또는 치환되지 않은 비방향족 환식 탄화수소환을 말한다. 시클로알킬기로서는 한정하는 것은 아니지만 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 및 시클로헵틸을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 이용하는 할로란 제17족 원소의 기, 예를 들어 -Cl, -Br, -I 등을 말한다. 본 명세서에서 이용하는 할로겐이란 불소, 염소, 브롬 또는 요오드를 말한다.
본 명세서에서 이용하는 할로알킬이란 적어도 하나의 할로겐으로 치환되어 있는 알킬기를 말한다. 할로알킬기로서는 한정하는 것은 아니지만 독립적으로 하나 이상의 할로겐, 예를 들어 플루오로, 클로로, 브로모 및 요오드로 치환되어 있는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸 및 t-부틸 등을 들 수 있다.
본 명세서에서 이용하는 할로술포닐이란 적어도 하나의 할로겐으로 치환되어 있는 술포닐기를 말하고, 예를 들어 클로로술포닐(Cl-SO2-), 브로모술포닐(Br-SO2-) 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 이용하는 페닐이란 치환된 혹은 치환되지 않은 벤젠환계를 말한다. 본 명세서에서 이용하는 나프틸이란 치환된 혹은 치환되지 않은 나프탈렌환계를 말하고, 1-나프틸 및 2-나프틸을 들 수 있다. 본 명세서에서 이용하는 안트라세닐이란 치환된 혹은 치환되지 않은 안트라센환계를 말한다. 본 명세서에서 이용하는 페난트레닐이란 치환된 혹은 치환되지 않은 페난트렌환계를 말한다.
본 명세서에서 아세틸이란 CH3CO-를 말한다. 본 명세서에서 트리플루오로아세틸이란 CF3CO-를 말한다. 본 명세서에서 이용하는 카르복시란 -COOH를 말한다. 본 명세서에서 푸라닐이란 푸란의 1가의 기, 예를 들어 2-푸라닐 또는 3-푸라닐을 말한다. 본 명세서에서 포르밀이란 알데히드라고도 하고 -COH를 말한다. 본 명세서에서 푸라닐포르밀이란 푸라닐기가 결합한 포르밀기(푸라닐-CO-)를 말한다. 본 명세서에서 피라졸릴이란 피라졸환계를 말한다. 본 명세서에서 피라졸릴포르밀이란 피라졸릴기가 결합한 포르밀기(피라졸릴-CO-)를 말한다. 본 명세서에서 이용하는 플루오레닐이란 치환된 혹은 치환되지 않은 플루오렌환계를 말한다.
본 명세서에서 -N+≡N란 아지드라고도 하고 -N2기라고도 표기한다. 본 명세서에서 벤질이란 C6H5CH2-를 말한다. 본 명세서에서 벤조일이란 C6H5-C(=O)-를 말한다. 본 명세서에서 아조란 R'-N=N-R"라고도 표기되고, R'와 R"는 동일해도 되고 달라도 된다. 예를 들어 나프틸아조는 나프틸-N=N-를 나타낸다.
본 명세서에서 니트로는 -NO2기를 말한다. 본 명세서에서 니트로소는 -N=O기를 말한다. 본 명세서에서 시아노는 -CN기를 말한다. 본 명세서에서 술포는 -SO3H를 말한다. 본 명세서에서 히드록시는 -OH를 말한다. 본 명세서에서 옥소는 =O를 말한다.
본 명세서에서 아미노란 -NR'R"기를 말하고, R'와 R"는 동일해도 되고 달라도 된다. R'와 R"는 예를 들어 H, 알킬, 알케닐, 알키닐, 시클로알킬, 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐 등일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에서 아미노알킬이란 아미노기가 연결되어 있는 알킬렌-링커를 가진다. 아미노알킬로서는 -(CH2)nNH2 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에서 알킬아미노란 알킬기가 연결되어 있는 아미노를 말한다. 알킬아미노로서는 C1-7 알킬-NH- 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에서 아세틸아미노란 아세틸기가 연결되어 있는 아미노를 말한다. 아세틸아미노로서는 아세틸-NH- 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 아크릴로일이란 H2C=CH-C(=O)-를 말한다. 본 명세서에서 -O-아크릴로일이란 H2C=CH-C(=O)-O-를 말한다. 본 명세서에서 이소티오시아네이트란 -N=C=S를 말한다. 본 명세서에서 숙신이미딜이란 (CH2CO)2N-를 말한다. 본 명세서에서 카르보닐이란 -C(=O)-를 말한다. 본 명세서에서 이용하는 알콕시란 -O-알킬기를 말한다.
본 명세서에서 「경우에 따라 치환되어도 되는」, 「치환된 또는 치환되지 않은」이란 하나 이상의 치환기로의 임의의 치환을 의미하고, 여기에는 여러 번의 치환도 포함된다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민(IPPD)
Figure pct00034
일 수 있다(CAS No. 101-72-4).
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(DPPD)
Figure pct00035
일 수 있다(Cas No. 74-31-7).
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(6PPD)
Figure pct00036
일 수 있다(CAS No. 793-24-8).
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 빈드셰들러 그린 류코 염기(BGLB, CAS 번호 637-31-0)
Figure pct00037
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Variamine Blue B Base(CAS 번호 101-64-4)
Figure pct00038
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 2-니트로-4-아미노디페닐아민(CAS 번호 2784-89-6)
Figure pct00039
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-메틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민
Figure pct00040
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-에틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민
Figure pct00041
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-이소프로필-N'-(4-아미노페닐)-p-페닐렌디아민
Figure pct00042
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민(TDPA, CAS 번호 47743-70-4)
Figure pct00043
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 4-(디메틸아미노)-4'-니트로소디페닐아민(CAS 번호 7696-70-0)
Figure pct00044
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-페닐-o-페닐렌디아민(CAS 번호 534-85-0)
Figure pct00045
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-(4-클로로페닐)-1,2-페닐렌디아민(CAS 번호 68817-71-0)
Figure pct00046
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 4-디아조디페닐아민술파이트(CAS 번호 4477-28-5)
Figure pct00047
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Acid Yellow 36(CAS 번호 587-98-4)
Figure pct00048
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 2-아미노-4-이소프로필아미노-디페닐아민
Figure pct00049
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-이소프로필-N'-(4-히드록시페닐)-p-페닐렌디아민
Figure pct00050
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N,N'-디-2-나프틸-1,4-페닐렌디아민(CAS 번호 93-46-9)
Figure pct00051
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 4-(2-옥틸아미노)디페닐아민(CAS 번호 15233-47-3)
Figure pct00052
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 N-(2-Amino-4-chlorophenyl)안트라닐산(CAS 번호 67990-66-3)
Figure pct00053
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 4-디아조-3-메톡시디페닐아민 황산염(CAS 번호 36305-05-2)
Figure pct00054
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 4-(페닐아조)디페닐아민(CAS 번호 101-75-7)
Figure pct00055
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Acid Orange 5(CAS RN: 554-73-4)
Figure pct00056
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Alizarin Cyanin Green F(CAS 번호 4403-90-1)
Figure pct00057
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Alizarin Astrol(CAS RN: 6408-51-1)
Figure pct00058
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Disperse Yellow 9(CAS 번호 6373-73-5)
Figure pct00059
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 5-Sulfo-4'-diethylamino-2,2'-dihydroxyazobenzene(CAS 번호 1563-01-5)
Figure pct00060
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Alizarin Cyanin Green F(CAS 번호 4403-90-1)
Figure pct00061
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Alphamine Red R Base(CAS 번호 57322-42-6)
Figure pct00062
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 Crocein scarlet 3B(CAS 번호 5413-75-2)
Figure pct00063
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 p-페닐페닐렌디아민(CAS 번호 2198-59-6)
Figure pct00064
일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 이하의 표의 화합물일 수 있다.
Figure pct00065
Figure pct00066
Figure pct00067
Figure pct00068
Figure pct00069
Figure pct00070
Figure pct00071
Figure pct00072
Figure pct00073
Figure pct00074
Figure pct00075
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물로부터 이하의 구조
Figure pct00076
를 갖는 p-페닐렌디아민 및 o-페닐렌디아민은 제외된다. 또한, 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물로부터 N,N-디메틸-p-페닐렌디아민, N,N-디메틸-o-페닐렌디아민 및 N,N,N',N'-테트라메틸페닐렌디아민은 제외된다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물로부터 이하의 일반식(1)의 구조를 갖는 트리페닐아민 유도체는 제외된다:
Figure pct00077
(식 중, X1~X9는 각각 독립적으로 수소, 불소, 염소, 브롬, 시아노기, 니트로기, -N(R1)2, 쇄상 포화 탄화수소, 쇄상 불포화 탄화수소, 환상 포화 탄화수소 또는 환상 불포화 탄화수소를 나타내고, R1은 수소, 쇄상 포화 탄화수소, 쇄상 불포화 탄화수소, 환상 포화 탄화수소, 환상 불포화 탄화수소, 시아노기, 니트로기 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종임. 단, X1~X9가 모두 수소인 경우를 제외함). 다른 실시형태에서는 전지에 이용하는 본 발명의 화합물로부터 이 구조를 갖는 트리페닐아민 유도체는 제외된다.
다른 실시형태에서 본 발명의 화합물로부터 N,N'-디페닐-N,N'-비스(p-톨릴-1,4-페닐렌디아민은 제외된다. 다른 실시형태에서는 전지에 이용하는 본 발명의 화합물로부터 N,N'-디페닐-N,N'-비스(p-톨릴-1,4-페닐렌디아민은 제외된다.
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물에 효소와 공유결합시키기 위한 관능기를 수식해도 된다. 페닐렌디아민계 화합물과 관능기의 사이에 C1~C20의 알킬이나 아미노산, 펩티드 등을 링커로서 넣어도 된다. 링커의 사이에 적절히 히드록실기나 아미노기, 알켄 등이 포함되어 있어도 된다. 관능기로서 예를 들어 히드록실기, 카르복실기, 아미노기, 알데히드기, 히드라지노기, 티오시아네이트기, 에폭시기, 비닐기, 할로겐기, 산에스테르기, 인산기, 티올기, 디술피드기, 디티오카바메이트기, 디티오포스페이트기, 디티오포스포네이트기, 티오에테르기, 티오황산기, 숙신이미드기, 말레이미드기 및 티오요소기 등을 들 수 있다.
페닐렌디아민계 화합물에는 산화 환원 상태 및 이온화 상태가 있을 수 있다. 상기의 화학식에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 중성형이고 환원형의 형태로 기재하였다. 그러나 이 형태뿐만 아니라 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 산화형(디이민형), 반산화형 또는 환원형(디아민형)일 수 있다. 본 발명의 아조 화합물 또는 디아조니오 화합물도 마찬가지로 산화형, 반산화형 또는 환원형일 수 있다. 또한, 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 중성형 또는 양이온형일 수 있다. 편의상 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 예를 들어 상기 화학식으로 나타나는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이라고 하는 경우, 이는 중성형 또는 양이온형의, 산화형, 반산화형 또는 환원형의 형태의 것을 포함하는 것으로 한다. 예를 들어 측정계에 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물로서 중성형이고 산화형의 화합물을 첨가한 후 용액의 pH나 전자 주고받음에 의해 그것이 산화형이고 양이온형의 화합물로 변화하는 경우가 있을 수 있는데, 이러한 화합물도 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물에 포함되는 것으로 한다. 또한, 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이라고 할 때 이는 그 염, 산부가염, 무수물 및 용매화물을 포함하는 것으로 한다. 염으로서는 제1족 원소의 염이나 제17족 원소의 염, 예를 들어 Na염, K염, Cl염, Br염 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 산부가염으로서는 염산염, 황산염, 아황산염, 질산염을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 인공 합성해도 되고 천연물을 취득해도 된다. 또한, 시판되어 있는 것이어도 된다. 합성하는 경우는 관용의 유기 합성 수법을 이용하여 유기 합성을 행하고 NMR, IR, 질량 분석 등에 의해 생성물을 확인할 수 있다. 본 발명의 실시는 특별히 명기하지 않는 한 화학, 유기 합성, 생화학, 분자 생물학, 전기화학의 종래 기술을 사용하지만 이들은 당업자의 능력의 범위 내이다. 이러한 기술은 문헌에 설명되어 있다. 예를 들어 Organic Chemistry(Jonathan Clayden(편집), Nick Greeves(저), Stuart Warren(저), Peter Wothers(저)), Oxford Univ Pr, 2000이나 March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure(Michael B. Smith(저), Jerry March(저)) Wiley-Interscience, 6th edition, 2007을 참조하기 바란다. 이들의 일반적인 텍스트는 각각 참고로 본 명세서에 도입된다.
(효소 또는 산화 환원 효소의 고정화 방법)
효소 또는 산화 환원 효소는 임의의 공지의 방법에 의해 고상으로 고정화될 수 있다. 효소, 예를 들어 산화 환원 효소를 비즈나 막, 탄소 입자, 금 입자, 백금 입자, 폴리머, 전극 표면에 고정화해도 된다. 고정화 방법으로서는 가교 시약을 이용하는 방법, 고분자 매트릭스 중에 봉입하는 방법, 투석막으로 피복하는 방법, 광가교성 폴리머, 도전성 폴리머, 산화 환원 폴리머 등이 있고, 폴리머 중에 고정 혹은 전극 상에 흡착 고정해도 되고, 또한 이들을 조합하여 이용해도 된다. 전형적으로는 글루타르알데히드를 이용하여 산화 환원 효소를 카본 전극 상에 고정화한 후 아민기를 갖는 시약으로 처리하여 글루타르알데히드를 블로킹한다. 고정화하는 산화 환원 효소의 양은 전기화학적 측정 혹은 연료 전지 발전에 필요한 전류를 발생할 수 있는 양으로 할 수 있고, 적절히 결정할 수 있다.
(본 발명의 페닐렌디아민계 화합물의 흡착 방법)
어떤 실시형태에서 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 용액 중에 유리(遊離)된 상태로 존재하고 있어도 되고, 또한 비즈나 막, 탄소 입자, 금 입자, 백금 입자, 폴리머, 전극 표면에 흡착, 예를 들어 물리적으로 흡착되어 있어도 된다. 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이 전극 표면에 흡착되어 있는 것을 전극 표면에 고정화되어 있다고 하는 경우도 있는데, 본 명세서에서 이들은 같은 뜻으로 한다. 흡착 방법으로서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 적당한 매체 중에 용해시켜 그 용액을 전극과 물리적으로 접촉시키는 공정을 포함하는 방법을 들 수 있다. 다른 실시형태에서는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 전극에 분무해도 된다. 흡착시키는 페닐렌디아민계 화합물의 양은 전기화학적 측정 혹은 전지 발전에 필요한 전류를 발생할 수 있는 양으로 할 수 있고, 적절히 결정할 수 있다.
어떤 실시형태에서는 전극에 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이 흡착되고 나아가 효소 예를 들어 산화 환원 효소가 고정화되어 있어도 된다. 이 경우, 우선 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 흡착시키고 다음으로 효소 예를 들어 산화 환원 효소를 고정화해도 되고, 또는 우선 효소 예를 들어 산화 환원 효소를 고정화시키고 다음으로 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 흡착해도 되고, 또는 효소 예를 들어 산화 환원 효소를 고정화하는 조작에서 페닐렌디아민계 화합물을 동시에 흡착시켜도 된다.
시료 용액에 첨가하는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물의 종농도는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 1pM 이상, 2pM 이상, 3pM 이상, 4pM 이상, 5pM 이상, 6pM 이상, 7pM 이상, 8pM 이상, 9pM 이상, 10pM 이상, 1M 이하, 100mM 이하, 20mM 이하, 10mM 이하, 5mM 이하, 1mM 이하, 800μM 이하, 600μM 이하, 500μM 이하, 400μM 이하, 300μM 이하, 200μM 이하, 100μM 이하, 50μM 이하, 예를 들어 1pM~1M, 1pM~100mM, 1pM~20mM, 1pM~10mM, 1pM~5mM, 2pM~1mM, 3pM~800μM, 4pM~600μM, 5pM~500μM, 6pM~400μM, 7pM~300μM, 8pM~200μM, 9pM~100μM, 10pM~50μM의 범위일 수 있다. 시료 용액에 첨가하는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물의 종농도는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 0.000001~0.5%(w/v), 0.000003~0.3%(w/v), 0.000005~0.1%(w/v), 0.00001~0.05%(w/v), 0.00002~0.03%(w/v), 0.00003~0.01%(w/v)일 수 있다. 또, 페닐렌디아민계 화합물과 다른 시약의 첨가 순서는 제한되지 않고, 동시에도 되고 순차 첨가로도 된다.
어떤 실시형태에서 산화 환원 반응을 행하는 시간 또는 전기화학적 측정을 행하는 시간은 60분 이하, 30분 이하, 10분 이하, 5분 이하 또는 1분 이하로 할 수 있다. 또는 장기간 측정하는 효소 센서나 전지 등에서는 산화 환원 반응을 행하는 시간은 60분 이상, 120분 이상, 1일 이상, 2일 이상, 3일 이상, 1주일 이상, 2주일 이상, 3주일 이상으로 할 수 있다. 예를 들어 페닐렌디아민계 화합물을 산화 환원 효소와 함께 사용하는 경우, 시료에 포함되거나 또는 시료 중에 생성된다고 추정되는 환원형의 메디에이터의 농도 범위에 대응하여 전기화학적 측정용 시약의 각 성분의 농도를 조절할 수 있다.
특별히 언급하지 않는 한 본 발명의 조성물에 포함되는 효소 혹은 본 발명의 전극에 고정화된 효소는 정제된 효소이다. 효소를 포함하는 세포 추출물이나 세포 파쇄액, 조효소(粗酵素) 추출액은 효소 이외에도 다양한 협잡 물질을 포함한다. 예를 들어 미생물에서는 조효소 추출액 중의 리보플라빈량은 약 53~133μM라는 보고가 있다(J Indust Micro Biotech 1999, 22, pp. 8-18). 이러한 조효소 추출액 등은 그대로 전기화학적 측정에 제공하면 협잡 물질이 전자를 수취하여 전극으로의 전자의 주고받음이 방해되기 때문에 조효소 추출액에서 이 리보플라빈 농도에서는 정확한 전기화학적 측정은 곤란하다. 그래서 본 발명의 전기화학적 측정법에서는 협잡 물질이 제거된 효소를 사용할 수 있다. 본 명세서에서 효소가 정제되어 있거나 또는 정제 효소라는 것은 반드시 단백질이 순품(純品)일 필요는 없고 전기화학적 측정이 가능할 정도로 효소 표품으로부터 협잡 물질이 제거되어 있는 것을 말한다.
(산화 환원 효소의 활성 측정)
산화 환원 효소의 활성 측정을 설명함에 있어서 구체적인 효소로서 글루코오스 디히드로게나아제(GDH)를 예로 든다. GDH(EC 1.1.99.10)는 글루코오스의 수산기를 산화하여 글루코노-δ-락톤을 생성하는 반응을 촉매한다. 이 때 전자 수용체가 전자를 수취하여 환원형 전자 수용체가 된다. GDH의 활성은 이 작용 원리를 이용하여, 예를 들어 전자 수용체로서 페나진메토설페이트(PMS) 및 2,6-디클로로인도페놀(DCIP)을 이용한 이하의 측정계를 이용하여 측정할 수 있다.
(반응 1) D-글루코오스 + PMS(산화형)
→ D-글루코노-δ-락톤 + PMS(환원형)
(반응 2) PMS(환원형) + DCIP(산화형)
→ PMS(산화형) + DCIP(환원형)
구체적으로는 우선 (반응 1)에서 D-글루코오스의 산화에 따라 PMS(환원형)가 생성된다. 이어서 진행되는 (반응 2)에 의해 PMS(환원형)가 산화됨에 따라 DCIP가 환원된다. 이 「DCIP(산화형)」의 소실 정도를 파장 600nm에서의 흡광도의 변화량으로서 검지하고, 이 변화량에 기초하여 효소 활성을 구할 수 있다.
GDH의 활성은 이하의 순서에 따라 측정할 수 있다. 100mM 인산 완충액(pH 7.0) 2.05mL, 1M D-글루코오스 용액 0.6mL 및 2mM DCIP 용액 0.15mL를 혼합하고 37℃에서 5분간 보온한다. 다음으로 15mM PMS 용액 0.1mL 및 효소 샘플 용액 0.1mL를 첨가하고 반응을 개시한다. 반응 개시시 및 경시적인 흡광도를 측정하여 효소 반응의 진행에 따른 600nm에서의 흡광도의 1분당 감소량(ΔA600)을 구하고, 다음 식에 따라 GDH 활성을 산출한다. 이 때, GDH 활성은 37℃에서 농도 200mM의 D-글루코오스 존재하에서 1분간 1μmol의 DCIP를 환원하는 효소량을 1U라고 정의한다.
Figure pct00078
또, 식 중의 3.0은 반응 시약+효소 시약의 액량(mL), 16.3은 본 활성 측정 조건에서의 밀리몰 분자 흡광 계수(㎠/μmol), 0.1은 효소 용액의 액량(mL), 1.0은 셀의 광로 길이(cm), ΔA600blank는 100mM 인산 완충액(pH 7.0)을 효소 샘플 용액 대신에 첨가하여 반응 개시한 경우의 600nm에서의 흡광도의 1분당 감소량, df는 희석 배수를 나타낸다.
본 발명의 전기화학적 측정용 키트는 적어도 1회의 어세이에 충분한 양의 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물 또는 이 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극 개변제를 포함한다. 전형적으로는 본 발명의 전기화학적 측정용은 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물에 더하여 산화 환원 효소, 어세이에 필요한 완충액, 검량선(calibration curve) 제작을 위한 기질 표준 용액 및 지침을 포함한다. 예를 들어 산화 환원 효소는 GDH이어도 되고, 이 경우 기질 표준 용액은 글루코오스 표준 용액일 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 전기화학적 측정용 키트는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물과 산화 환원 효소를 동일 시약으로서 포함한다. 다른 실시형태에서 본 발명의 전기화학적 측정용 키트는 페닐렌디아민계 화합물과 산화 환원 효소를 별도의 시약으로서 포함한다. 다른 실시형태에서는 산화 환원 효소는 전극에 고정화되어 있어도 되고, 이러한 전극에 대해 이용하는 본 발명의 전기화학적 측정용 키트는 페닐렌디아민계 화합물을 단일 시약으로서 포함한다. 단, 여기서 말하는 단일 시약이란 이 시약이 페닐렌디아민계 화합물 이외의 물질을 포함하지 않는 것을 의미하는 것은 아니다. 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이 단일 시약 중에서 용해되도록 이 단일 시약은 적당한 매체를 포함할 수 있다. 매체는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이 용해되는 것이면 어떠한 것으로도 되고, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤, 아세토니트릴 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물은 여러 가지의 형태로, 예를 들어 분말 고체상의 시약으로서, 비즈나 전극 표면에 고정화된 시약으로서, 또는 적절한 저장 용액 중의 용액, 예를 들어 차광되어 있는 용액으로서 제공할 수 있다.
전기화학적 측정의 일례로서 글루코오스 농도의 측정을 들 수 있다. 글루코오스 농도의 측정은 비색식 전기화학적 측정용의 경우는 예를 들어 이하와 같이 행할 수 있다. 전기화학적 측정용의 반응층에는 글루코오스 디히드로게나아제(GDH), 그리고 반응 촉진제로서 N-(2-아세트아미드)이미드 2아세트산(ADA), 비스(2-히드록시에틸)이미노트리스(히드록시메틸)메탄(Bis-Tris), 탄산나트륨 및 이미다졸로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 액상 혹은 고체상의 조성물을 보유시켜 둔다. 여기서, 필요에 따라 pH 완충제, 발색 시약(변색 시약)을 첨가한다. 여기에 글루코오스를 포함하는 시료를 더하여 일정 시간 반응시킨다. 그동안에 GDH로부터 전자를 직접 수취함으로써 중합하여 생성하는 색소 혹은 환원된 색소의 최대 흡수 파장에 상당하는 흡광도를 모니터링한다. 레이트법이면 흡광도의 시간당 변화율로부터, 엔드포인트법이면 시료 중의 글루코오스가 전부 산화된 시점까지의 흡광도 변화로부터, 미리 표준 농도의 글루코오스 용액을 이용하여 제작한 검량선을 기초로 하여 시료 중의 글루코오스 농도를 산출할 수 있다.
이 방법에서 사용할 수 있는 발색 시약(변색 시약)으로서는 예를 들어 2,6-디클로로인도페놀(DCIP)을 전자 수용체로서 첨가하여 600nm에서의 흡광도의 감소를 모니터링함으로써 글루코오스의 정량이 가능하다. 또한, 발색 시약으로서 니트로테트라졸륨블루(NTB)를 더하여 570nm 흡광도를 측정함으로써 생성되는 디포르마잔의 양을 결정하여 글루코오스 농도를 산출하는 것이 가능하다. 또, 말할 필요도 없이 사용하는 발색 시약(변색 시약)은 이들에 한정되지 않는다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 화합물이 전극에 흡착하는 성질을 이용하여 본 발명의 화합물을 검출할 수 있는 센서를 제작할 수 있다. 본 발명의 화합물, 예를 들어 DPPD를 포함하는 용액 중에 전극, 예를 들어 탄소 전극을 끼우고, 이 용액 중 혹은 일정 시간 경과 후에 다른 측정 용액 중으로 바꿔 끼우고 전기화학적 측정, 예를 들어 CV 혹은 크로노암페로메트리에 의해 본 발명의 화합물의 양을 정량적 혹은 정성적으로 검출할 수 있다.
(효소 센서)
어떤 실시형태에서 본 발명은 산화 환원 효소가 고정화되고 본 발명의 전극 개변제가 흡착된 전극을 포함하는 효소 센서를 제공한다. 효소 센서의 전극으로서는 예를 들어 카본 전극, 금 전극, 백금 전극 등을 들 수 있고, 이 전극 상에 산화 환원 효소를 도포 또는 고정화할 수 있다. 나아가 도전성 재료로서 Co, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, Re, Ni, Cr, Fe, Mo, Ti, Al, Cu, V, Nb, Zr, Sn, In, Ga, Mg, Pb, Au, Pt, Ag 중 적어도 1종류의 원소를 포함하는 금속 미립자가 포함되어 있어도 되고, 이들은 합금이어도 되고 도금을 실시한 것이어도 된다. 카본으로서 카본 나노 튜브나 카본 블랙, 그래파이트, 풀러렌 및 그 유도체 등도 포함된다. 산화 환원 효소의 고정화 방법으로서는 상기 「효소 또는 산화 환원 효소의 고정화 방법」의 단락을 참조할 것.
어떤 실시형태에서 본 발명의 효소 센서의 일례로서 글루코오스 센서를 들 수 있다. 이 글루코오스 센서는 전극에 흡착된 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물 및 전극에 고정화된 GDH 또는 글루코오스 옥시다아제(GOD)를 가질 수 있다. 이 글루코오스 센서는 지속 혈당 측정이나 연속 글루코오스 모니터링에 사용 가능하다.
본 발명의 전극, 효소 센서 및 전기화학적 측정용 조성물은 포텐쇼스탯이나 갈바노스탯 등을 이용함으로써 여러 가지의 전기화학적인 측정 수법에 이용할 수 있다. 전기화학적 측정법으로서는 암페로메트리, 예를 들어 크로노암페로메트리, 포텐셜스텝-크로노암페로메트리, 볼타메트리, 예를 들어 사이클릭 볼타메트리, 미분 펄스 볼타메트리, 포텐쇼메트리, 쿨로메트리 등의 다양한 수법을 들 수 있다. 예를 들어 측정 대상 기질이 글루코오스이면 암페로메트리법에 의해 글루코오스가 환원될 때의 전류를 측정함으로써 시료 중의 글루코오스 농도를 산출할 수 있다. 인가 전압은 조건이나 장치의 설정에도 따르지만 예를 들어 -1000mV~+1000mV(vs. Ag/AgCl) 등으로 할 수 있다.
또, 시험 화합물이 전극에 흡착되는지 여부는 사이클릭 볼타메트리에 의해 확인할 수 있다. 소인 속도를 변화시켜, 예를 들어 10mV/sec부터 50mV/sec의 범위에서 변화시켜 산화 전류의 최대값(IOmax) 및 환원 전류의 최대값(IRmax)이 어떻게 변화하는지 조사한다. 일반적으로 메디에이터가 전극에 흡착되어 있는 경우, 사이클릭 볼타메트리의 소인 속도와 IOmax 및 IRmax의 값은 비례 관계가 되는 것이 알려져 있다. 메디에이터가 확산되어 있는 경우는 소인 속도의 0.5승에 IOmax 및 IRmax가 비례한다. IOmax 및 IRmax와 소인 속도의 관계로부터 화합물이 흡착되어 있는지 확산되어 있는지를 결정한다.
전기화학적 측정의 일례로서 글루코오스의 전기화학적 측정을 들 수 있다. 어떤 실시형태에서 본 발명은 글루코오스를 포함할 수 있는 시료와 페닐렌디아민계 화합물과 정제된 글루코오스 옥시다아제 또는 정제된 글루코오스 디히드로게나아제를 접촉시키는 공정 및 전류를 측정하는 공정을 포함하는 글루코오스의 전기화학적 측정 방법을 제공한다. 이 페닐렌디아민계 화합물은 용액 중에 존재하거나 또는 전극에 흡착되어 있어도 되고, 효소는 전극에 고정화되어 있어도 된다.
예를 들어 글루코오스 농도의 전기화학적 측정은 이하와 같이 하여 행할 수 있다. 항온 셀에 완충액을 넣고 일정 온도로 유지한다. 작용 전극으로서 GDH 또는 GOD를 고정화한 전극을 이용하고, 대극(예를 들어 백금 전극) 및 참조 전극(예를 들어 Ag/AgCl 전극이나 Ag/Ag+ 전극)을 이용한다. 반응액에 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 첨가한다. 카본 전극에 일정한 전압을 인가하여 전류가 정상이 된 후 글루코오스를 포함하는 시료를 더하여 전류의 증가를 측정한다. 표준 농도의 글루코오스 용액에 의해 제작한 검량선에 따라 시료 중의 글루코오스 농도를 계산할 수 있다. 인가하는 전위는 예를 들어 +800mV 이하, +700mV 이하, +600mV 이하, +500mV 이하, +400mV 이하, +300mV 이하, +200mV 이하, +100mV 이하, +50mV 이하로 할 수 있고, -200mV 이상, -100mV 이상, -50mV 이상, 예를 들어 0mV 이상으로 할 수 있고, 예를 들어 +800mV~-200mV, +800mV~-100mV, +800mV~-50mV, +600mV~0mV, +500mV~0mV, +400mV~0mV, +300mV~0mV, +200mV~0mV로 할 수 있다(모두 은염화은 참조 전극에 대해). 글루코오스가 포함되는 측정 용액의 pH는 pH 3~10의 범위 내일 수 있다. 예를 들어 pH 5, pH 6, pH 7, pH 8, pH 9, pH 10이며, 용액 중에 완충제로서 글리신, 아세트산, 구연산, 인산, 탄산, 굿 완충제 등이 포함되어 있어도 된다. GDH나 GOD 이외의 효소 및 글루코오스 이외의 기질을 이용하는 경우에서도 적절히 pH를 바꾸어 측정할 수 있다.
구체적인 예로서는 글래시 카본(GC) 전극에 미리 페닐렌디아민 화합물, 예를 들어 IPPD를 고정화하고, 이어서 0.2U~150U, 예를 들어 0.5U~100U의 GDH 또는 GOD를 고정화하여 글루코오스 농도에 대한 응답 전류값을 측정한다. 전해 셀 중에 100mM 인산 칼륨 완충액(pH 6.0) 10.0ml를 첨가한다. GC 전극을 포텐쇼스탯 BAS100B/W(BAS 제품)에 접속하고 37℃에서 용액을 교반하여 은염화은 참조 전극에 대해 +500mV를 인가한다. 이들 계에 1M D-글루코오스 용액을 종농도가 5, 10, 20, 30, 40, 50mM가 되도록 첨가하고, 첨가마다 정상 상태의 전류값을 측정한다. 이 전류값을 이미 알고 있는 글루코오스 농도(5, 10, 20, 30, 40, 50mM)에 대해 플롯하여 검량선을 작성한다. 이로부터 GDH 또는 GOD 효소 고정화 전극에서 글루코오스의 정량이 가능해진다.
나아가 전기화학 측정을 위해 인쇄 전극을 이용할 수도 있다. 이에 의해 측정에 필요한 용액량을 저감할 수 있다. 전극은 절연 기판 상에 형성할 수 있다. 구체적으로는 포토리소그래피 기술이나 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 플렉소 인쇄 등의 인쇄 기술에 의해 전극을 기판 상에 형성시킬 수 있다. 절연 기판의 소재로서는 실리콘, 유리, 세라믹, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등을 들 수 있고, 각종 용매나 약품에 대한 내성이 강한 것을 이용할 수 있다. 작용극의 면적은 원하는 응답 전류에 따라 설정할 수 있다. 예를 들어 어떤 실시형태에서는 작용극의 면적을 1㎟ 이상, 1.5㎟ 이상, 2㎟ 이상, 2.5㎟ 이상, 3㎟ 이상, 4㎟ 이상, 5㎟ 이상, 6㎟ 이상, 7㎟ 이상, 8㎟ 이상, 9㎟ 이상, 10㎟ 이상, 12㎟ 이상, 15㎟ 이상, 20㎟ 이상, 30㎟ 이상, 40㎟ 이상, 50㎟ 이상, 1㎠ 이상, 2㎠ 이상, 3㎠ 이상, 4㎠ 이상, 5㎠ 이상, 예를 들어 10㎠ 이상으로 할 수 있다. 어떤 실시형태에서는 작용극의 면적을 10㎠ 이하, 5㎠ 이하, 예를 들어 1㎠ 이하로 할 수 있다. 대극도 동일할 수 있다. 또한, 작용극 상에 카본 나노 튜브나 그래핀, 케첸 블랙 등을 고정화하여 외관의 표면적을 크게 할 수도 있다. 이 경우, 외관의 면적은 10배 이상, 50배 이상, 100배 이상, 1000배 이상 늘어날 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제는 전극과 함께 사용하는 경우에는 작용극의 면적 1㎠당 0.1pmol 이상, 0.2pmol 이상, 0.3pmol 이상, 0.4pmol 이상, 0.5pmol 이상, 1pmol 이상, 10mmol 이하, 5mmol 이하, 1mmol 이하, 800μmol 이하, 600μmol 이하, 500μmol 이하, 400μmol 이하, 300μmol 이하, 200μmol 이하, 100μmol 이하, 50μmol 이하, 예를 들어 0.1pmol~10mmol, 0.1pmol~5mmol, 0.2pmol~1mmol, 0.3pmol~800μmol, 0.4pmol~600μmol, 0.5pmol~500μmol, 0.6pmol~400μmol, 0.7pmol~300μmol, 0.8pmol~200μmol, 0.9pmol~100μmol, 1pmol~50μmol의 물질량으로 사용할 수 있다. 이들 수치는 작용극의 면적을 1㎠로 한 경우이며, 작용극의 면적을 증대 또는 저감시킨 경우 혹은 비표면적이 큰 카본 나노 튜브, 그래핀 등을 이용하였을 때에는 외관의 표면적이 증대하여 대응하는 물질량의 본 발명의 전극 개변제를 사용할 수 있다.
(본 발명의 전지)
어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 갖는 전지를 제공한다. 어떤 실시형태에서 본 발명의 전지에서는 본 발명의 화합물이 그 전지의 전극에 고정화되어 있다. 어떤 실시형태에서 본 발명의 전지는 산화 환원 효소를 가진다. 어떤 실시형태에서 산화 환원 효소는 전지가 갖는 전극에 고정화되어 있어도 된다. 어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 전지를 이용하는 발전 방법을 제공한다.
(본 발명의 연료 전지)
어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 갖는 연료 전지용의 애노드 또는 캐소드 및 이 애노드 또는 캐소드를 구비한 연료 전지를 제공한다. 어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이나, 페닐렌디아민계 화합물이 흡착된 전극을 사용한 발전 방법이나 GDH나 GOD 등의 산화 환원 효소를 애노드 전극에 고정화하고 산화 환원 효소에 대응한 기질, 예를 들어 글루코오스를 연료로 하는 발전 방법을 제공한다. 적절히 상기에 나타낸 산화 환원 효소를 고정화한 경우에 고정화한 산화 환원 효소의 기질이 되는 화합물을 연료로 할 수 있다.
어떤 실시형태에서 본 발명의 연료 전지는 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물이 흡착된 애노드 또는 캐소드, 연료조, 캐소드, 산화 환원 효소를 갖는 애노드 및 전해질을 구비하고 있다. 또한, 본 발명의 연료 전지는 필요에 따라 애노드와 캐소드의 사이에 부하 저항을 배치할 수 있고, 이를 위한 배선을 구비할 수 있다. 어떤 실시형태에서 부하 저항은 본 발명의 연료 전지의 일부이다. 어떤 실시형태에서 부하 저항은 본 발명의 연료 전지의 일부가 아니며, 본 발명의 연료 전지는 적당한 부하 저항에 접속할 수 있도록 구성되어 있다. 본 발명의 연료 전지에서 산화 환원 효소는 애노드의 일부를 구성한다. 예를 들어 산화 환원 효소는 애노드에 근접 혹은 접촉하고 있어도 되고, 고정화되어 있어도 되고 또는 흡착되어 있어도 된다. 연료조는 전극에 고정화된 산화 환원 효소의 기질이 되는 화합물을 포함한다. 예를 들어 글루코오스 디히드로게나아제를 전극에 고정화한 경우 연료는 글루코오스일 수 있다. 어떤 실시형태에서 본 발명의 연료 전지는 애노드와 캐소드를 분리하는 이온 교환막을 가질 수 있다. 이온 교환막은 1nm~20nm의 구멍을 가질 수 있다. 애노드는 탄소 전극과 같은 일반적인 전극일 수 있다. 예를 들어 카본 블랙, 그래파이트, 활성탄 등의 도전성 탄소질로 이루어지는 전극이나 금, 백금 등의 금속으로 이루어지는 전극을 이용할 수 있다. 구체적으로는 카본 페이퍼, 카본 클로스, 카본 펠트, 글래시 카본, HOPG(고배향성 열분해 그래파이트) 등을 들 수 있다. 쌍을 이루는 캐소드로서는 예를 들어 백금이나 백금 합금 등 연료 전지에서 일반적으로 이용되고 있는 전극 촉매를 카본 블랙, 그래파이트, 카본 클로스, 카본 펠트, 활성탄과 같은 탄소질 재료 또는 금, 백금 등으로 이루어지는 도전체에 담지시킨 전극이나 백금이나 백금 합금 등의 전극 촉매 그 자체로 이루어지는 도전체를 캐소드 전극으로서 이용하여 산화제(캐소드측 기질, 산소 등)를 전극 촉매에 공급하는 것과 같은 형태로 할 수 있다. 어떤 실시형태에서는 본 발명의 전극으로부터 수은 전극을 제외한다.
다른 실시형태에서는 상기와 같은 기질 산화형 효소 전극으로 이루어지는 애노드와 쌍을 이루는 캐소드로서 기질 환원형 효소 전극을 사용할 수 있다. 산화제를 환원하는 산화 환원 효소로서는 라카아제나 빌리루빈 옥시다아제 등 공지의 효소를 들 수 있다. 산화제를 환원하는 촉매로서 산화 환원 효소를 이용하는 경우에는 필요에 따라 공지의 전자 전달 메디에이터를 이용해도 된다. 캐소드용 메디에이터는 애노드용 메디에이터와 동일해도 되고 달라도 된다. 산화제로서는 산소, 과산화수소 등을 들 수 있다.
어떤 실시형태에서 캐소드에서의 전극 반응을 방해하는 불순물(아스코르빈산이나 요산 등)에 의한 영향을 회피하기 위해 산소 선택성의 막(예를 들어 디메틸폴리실록산의 막)을 캐소드 전극의 주위에 배치할 수 있다.
본 발명의 발전 방법은 산화 환원 효소를 갖는 애노드에 연료가 되는 산화 환원 효소의 기질이 되는 화합물을 공급하는 공정을 포함한다. 산화 환원 효소를 갖는 애노드에 연료가 공급되면 기질이 산화되고 동시에 생성된 전자를 산화 환원 효소는 이 산화 환원 효소와 전극의 사이의 전자 전달을 중개하는 전자 전달 메디에이터, 예를 들어 페닐렌디아민계 화합물에 건네주고, 이 전자 전달 메디에이터에 의해 도전성 베이스재(애노드 전극)에 전자가 주어진다. 애노드 전극으로부터 배선(외부 회로)을 지나 전자가 캐소드 전극에 도달함으로써 전류가 발생한다.
상기 과정에서 발생하는 프로톤(H+)은 전해질 용액 내를 캐소드 전극까지 이동한다. 그리고, 캐소드 전극에서는 전해질 용액 내를 애노드로부터 이동해 온 프로톤과, 외부 회로를 거쳐 애노드측으로부터 이동해 온 전자와, 산소나 과산화수소 등의 산화제(캐소드측 기질)가 반응하여 물이 생성된다. 이를 이용하여 발전을 행할 수 있다.
(본 발명의 유기 전지)
어떤 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물, 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제를 갖는 유기 전지를 제공한다. 전극 개변제, 전극 흡착제 또는 전자 전달 촉진제는 전극에 흡착되어 있어도 된다. 유기 전지에 이용하는 전극 재료로서는 퀴논이나 인디고 유도체, 메톡시기를 갖는 벤조퀴논 화합물, 인디고 카르민, 펜타센테트론 등을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 유기 라디칼 전지에 이용하는 전극 재료로서는 니트록실 라디칼을 갖는 화합물, 예를 들어 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-N-옥실을 폴리머, 예를 들어 폴리메타크릴레이트 또는 아크릴레이트에 결합시킨 전극 재료나 리튬을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 고분자, 54권, 12월호, 2005, p.886을 참조할 것. 유기 전지에서는 본 발명의 전극 개변제를 애노드측, 캐소드측의 전자 메디에이터로서 사용할 수 있다.
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극 개변제나 이 전극 개변제가 흡착된 전극은 여러 가지의 전기화학적 측정에 이용할 수 있다. 또한, 이 전극은 산화 환원 효소를 고정화함으로써 효소 센서에 이용할 수 있다. 나아가 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극 개변제나 이 전극 개변제가 흡착된 전극은 연료 전지나 유기 전지에 이용할 수 있다. 이들은 예시이며, 본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극 개변제 또는 이 전극 개변제가 흡착된 전극의 용도는 이에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에 의해 본 발명을 더욱 예증한다. 단, 본 발명의 기술적 범위는 이들 예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
실시예
재료 및 방법
재료나 시약은 특별히 언급하지 않는 한 시판되고 있거나 또는 해당 기술분야에서 관용의 수법, 공지 문헌의 순서에 따라 입수 또는 조제한 것이다. 단층 카본 나노 튜브는 시그마사 제품, 메이조 나노 카본사 제품 또는 제온 나노테크놀로지사 제품을 이용하였다. 다층 카본 나노 튜브는 시그마사 제품, 메이조 나노 카본사 제품 또는 칸토 화학사 제품을 이용하였다. 카본 나노 튜브는 저분자 계면활성제, 수용성 고분자, 수용성 다당 등을 포함하는 수용액 중에서 초음파 처리함으로써 적절히 분산시킨 것을 이용하였다. 계면활성제로서 Triton X-100, 도데실황산나트륨염 등이 이용되지만 이에 한정되지 않는다. 화합물 N-메틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-에틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-이소프로필-N'-(4-아미노페닐)-p-페닐렌디아민, 2-아미노-4-이소프로필아미노-디페닐아민 및 N-이소프로필-N'-(4-히드록시페닐)-p-페닐렌디아민은 주식회사 나드 연구소(NARD사)에서 입수하였다. 이들의 제조 순서는 다음과 같다.
이하의 도식(scheme)을 이용하여 N-메틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민(도식 중에서 화합물 1-1이라고 표기) 및 N-에틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민(도식 중에서 화합물 1-2라고 표기)을 합성하였다.
Figure pct00079
생성물은 실리카겔 칼럼(전개 용매 헵탄/아세트산에틸)으로 정제하고 질량 분석 및 NMR에 의해 확인하였다. 화합물 1-1의 [M+H]+이온의 m/z는 이론값 199.1, 실측값 199.1이며, 화합물 1-2의 [M+H]+이온의 m/z는 이론값 213.1, 실측값 213.1이었다.
이하의 도식을 이용하여 N-이소프로필-N'-(4-아미노페닐)-p-페닐렌디아민(도식 중에서 화합물 2-2라고 표기) 및 N-이소프로필-N'-(4-히드록시페닐)-p-페닐렌디아민(도식 중에서 화합물 2-3이라고 표기)을 합성하였다.
Figure pct00080
생성물은 실리카겔 칼럼(전개 용매 헵탄/아세트산에틸)으로 정제하고 질량 분석 및 NMR에 의해 확인하였다. 화합물 2-2의 [M+H]+이온의 m/z는 이론값 242.1, 실측값 242.1이며, 화합물 2-3의 [M+H]+이온의 m/z는 이론값 243.1, 실측값 243.0이었다.
이하의 도식을 이용하여 2-아미노-4-이소프로필아미노-디페닐아민(도식 중에서는 화합물 2-1이라고 표기)을 합성하였다.
Figure pct00081
생성물은 실리카겔 칼럼(전개 용매 헵탄/아세트산에틸)으로 정제하고 질량 분석 및 NMR에 의해 확인하였다. 화합물 2-1의 [M+H]+이온의 m/z는 이론값 242.1, 실측값 242.2이었다.
다른 화합물에 대해서는 TCI사 또는 Sigma-Aldrich사에서 시판품을 입수하였다.
실시예 1. Mucor속 유래 GDH 유전자의 숙주에의 도입과 GDH 활성의 확인
일본특허 제4648993호에 기재된 Mucor속 유래 GDH(MpGDH)의 아미노산 서열을 서열번호 1에, 염기 서열을 서열번호 2에 나타낸다. MpGDH에 N66Y/N68G/C88A/A175C/N214C/Q233R/T387C/G466D/E554D/L557V/S559K의 각 변이를 도입한 개변 GDH(MpGDH-M2)를 코딩하는 유전자를 취득하였다. MpGDH-M2의 아미노산 서열은 서열번호 3에 나타내고, 그 유전자의 염기 서열은 서열번호 4에 나타낸다. 플라스미드 pUC19의 멀티클로닝 사이트에 대상 유전자인 MpGDH-M2 유전자를 통상의 방법에 의해 삽입시킨 DNA 구조체(construct)를 제작하였다. 구체적으로는 pUC19는 In-Fusion HD Cloning Kit(클론테크사)에 부속되어 있는 pUC19 linearized Vector를 이용하였다. pUC19의 멀티클로닝 사이트에 있는 In-Fusion Cloning Site에서 MpGDH-M1 유전자를 상기한 In-Fusion HD Cloning Kit를 사용하여 키트에 첨부된 프로토콜에 따라 연결하여 구조체용 플라스미드(pUC19-MpGDH-M2)를 얻었다.
이들 유전자를 누룩곰팡이(Aspergillus sojae; 아스페르길루스 소예)로 발현시켜 그 GDH 활성을 평가하였다.
구체적으로는 MpGDH-M2를 취득하는 것을 목적으로 하여 GDH 유전자를 이용하여 Double-joint PCR(Fungal Genetics and Biology, 2004년, 제41권, p.973-981)을 행하여 5'아암 영역-pyrG 유전자-TEF1 프로모터 유전자-플라빈 결합형 GDH 유전자-3'아암 영역으로 이루어지는 카세트를 구축하고, 하기의 순서로 아스페르길루스 소예 NBRC4239주 유래 pyrG 파괴주(pyrG 유전자의 상류 48bp, 코드 영역 896bp, 하류 240bp 결손주)의 형질전환에 이용하였다. 또, pyrG 유전자는 우라실 영양 요구성 마커이다. 500ml용 삼각 플라스크 중의 20mM 우리딘을 포함하는 폴리펩톤 덱스트린 액체 배지 100ml에 아스페르길루스 소예 NBRC4239주 유래 pyrG 파괴주의 분생자를 접종하고 30℃에서 약 20시간 진탕 배양을 행한 후 균체를 회수하였다. 회수한 균체로부터 프로토플라스트를 조제하였다. 얻어진 프로토플라스트 및 20μg의 대상 유전자 삽입 DNA 구조체를 이용하여 프로토플라스트 PEG법에 의해 형질전환을 행하고, 다음으로 0.5%(w/v) 한천 및 1.2M 소르비톨을 포함하는 Czapek-Dox 최소 배지(디프코사; pH 6)를 이용하여 30℃, 5일간 이상 인큐베이트하여 콜로니 형성능이 있는 것으로서 형질전환 아스페르길루스 소예를 얻었다.
얻어진 형질전환 아스페르길루스 소예는 우리딘 요구성을 상보하는 유전자인 pyrG가 도입됨으로써 우리딘 무첨가 배지에 생육할 수 있게 됨으로써 목적의 유전자가 도입된 주로서 선택할 수 있었다. 얻어진 균주 중에서 목적의 형질전환체를 PCR로 확인하여 선발하였다.
MpGDH 변이체의 유전자에 의해 형질전환한 형질전환 아스페르길루스 소예를 이용하여 각각의 GDH 생산을 행하였다.
200ml용 삼각 플라스크 중의 DPY 액체 배지(1%(w/v) 폴리펩톤, 2%(w/v) 덱스트린, 0.5%(w/v) 효모 엑기스, 0.5%(w/v) KH2PO4, 0.05%(w/v) MgSO4·7H20; pH 미조정) 40ml에 각 균주의 분생자를 접종하고 30℃에서 4일간 160rpm으로 진탕 배양을 행하였다. 다음으로 배양 후의 배양물로부터 균체를 여과하여 얻어진 배지 상청 부분을 Amicon Ultra-15, 30K NMWL(밀리포어사 제품)로 10mL까지 농축·탈염하고 150mM NaCl을 포함하는 20mM 인산 칼륨 완충액(pH 6.5)으로 치환하였다. 이어서 150mM NaCl을 포함하는 20mM 인산 칼륨 완충액(pH 6.5)으로 평형화한 HiLoad 26/60 Superdex 200pg(GE 헬스케어사 제품)에 어플라이하고 이 완충액으로 용출시켜 GDH 활성을 나타내는 부분을 회수하여 MpGDH-M2의 정제 표품을 얻었다. 또, 이 효소는 그 FAD 결합 부위를 통해 FAD와 결합되어 있는 상태의 것이다(홀로 효소).
실시예 2. 페닐렌디아민계 화합물과 탄소 전극의 흡착성 확인
3종의 페닐렌디아민계 화합물(N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민(IPPD, 도쿄 카세이 코교사 제품, 제품 코드 P0327), N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(DPPD, 도쿄 카세이 코교사 제품, 제품 코드 D0609), N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(6PPD, 도쿄 카세이 코교사 제품, 제품 코드 D3331))을 이용하여 인쇄 전극에 의한 사이클릭 볼타메트리(CV)를 행하였다. 구체적으로는 카본의 작용 전극(12.6㎟), 은의 참조 전극이 인쇄되어 이루어지는 SCREEN-PRINTED ELECTRODES(DropSens사 제품, 제품 번호 DRP-C110) 상에 종농도 10μg/ml의 IPPD 10% 에탄올 수용액을 3μl 도포하고 실온에서 건조시켰다. 그 후 전극을 초순수로 세정하고 전용 커넥터(DropSens사 제품, DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D(BAS사 제품)에 접속하였다. 인쇄 전극을 작용극으로 하고 은염화은 전극(BAS사 제품)을 참조극, 백금 전극(BAS사 제품)을 대극으로 하여 100mM 인산 칼륨 완충액(pH 7.0) 10mL 중에 침지시켰다. 이 용액을 650rpm으로 교반시키면서 -200mV부터 +400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 사이클릭 볼타메트리를 행하였다. 소인 속도를 10mV/sec부터 50mV/sec의 범위에서 변화시켜 산화 전류의 최대값(IOmax) 및 환원 전류의 최대값(IRmax)이 어떻게 변화하는지 조사하였다. 일반적으로 메디에이터가 전극에 흡착되어 있는 경우, 사이클릭 볼타메트리의 소인 속도와 IOmax 및 IRmax의 값은 비례 관계가 되는 것이 알려져 있다. 메디에이터가 확산되어 있는 경우는 소인 속도의 0.5승에 IOmax 및 IRmax가 비례한다.
IPPD를 이용한 사이클릭 볼타메트리를 실시하여 소인 속도와 IOmax 및 IRmax를 플롯한 결과를 도 1에 나타낸다. 그 결과, 소인 속도와 IOmax 및 IRmax가 비례 관계에 있는 것이 확인되고, IPPD가 카본 전극에 흡착되는 것이 나타났다.
IPPD 대신에 DPPD, 6PPD를 이용하여 동일한 시험을 행한 결과를 도 2, 도 3에 나타낸다. 모든 화합물에서 소인 속도와 IOmax 및 IRmax가 비례 관계에 있는 것이 확인되고, IPPD와 마찬가지로 카본 전극에 흡착되는 것이 나타났다.
비교예(p-페닐렌디아민)
또, 본 발명의 디페닐아민계 화합물 대신에 메디에이터로서 기능하는 것이 이미 알려져 있는 p-페닐렌디아민을 이용하여 동일한 측정을 실시하면 산화파, 환원파 모두 관측되지 않았다. 초순수에 의한 전극의 세정 혹은 인산 칼륨 완충액에의 침지에 의해 p-페닐렌디아민이 전극으로부터 박리되었기 때문이라고 생각된다.
종농도 100μg/ml의 p-페닐렌디아민 10% 에탄올 용액 10μl, 100mM 인산 칼륨 완충액(pH 7.0) 10μl를 상기 인쇄 전극에 놓고 -200mV부터 +400mV(vs. Ag/Ag+)의 범위에서 전압을 소인한 사이클릭 볼타메트리를 행한 바, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 IOmax 및 IRmax가 소인 속도의 0.5승에 비례하는 것이 확인되었다. 이는 p-페닐렌디아민이 전극에 흡착되지 않고 확산되어 있는 것을 나타내고 있다.
실시예 3. 본 발명의 화합물과 탄소 전극의 흡착성 확인
빈드셰들러 그린 류코 염기(BGLB, 도쿄 카세이 코교사 제품, 제품 코드 B0482, CAS 번호 637-31-0) 또는 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민(TDPA, Sigma-Aldrich사 제품, 제품 코드 556394, CAS 번호 5981-09-9)을 이용하여 인쇄 전극에 의한 사이클릭 볼타메트리(CV)를 행하였다. 구체적으로는 카본의 작용 전극(12.6㎟), 은의 참조 전극이 인쇄되어 이루어지는 SCREEN-PRINTED ELECTRODES(DropSens사 제품, 제품 번호 DRP-C110)에 종농도 1mg/ml의 BGLB 에탄올 용액을 이용하여 화합물을 흡착시켰다. 그 후, 실시예 2와 같이 사이클릭 볼타메트리를 실시하였다.
BGLB를 이용한 측정에서 소인 속도와 IOmax 및 IRmax를 플롯한 결과를 도 6에 나타낸다. 그 결과, 소인 속도와 IOmax 및 IRmax가 비례 관계에 있는 것이 확인되고, BGLB가 카본 전극에 흡착되는 것이 나타났다.
BGLB 대신에 TDPA를 이용하여 동일한 시험을 행한 결과를 도 7에 나타낸다. TDPA는 산화 환원파가 2개 존재하기 때문에 도면 중에서는 IO1, IO2, IR1 및 IR2라고 표기하였다. TDPA를 이용한 경우에서도 소인 속도와 IOmax 및 IRmax가 비례 관계에 있는 것이 확인되고, BGLB와 마찬가지로 카본 전극에 흡착되는 것이 나타났다.
원형 카본 전극(바이오 디바이스 테크놀로지사 제품, DEP-Chip EP-PP) 또는 SCREEN-PRINTED ELECTRODES(DropSens사 제품, 제품 번호 DRP-C110)를 이용한 전극에 의해 상기와 같은 수법에 따라 이하의 화합물에 대해서도 마찬가지로 전극에 흡착되는 것을 확인하였다.
Figure pct00082
Figure pct00083
Figure pct00084
실시예 4. 페닐렌디아민계 화합물을 이용한 전기화학적 평가
FAD 의존성 GDH와 3종의 페닐렌디아민계 화합물(IPPD, DPPD, 6PPD)을 이용하여 인쇄 전극을 이용한 사이클릭 볼타메트리를 행하였다.
구체적으로는 카본의 작용 전극(2.64㎟), 은염화은의 참조 전극이 인쇄되어 이루어지는 원형 카본 전극(바이오 디바이스 테크놀로지사 제품, DEP-Chip EP-PP)을 전용 커넥터를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D(BAS사 제품)에 접속하고, 2000U/ml의 FADGDH-AA(기꼬만 바이오케미파사 제품, 제품 번호 60100) 용액 2μl, 1.5M의 염화칼륨을 함유한 50mM의 인산 칼륨 완충액(pH 7.0) 8μl, IPPD 10% 에탄올 수용액 10μl를 전극 상에 놓았다. IPPD의 종농도는 2.5μM로 하였다. 그리고, -200mV부터 400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 사이클릭 볼타메트리를 행하였다. 소인 속도는 10mV/sec로 하였다. 이어서 종농도 200mM가 되도록 글루코오스 용액을 첨가하고 마찬가지로 사이클릭 볼타메트리를 행하였다.
측정시의 사이클릭 볼타모그램을 도 8에 나타낸다. 글루코오스에 대한 응답 전류가 관측되기 때문에 IPPD가 메디에이터로서 기능하고 있는 것이 나타났다.
이어서 카본의 작용 전극(12.6㎟), 은염화은의 참조 전극이 인쇄되어 이루어지는 SCREEN-PRINTED ELECTRODES(DropSens사 제품, 제품 번호 DRP-110)를 전용 커넥터(DropSens사 제품, DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D(BAS사 제품)에 접속하고, 2000U/ml의 Glucose Dehydrogenase(FAD-dependent)(BBI사 제품, Product Code: GLD3, 이하 GLD3이라고 표기함) 용액 5μl, 1.5M의 염화칼륨을 함유한 50mM의 인산 칼륨 완충액(pH 7.0) 20μl, 페닐렌디아민계 화합물의 10% 에탄올 수용액 25μl를 전극 상에 놓았다. 화합물의 종농도는 IPPD는 2.5μM, DPPD 및 6PPD는 0.5μM로 하였다. 그리고, -200mV부터 400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 사이클릭 볼타메트리를 행하였다. 소인 속도는 30mV/sec로 하였다. 이어서 여러 가지의 종농도가 되도록 글루코오스 용액을 첨가하고 마찬가지로 사이클릭 볼타메트리를 행하였다. 또한, 대조 실험으로서 페닐렌디아민계 화합물을 포함하지 않는 조건으로 상기와 같이 사이클릭 볼타메트리를 행하였다.
또한, IPPD, DPPD, 6PPD를 이용하였을 때의 글루코오스 종농도와 300mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 것을 도 9, 10 및 11에 나타낸다. IPPD, DPPD, 6PPD의 어떤 화합물을 이용한 경우에서도 글루코오스에 대한 응답 전류가 관측된다. 한편, 이들 화합물을 포함하지 않는 경우는 응답 전류가 관측되지 않았기 때문에 IPPD, DPPD, 6PPD는 모두 메디에이터로서 기능하고 있는 것이 나타났다. 따라서, 애노드 전극으로서도 이용할 수 있는 것이 나타났다.
이어서 상기와 같이 FADGDH-AA(기꼬만 바이오케미파사 제품, 제품 번호 60100) 또는 Glucose Dehydrogenase(FAD-dependent)(BBI사 제품, Product Code: GLD1, 이하 GLD1이라고 표기함)와 IPPD를 혼합하고 -200mV부터 +400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 사이클릭 볼타메트리를 행하였다. 단 IPPD 종농도는 FADGDH-AA와의 조합에서는 5μM, GLD1과의 조합에서는 2.5μM로 하였다. 결과를 도 12 및 13에 나타낸다. IPPD 첨가시만 글루코오스에 대한 응답 전류가 관측되었기 때문에 IPPD가 메디에이터로서 기능하고 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 애노드 전극으로서도 이용할 수 있는 것이 나타났다.
이어서 GOD from A. niger Type X-S(Sigma-Aldrich사 제품, 제품 번호 G7141, 이하 GOD라고 표기함)와 IPPD를 혼합하고 상기와 같이 사이클릭 볼타메트리를 행하였다. 결과를 도 14에 나타낸다. IPPD 첨가시만 글루코오스에 대한 응답 전류가 관측되었기 때문에 IPPD가 메디에이터로서 기능하고 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 애노드 전극으로서도 이용할 수 있는 것이 나타났다.
실시예 5. 본 발명의 화합물 및 GDH가 고정화된 전극의 안정성 시험
FAD 의존성 GDH와 N,N'-디페닐-1,4-페닐렌디아민(DPPD, 도쿄 카세이 코교사 제품, 제품 코드 D0609)을 이용하여 인쇄 전극을 이용한 사이클릭 볼타메트리(CV)를 실시하였다. 구체적으로는 우선 실시예 2와 동일한 순서에 의해 SCREEN-PRINTED ELECTRODES(DropSens사 제품, 제품 번호 DRP-C110)에 DPPD를 흡착시키고 전극을 초순수로 세정한 후 풍건시켰다. 그 후, 4mg/ml의 FADGDH-AA(기꼬만 바이오케미파사 제품, 제품 번호 60100) 용액을 3μl 전극에 도포하고 다시 풍건시켰다. 이어서 전극을 25% 글루타르알데히드 용액(후지 필름 와코 준야쿠사 제품, 와코 일급, 제품 번호 079-00533)의 증기에 30분 폭로하고, 그 후 순수로 전극을 세정하여 DPPD·GDH 고정화 전극을 제작하였다. 이 전극을 전용 커넥터(DropSens사 제품, DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D(BAS사 제품)에 접속하고, 종농도 100mM의 글루코오스를 포함하는 20mM 인산 칼륨 완충액(pH 7.0) 10ml 중에 침지시켰다. 인쇄 전극을 작용극으로 하고 은염화은 전극(BAS사 제품)을 참조극, 백금 전극(BAS사 제품)을 대극으로 하여 용액을 750rpm으로 교반시키면서 -200mV부터 +400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 CV를 행하였다. 소인 속도는 30mV/sec로 하였다. 이어서 전극을 용액 중으로부터 취출하여 초순수로 세정한 후 동일한 조성의 새로운 측정 용액에 침지시켜 동일한 측정을 합계 3회 반복 실시하였다. +150mV시의 3회째 CV에서의 산화 전류에 대해 글루코오스를 포함하는 용액과 글루코오스를 포함하지 않는 블랭크 용액에서의 측정값의 차이는 149nA이었다. 블랭크와 비교하여 응답 전류가 높아 DPPD가 전자 이동 촉진제로서 기능하고 있는 것이 나타났다. 나아가 1회째, 2회째 CV와 3회째 CV를 비교한 바, 전류값은 거의 변화하지 않고 DPPD 및 GDH가 용액 중에 이탈하지 않고 안정적으로 전극에 고정화되어 있는 것이 나타났다.
비교예(메틸렌블루)
본 발명의 화합물 대신에 메디에이터로서 이미 알려져 있는 메틸렌블루(MB)를 이용하였을 때는 글루코오스 의존적인 응답 전류는 관측되지 않았다. 한편, 전해질 용액 중에 FADGDH-AA와 MB를 첨가한 시험계에서는 글루코오스 의존적인 응답 전류가 확인되었다. 이상으로부터 MB는 전극에 흡착되지 않고 전극 제작 공정으로 박리되어 있는 것이 나타났다.
비교예(1-메톡시-5-메틸페나지늄메틸설페이트)
또한, MB와 같이 메디에이터로서 이미 알려져 있는 1-메톡시-5-메틸페나지늄메틸설페이트(mPMS)를 이용하여 동일한 시험을 실시하였다. +150mV시의 3회째 CV에서의 산화 전류에 대해 글루코오스를 포함하는 용액과 글루코오스를 포함하지 않는 블랭크 용액에서의 측정값의 차이는 거의 없고, DPPD를 이용하였을 때와 비교하여 현저하게 낮은 값이 되었다. 이는 mPMS가 용이하게 전극으로부터 박리되어 용액 중에 확산된 것을 나타내고 있다.
실시예 6. 그 밖의 산화 환원 효소에 대해
이어서 Fructosyl-peptide Oxidase(FPOX-CE)(기꼬만 바이오케미파사 제품, 제품 번호 60123, 이하 FPOX-CE라고 표기함)와 IPPD를 이용하여 인쇄 전극에 의한 크로노암페로메트리를 행하였다. 구체적으로는 0.79U/ml의 FPOX-CE 용액 5μl, 3M의 염화나트륨을 함유한 100mM의 인산 칼륨 완충액(pH 8.0) 35μl, 10ng/μl의 IPPD의 10% 에탄올 용액 5μl를 전극 상에 놓았다. 나아가 9mM의 프룩토실글리신 용액을 1μl씩 첨가하였다. 그리고, +250mV(vs. Ag/AgCl)를 인가하여 120초간의 응답 전류값 변화를 관측하였다.
인가 후로부터 10초 후의 값을 기록한 바, 도 15에 도시된 바와 같이 프룩토실글리신의 농도가 증가함에 따라 응답 전류값이 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서, IPPD는 FPOX-CE에 대해서도 메디에이터로서 기능하고 있는 것이 나타났다. 따라서, 애노드 전극으로서도 이용할 수 있는 것이 나타났다.
FADGDH-AA와 BGLB, TDPA를 이용하여 인쇄 전극에 의한 CV를 행하였다. 구체적으로는 실시예 2와 동일한 순서로 화합물·GDH 고정화 전극을 제작하여 CV를 실시하였다. 단, CV의 소인 범위는 -200mV부터 +600mV(vs. Ag/AgCl)로 하고, 또한 대조 실험으로서 글루코오스를 포함하지 않는 용액에서의 측정도 행하였다.
BGLB 및 TDPA를 이용하였을 때의 +300mV시의 산화 전류값의 비교를 도 16 및 17에 나타낸다. BGLB, TDPA의 어떤 화합물을 이용한 경우에서도 글루코오스 의존적인 응답 전류가 관측되었다. 이로부터 BGLB, TDPA 모두 FADGDH-AA를 이용하였을 때의 메디에이터로서 이용 가능한 것이 판명되었다.
이어서 PQQ 의존성 GDH와 N-이소프로필-N'-페닐-1,4-페닐렌디아민(IPPD, 도쿄 카세이 코교사 제품, 제품 코드 P0327) 및 BGLB를 이용한 CV를 행하였다. 구체적으로는 인쇄 전극 DRP-C110을 전용 커넥터(DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D에 접속하고, 0.8mg/ml의 Glucose dehydrogenase(PQQ-dependent)(도요보사 제품, 제품 코드 GLD-321) 용액 5μl, 1.5M의 염화칼륨을 함유한 50mM의 인산 칼륨 완충액(pH 6.8) 20μl, 5μM 화합물의 10% 에탄올 용액 25μl를 전극 상에 적하하였다. 효소의 용해액은 1mM 염화칼슘, 0.1% 폴리옥시에틸렌(10) 옥틸페닐에테르를 포함하는 50mM 인산 칼륨 완충액(pH 6.8)을 사용하였다. 그리고, -200mV부터 +400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 CV를 실시하였다. 소인 속도는 30mV/sec로 하였다. 이어서 여러 가지의 종농도가 되도록 글루코오스 용액을 첨가하고 마찬가지로 CV를 실시하였다.
글루코오스 종농도와 +300mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 것을 도 18 및 19에 나타낸다. IPPD, BGLB의 어떤 화합물을 이용한 경우에서도 글루코오스 농도 의존적인 전류가 확인되어 있기 때문에 이들 화합물이 PQQ 의존성 GDH의 메디에이터로서 기능하고 있는 것이 나타났다.
이어서 NAD 의존성 GDH와 DPPD를 이용한 크로노암페로메트리를 실시하였다. 구체적으로는 인쇄 전극 DRP-C110을 전용 커넥터(DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D에 접속하고, 5mg/ml의 Glucose dehydrogenase(NAD(P)-dependent)(도요보사 제품, 제품 코드 GLD-311) 용액 5μl, 1.5M의 염화칼륨을 함유한 150mM의 인산 칼륨 완충액(pH 8.0) 15μl, 50mM-NAD 수용액 5μl, 5μM-DPPD의 10% 에탄올 용액 25μl를 전극 상에 적하하였다. 효소의 용해액은 150mM 인산 칼륨 완충액(pH 8.0)을 사용하였다. +150mV(vs. Ag/AgCl)의 전위를 인가하고 측정 개시로부터 60초 후에 500mM 글루코오스 용액을 5μl 첨가하여 전류 변화를 측정하였다. 또한, 대조 실험으로서 DPPD를 포함하지 않는 측정 용액에서도 동일한 시험을 실시하였다.
글루코오스 용액 첨가 후 전류값이 일정해진 시점에서의 글루코오스 첨가 전후의 응답 전류의 차를 도 20에 나타내었다. DPPD 존재하에서는 글루코오스 첨가에 의해 전류값이 크게 증가한 것에 반해, DPPD 비존재하에서는 글루코오스에의 응답이 거의 관측되지 않았다. 이로부터 NAD 의존성 GDH에서도 DPPD가 메디에이터로서 기능하는 것이 판명되었다.
이어서 젖산 옥시다아제(LOD)와 IPPD를 이용한 CV를 실시하였다. 구체적으로는 인쇄 전극 DRP-C110을 전용 커넥터(DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D에 접속하고, 5mg/ml의 Lactate Oxidase(도요보사 제품, 제품 코드 LCO-301) 용액 5μl, 1.5M의 염화칼륨을 함유한 1M의 인산 칼륨 완충액(pH 7.0) 20μl, 5μM-IPPD의 10% 에탄올 용액 25μl를 전극 상에 적하하였다. 효소의 용해액은 1M 인산 칼륨 완충액(pH 7.0)을 사용하였다. 그리고, -200mV부터 +400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 CV를 실시하였다. 소인 속도는 30mV/sec로 하였다. 이어서 여러 가지의 종농도가 되도록 젖산 용액을 첨가하고 마찬가지로 CV를 실시하였다.
젖산 종농도와 +150mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 것을 도 21에 나타낸다. 젖산 농도 의존적인 응답 전류의 증가가 보였기 때문에 IPPD가 LOD의 메디에이터로서 기능하는 것이 판명되었다.
이어서 프룩토오스 디히드로게나아제(FDH)와 IPPD를 이용한 CV를 실시하였다. FDH는 메디에이터의 비존재하에서도 전극으로 직접 전자를 이동시킬 수 있고(즉 직접 전자 이동능을 가지고), 메디에이터의 비존재하에서도 기질 의존적인 응답 전류를 관측할 수 있는 것이 알려져 있는 효소이다. 구체적으로는 인쇄 전극 DRP-C110을 전용 커넥터(DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D에 접속하고, 10mg/ml의 D-Fructose dehydrogenase(도요보사 제품, 제품 코드 FCD-302) 용액 5μl, 1.5M의 염화칼륨을 함유한 150mM의 아세트산나트륨 완충액(pH 4.5) 20μl, 5μM-IPPD의 10% 에탄올 용액 25μl를 전극 상에 적하하였다. 효소의 용해액은 0.1%-폴리옥시에틸렌(10) 옥틸페닐에테르를 포함하는 150mM의 아세트산나트륨 완충액(pH 4.5)을 사용하였다. 그리고, -200mV부터 +400mV(vs. Ag/AgCl)의 범위에서 전압을 소인한 CV를 실시하였다. 소인 속도는 30mV/sec로 하였다. 이어서 여러 가지의 종농도가 되도록 프룩토오스 용액을 첨가하고 마찬가지로 CV를 실시하였다.
프룩토오스 무첨가시의 전류를 0으로 하고, 프룩토오스 종농도와 +100mV에서의 산화 전류값의 관계를 플롯한 것을 도 22에 나타낸다. FDH는 직접 전자 이동능을 가지기 때문에 IPPD 비존재하에서도 프룩토오스 의존적인 응답 전류가 관측된다. 그러나 IPPD 존재하에서는 IPPD 비존재하일 때와 비교하여 보다 큰 전류가 관측되었다. 이로부터 직접 전자 이동능을 갖는 FDH에서도 IPPD가 메디에이터로서 기능하고 있는 것이 나타났다.
실시예 7. 페닐렌디아민계 화합물·GDH 고정화 센서를 이용한 글루코오스 측정
SCREEN-PRINTED ELECTRODES(DropSens사 제품, 제품 번호 DRP-C110) 상에 5% 폴리에틸렌이민(평균 분자량 10000)을 3μl 도포하고 실온 건조시켰다. 이어서 IPPD(10% 에탄올 용해)를 3μl, GDH-M2를 30U만큼 도포하고 실온 건조시켰다. 마지막으로 2.5mg/dl의 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜에테르(평균 분자량 500)를 1μl 도포하고 4℃에서 하룻밤 정치(靜置)하였다. 얻어진 전극을 순수로 세정하여 IPPD·GDH 고정화 전극으로 하였다. 다음으로 100mM 인산 칼륨 완충액(pH 7) 중에 IPPD·GDH 고정화 전극과 Ag/AgCl 참조극, 백금 대극을 침지시켜 CV 측정을 행하였다. 소인 속도는 10mV/sec로 하였다. 2M 글루코오스를 적절히 첨가하여 각 글루코오스 농도에서 +200mV에서의 산화 전류값을 산출하였다. 그 결과를 도 23에 나타낸다. 글루코오스 농도가 증가함에 따라 응답 전류값도 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 농도를 이미 알고 있는 글루코오스를 측정하여 검량선을 작성함으로써 글루코오스 농도를 정량할 수 있다고 할 수 있다. 또한, 애노드 전극으로서도 이용할 수 있는 것이 나타났다.
실시예 8. 탄소 이외의 전극 소재를 이용하였을 때의 흡착 확인 시험
IPPD와 GDH-M2를 포함하는 pH 7의 인산 완충액 중에 금 전극(BAS사 제품, Cat No. 002421), Ag/AgCl 참조극, 백금 대극을 침지시켜 CV 측정을 행하였다. 소인 속도를 10~100mV/sec로 하고, 소인 속도와 IOmax 및 IRmax를 플롯하였다. 그 결과, 소인 속도와 IOmax 및 IRmax가 비례 관계에 있는 것이 확인되고, IPPD가 금 전극에 흡착되는 것이 나타났다.
마찬가지로 금 전극 대신에 백금 전극(BAS사 제품, Cat No. 002422)을 이용하였을 때에도 소인 속도와 IOmax 및 IRmax가 비례 관계에 있는 것이 확인되고, IPPD가 백금 전극에 흡착되는 것이 나타났다.
실시예 9. 저농도에서의 본 발명의 화합물의 전기화학적 검출
인쇄 전극 DRP-C110을 10pM~100nM의 각종 농도로 희석된 DPPD를 포함하는 50mM 인산 칼륨 완충액 중에 정치하였다. 대조 실험으로서 DPPD를 포함하지 않는 용액에서도 실시하였다. 1시간부터 5일간 적절히 정치한 후 전용 커넥터(DRP-CAC)를 이용하여 ALS 전기화학 애널라이저 814D에 접속하고, DPPD를 포함하지 않는 종농도 4mg/ml의 FADGDH-AA를 포함하는 50mM의 인산 칼륨 완충액(pH 6.8) 10ml 중에서 -400mV부터 +200mV(vs. Ag/Ag+)의 범위에서 전압을 소인한 CV를 실시하였다. 소인 속도는 30mV/sec로 하였다. 그 후 1M의 글루코오스 용액을 1ml 첨가하여 마찬가지로 CV를 실시하고, +100mV에서의 산화 전류값으로부터 글루코오스 미첨가에서의 +100mV에서의 산화 전류값을 뺀 값을 산출하였다.
10pM DPPD 용액을 이용하였을 때의 결과를 도 24에 나타낸다. 글루코오스 첨가시에 전류값이 증가하였기 때문에 본 계에서 10pM라는 저농도에서도 DPPD를 검출할 수 있는 센서로서 유용한 것이 시사되었다. 또, DPPD를 포함하지 않는 용액을 이용하였을 때에는 글루코오스 첨가시에 응답 전류의 증가는 볼 수 없었다. 마찬가지로 100pM, 1nM, 10nM, 100nM의 DPPD를 이용하였을 때에도 글루코오스 첨가시에 미첨가시와 비교하여 유의하게 응답 전류의 증가를 확인하였다.
실시예 10. 연료 전지의 구축
5mm×5mm의 카본 클로스(도요테크니카사 제품)에 다층 카본 나노 튜브 용액을 수회로 나누어 80μl 도포하고 60℃에서 건조시켰다. 순수로 세정 후 더욱 건조시켜 IPPD를 흡착 고정시켰다. 이어서 12mg/ml의 FAD 의존성 글루코오스 디히드로게나아제(GLD1, 후나코시사 제품)를 20μl 도포하고 25℃에서 건조시켰다. 25% 글루타르알데히드 증기 중에 상기 카본 클로스를 30분간 노출함으로써 GLD1을 가교 고정하여 애노드 전극으로 하였다. 캐소드 전극으로서 백금(BAS사 제품)을 이용하여 100mM D-글루코오스를 포함하는 PBS에 상기 애노드 전극, Ag/AgCl 참조극과 함께 침지시켜 가변 저항 및 포텐쇼스탯과 접속하였다. 오픈 서킷 포텐셜로 측정한 바, 10kΩ 접속시에 60μA/㎠의 전류가 흘렀다. 또, IPPD를 흡착 고정시키지 않은 전극을 이용하였을 때에는 10kΩ 접속시에 전류를 관측할 수 없었다. 따라서, 본 발명의 페닐렌디아민 화합물을 고정화한 전극을 이용하면 연료조에 메디에이터를 첨가하지 않고 전기를 흘려보낼 수 있는 전지를 제작할 수 있다.
또한, 다층 카본 나노 튜브 대신에 단층 카본 나노 튜브를 이용해도 마찬가지로 전류를 흘려보낼 수 있었다.
실시예 11. 본 발명의 화합물을 이용한 글루코오스 센서의 구축
단층 카본 나노 튜브에 1mg/ml의 IPPD를 이용하여 흡착 고정시킨 용액을 준비하였다. 실시예 2에서 이용한 인쇄 전극의 작용극 상에 이 용액을 3μL 도포·건조시키고 초순수로 잘 세정하였다. 이어서 4mg/ml의 GLD1을 도포·건조시키고 상기와 같이 글루타르알데히드에 의해 가교 고정하였다. 초순수로 세정 후 PBS 중에 침지시키고, 은염화은 참조극, 백금 대극도 침지시켜 +250mV 인가에 의한 크로노암페로메트리 측정을 행하였다. 그 결과, 글루코오스를 첨가하지 않았을 때에 비해 100μM 글루코오스 첨가시에 1.3μA의 응답 전류가 관측되었다. 따라서, 미리 탄소와 흡착시킨 용액을 인쇄 전극에 도포시켜도 마찬가지로 효소 센서를 제작할 수 있는 것이 시사되었다. 또, 단층 카본 나노 튜브 대신에 케첸 블랙을 이용해도 동일한 효소 센서를 제작할 수 있었다.
본 발명의 페닐렌디아민계 화합물을 포함하는 전극 개변제 또는 이 전극 개변제가 흡착된 전극을 이용함으로써 전지 등의 각종 전기화학적 측정을 행할 수 있다.
본 명세서에서 언급 또는 인용한 모든 간행물, 특허 및 특허출원을 그대로 참고로서 본 명세서에 도입하는 것으로 한다.
서열의 간단한 설명
서열번호 1 Mucor prainii 유래 GDH(aa)
서열번호 2 Mucor prainii 유래 GDH(DNA)
서열번호 3 MpGDH-M2(aa)
서열번호 4 MpGDH-M2(DNA)
SEQUENCE LISTING <110> Kikkoman Corporation <120> Novel Mediator <130> PH-7748-PCT <150> JP 2018-077593 <151> 2018-04-13 <150> JP 2018-077628 <151> 2018-04-13 <160> 4 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 641 <212> PRT <213> Mucor prainii <400> 1 Met Lys Ile Thr Ala Ala Ile Ile Thr Val Ala Thr Ala Phe Ala Ser 1 5 10 15 Phe Ala Ser Ala Gln Gln Asp Thr Asn Ser Ser Ser Thr Asp Thr Tyr 20 25 30 Asp Tyr Val Ile Val Gly Gly Gly Val Ala Gly Leu Ala Leu Ala Ser 35 40 45 Arg Ile Ser Glu Asn Lys Asp Val Thr Val Ala Val Leu Glu Ser Gly 50 55 60 Pro Asn Ala Asn Asp Arg Phe Val Val Tyr Ala Pro Gly Met Tyr Gly 65 70 75 80 Gln Ala Val Gly Thr Asp Leu Cys Pro Leu Ile Pro Thr Thr Pro Gln 85 90 95 Glu Asn Met Gly Asn Arg Ser Leu Thr Ile Ala Thr Gly Arg Leu Leu 100 105 110 Gly Gly Gly Ser Ala Ile Asn Gly Leu Val Trp Thr Arg Gly Gly Leu 115 120 125 Lys Asp Tyr Asp Ala Trp Glu Glu Leu Gly Asn Pro Gly Trp Asn Gly 130 135 140 Ala Asn Leu Phe Lys Tyr Phe Lys Lys Val Glu Asn Phe Thr Pro Pro 145 150 155 160 Thr Pro Ala Gln Ile Glu Tyr Gly Ala Thr Tyr Gln Lys Ser Ala His 165 170 175 Gly Lys Lys Gly Pro Ile Asp Val Ser Phe Thr Asn Tyr Glu Phe Ser 180 185 190 Gln Ser Ala Ser Trp Asn Ala Ser Leu Glu Thr Leu Asp Phe Thr Ala 195 200 205 Leu Pro Asp Ile Leu Asn Gly Thr Leu Ala Gly Tyr Ser Thr Thr Pro 210 215 220 Asn Ile Leu Asp Pro Glu Thr Val Gln Arg Val Asp Ser Tyr Thr Gly 225 230 235 240 Tyr Ile Ala Pro Tyr Thr Ser Arg Asn Asn Leu Asn Val Leu Ala Asn 245 250 255 His Thr Val Ser Arg Ile Gln Phe Ala Pro Lys Asn Gly Ser Glu Pro 260 265 270 Leu Lys Ala Thr Gly Val Glu Trp Tyr Pro Thr Gly Asn Lys Asn Gln 275 280 285 Lys Gln Ile Ile Lys Ala Arg Tyr Glu Val Ile Ile Ser Ser Gly Ala 290 295 300 Ile Gly Ser Pro Lys Leu Leu Glu Ile Ser Gly Ile Gly Asn Lys Asp 305 310 315 320 Ile Val Ser Ala Ala Gly Val Glu Ser Leu Ile Asp Leu Pro Gly Val 325 330 335 Gly Ser Asn Met Gln Asp His Val His Ala Ile Thr Val Ser Thr Thr 340 345 350 Asn Ile Thr Gly Tyr Thr Thr Asn Ser Val Phe Val Asn Glu Thr Leu 355 360 365 Ala Gln Glu Gln Arg Glu Glu Tyr Glu Ala Asn Lys Thr Gly Ile Trp 370 375 380 Ala Thr Thr Pro Asn Asn Leu Gly Tyr Pro Thr Pro Glu Gln Leu Phe 385 390 395 400 Asn Gly Thr Glu Phe Val Ser Gly Lys Glu Phe Ala Asp Lys Ile Arg 405 410 415 Asn Ser Thr Asp Glu Trp Ala Asn Tyr Tyr Ala Ser Thr Asn Ala Ser 420 425 430 Asn Val Glu Leu Leu Lys Lys Gln Tyr Ala Ile Val Ala Ser Arg Tyr 435 440 445 Glu Glu Asn Tyr Leu Ser Pro Ile Glu Ile Asn Phe Thr Pro Gly Tyr 450 455 460 Glu Gly Ser Gly Asn Val Asp Leu Gln Asn Asn Lys Tyr Gln Thr Val 465 470 475 480 Asn His Val Leu Ile Ala Pro Leu Ser Arg Gly Tyr Thr His Ile Asn 485 490 495 Ser Ser Asp Val Glu Asp His Ser Val Ile Asn Pro Gln Tyr Tyr Ser 500 505 510 His Pro Met Asp Ile Asp Val His Ile Ala Ser Thr Lys Leu Ala Arg 515 520 525 Glu Ile Ile Thr Ala Ser Pro Gly Leu Gly Asp Ile Asn Ser Gly Glu 530 535 540 Ile Glu Pro Gly Met Asn Ile Thr Ser Glu Asp Asp Leu Arg Ser Trp 545 550 555 560 Leu Ser Asn Asn Val Arg Ser Asp Trp His Pro Val Gly Thr Cys Ala 565 570 575 Met Leu Pro Lys Glu Leu Gly Gly Val Val Ser Pro Ala Leu Met Val 580 585 590 Tyr Gly Thr Ser Asn Leu Arg Val Val Asp Ala Ser Ile Met Pro Leu 595 600 605 Glu Val Ser Ser His Leu Met Gln Pro Thr Tyr Gly Ile Ala Glu Lys 610 615 620 Ala Ala Asp Ile Ile Lys Asn Phe Tyr Lys Thr Gln His Lys Asn Gln 625 630 635 640 Asn <210> 2 <211> 1926 <212> DNA <213> Mucor prainii <400> 2 atgaagatca cagctgccat tatcactgtt gccacagcat ttgcttcttt tgcttctgct 60 caacaagaca caaattcttc ctcaactgat acttatgatt atgttatcgt tggcggcggt 120 gtagctggtt tggctttggc tagtcgtatc tctgaaaaca aggatgtcac tgttgctgtt 180 ctcgagtccg gtcctaatgc caatgataga tttgttgttt atgctcctgg catgtatggc 240 caagctgttg gcactgatct ctgtcctctc attcctacta ctcctcaaga aaatatgggc 300 aacagaagtc tcacaatcgc tactggtaga ttgctcggtg gtggcagtgc tattaatggt 360 ctcgtttgga cccgtggtgg cttgaaggat tacgatgctt gggaggagct cggtaaccct 420 ggatggaacg gtgccaactt gttcaagtac tttaagaagg tcgaaaactt cactcctcct 480 actcctgccc aaattgaata cggcgctact tatcagaaaa gtgctcatgg caagaaggga 540 cctattgatg tctctttcac gaactacgag ttctctcaat ctgctagctg gaacgcctca 600 ctcgaaaccc ttgatttcac tgcacttcct gatatcttga acggtacttt ggccggttac 660 tctaccactc ccaacatttt ggaccctgag actgttcaac gtgttgattc ctatactggt 720 tacattgctc cttacactag ccgtaacaac ctcaatgttt tggccaacca taccgtctcc 780 cgcattcaat ttgctcccaa gaatggtagc gaacctctca aggctaccgg tgttgaatgg 840 tatcccactg gcaacaagaa tcaaaagcaa attatcaagg cccgttatga agttatcatc 900 tcatctggtg ccattggtag tcctaagctt ttggaaatct ctggtatcgg taataaggat 960 atcgtctctg ctgctggtgt cgagtccttg attgacttgc ctggcgttgg ttccaacatg 1020 caagatcacg ttcatgctat cactgtctct actaccaata ttactggcta tactaccaac 1080 agcgtctttg tcaatgaaac ccttgcccaa gaacaaagag aagaatatga agccaacaag 1140 actggtatct gggctactac tcccaacaac ctcggttatc ctacgcccga acaactcttc 1200 aatggcaccg aattcgtttc tggaaaggag tttgctgaca agattcgtaa ctctactgat 1260 gaatgggcca actattatgc ttccaccaac gcctccaatg tcgagttatt aaagaagcaa 1320 tatgctattg tcgcctctcg ttacgaagag aactacttgt ctcctattga aatcaacttc 1380 actcctggtt atgagggtag cggtaatgtc gatttgcaaa acaacaagta ccaaactgtc 1440 aaccatgtct tgattgctcc tttaagtcgt ggttatactc acattaactc ttctgatgtg 1500 gaggatcatt ctgtcattaa tccccaatac tactctcatc ctatggatat tgatgtccat 1560 atcgcttcca ctaaacttgc tcgcgaaatc atcactgcct ctcccggtct tggtgacatt 1620 aacagtggcg aaatcgaacc cggtatgaat attacttctg aagacgacct tagatcttgg 1680 ttgagtaata atgtccgttc tgactggcat cctgttggta cttgtgctat gcttcccaag 1740 gaattaggtg gtgttgtcag ccccgctctc atggtttacg gcacttccaa cttgcgtgtt 1800 gttgatgctt cgattatgcc cctcgaagtc tcttctcatt tgatgcaacc cacctacggt 1860 attgctgaga aggctgctga cattattaag aatttctaca agactcaaca caagaaccaa 1920 aattag 1926 <210> 3 <211> 641 <212> PRT <213> Mucor prainii <400> 3 Met Lys Ile Thr Ala Ala Ile Ile Thr Val Ala Thr Ala Phe Ala Ser 1 5 10 15 Phe Ala Ser Ala Gln Gln Asp Thr Asn Ser Ser Ser Thr Asp Thr Tyr 20 25 30 Asp Tyr Val Ile Val Gly Gly Gly Val Ala Gly Leu Ala Leu Ala Ser 35 40 45 Arg Ile Ser Glu Asn Lys Asp Val Thr Val Ala Val Leu Glu Ser Gly 50 55 60 Pro Tyr Ala Gly Asp Arg Phe Val Val Tyr Ala Pro Gly Met Tyr Gly 65 70 75 80 Gln Ala Val Gly Thr Asp Leu Ala Pro Leu Ile Pro Thr Thr Pro Gln 85 90 95 Glu Asn Met Gly Asn Arg Ser Leu Thr Ile Ala Thr Gly Arg Leu Leu 100 105 110 Gly Gly Gly Ser Ala Ile Asn Gly Leu Val Trp Thr Arg Gly Gly Leu 115 120 125 Lys Asp Tyr Asp Ala Trp Glu Glu Leu Gly Asn Pro Gly Trp Asn Gly 130 135 140 Ala Asn Leu Phe Lys Tyr Phe Lys Lys Val Glu Asn Phe Thr Pro Pro 145 150 155 160 Thr Pro Ala Gln Ile Glu Tyr Gly Ala Thr Tyr Gln Lys Ser Cys His 165 170 175 Gly Lys Lys Gly Pro Ile Asp Val Ser Phe Thr Asn Tyr Glu Phe Ser 180 185 190 Gln Ser Ala Ser Trp Asn Ala Ser Leu Glu Thr Leu Asp Phe Thr Ala 195 200 205 Leu Pro Asp Ile Leu Cys Gly Thr Leu Ala Gly Tyr Ser Thr Thr Pro 210 215 220 Asn Ile Leu Asp Pro Glu Thr Val Arg Arg Val Asp Ser Tyr Thr Gly 225 230 235 240 Tyr Ile Ala Pro Tyr Thr Ser Arg Asn Asn Leu Asn Val Leu Ala Asn 245 250 255 His Thr Val Ser Arg Ile Gln Phe Ala Pro Lys Asn Gly Ser Glu Pro 260 265 270 Leu Lys Ala Thr Gly Val Glu Trp Tyr Pro Thr Gly Asn Lys Asn Gln 275 280 285 Lys Gln Ile Ile Lys Ala Arg Tyr Glu Val Ile Ile Ser Ser Gly Ala 290 295 300 Ile Gly Ser Pro Lys Leu Leu Glu Ile Ser Gly Ile Gly Asn Lys Asp 305 310 315 320 Ile Val Ser Ala Ala Gly Val Glu Ser Leu Ile Asp Leu Pro Gly Val 325 330 335 Gly Ser Asn Met Gln Asp His Val His Ala Ile Thr Val Ser Thr Thr 340 345 350 Asn Ile Thr Gly Tyr Thr Thr Asn Ser Val Phe Val Asn Glu Thr Leu 355 360 365 Ala Gln Glu Gln Arg Glu Glu Tyr Glu Ala Asn Lys Thr Gly Ile Trp 370 375 380 Ala Thr Cys Pro Asn Asn Leu Gly Tyr Pro Thr Pro Glu Gln Leu Phe 385 390 395 400 Asn Gly Thr Glu Phe Val Ser Gly Lys Glu Phe Ala Asp Lys Ile Arg 405 410 415 Asn Ser Thr Asp Glu Trp Ala Asn Tyr Tyr Ala Ser Thr Asn Ala Ser 420 425 430 Asn Val Glu Leu Leu Lys Lys Gln Tyr Ala Ile Val Ala Ser Arg Tyr 435 440 445 Glu Glu Asn Tyr Leu Ser Pro Ile Glu Ile Asn Phe Thr Pro Gly Tyr 450 455 460 Glu Asp Ser Gly Asn Val Asp Leu Gln Asn Asn Lys Tyr Gln Thr Val 465 470 475 480 Asn His Val Leu Ile Ala Pro Leu Ser Arg Gly Tyr Thr His Ile Asn 485 490 495 Ser Ser Asp Val Glu Asp His Ser Val Ile Asn Pro Gln Tyr Tyr Ser 500 505 510 His Pro Met Asp Ile Asp Val His Ile Ala Ser Thr Lys Leu Ala Arg 515 520 525 Glu Ile Ile Thr Ala Ser Pro Gly Leu Gly Asp Ile Asn Ser Gly Glu 530 535 540 Ile Glu Pro Gly Met Asn Ile Thr Ser Asp Asp Asp Val Arg Lys Trp 545 550 555 560 Leu Ser Asn Asn Val Arg Ser Asp Trp His Pro Val Gly Thr Cys Ala 565 570 575 Met Leu Pro Lys Glu Leu Gly Gly Val Val Ser Pro Ala Leu Met Val 580 585 590 Tyr Gly Thr Ser Asn Leu Arg Val Val Asp Ala Ser Ile Met Pro Leu 595 600 605 Glu Val Ser Ser His Leu Met Gln Pro Thr Tyr Gly Ile Ala Glu Lys 610 615 620 Ala Ala Asp Ile Ile Lys Asn Phe Tyr Lys Thr Gln His Lys Asn Gln 625 630 635 640 Asn <210> 4 <211> 1926 <212> DNA <213> Mucor prainii <400> 4 atgaagatca cagctgccat tatcactgtt gccacagcat ttgcttcttt tgcttctgct 60 caacaagaca caaattcttc ctcaactgat acttatgatt atgttatcgt tggcggcggt 120 gtagctggtt tggctttggc tagtcgtatc tctgaaaaca aggatgtcac tgttgctgtt 180 ctcgagtccg gtccttatgc cggtgataga tttgttgttt atgctcctgg catgtatggc 240 caagctgttg gcactgatct cgctcctctc attcctacta ctcctcaaga aaatatgggc 300 aacagaagtc tcacaatcgc tactggtaga ttgctcggtg gtggcagtgc tattaatggt 360 ctcgtttgga cccgtggtgg cttgaaggat tacgatgctt gggaggagct cggtaaccct 420 ggatggaacg gtgccaactt gttcaagtac tttaagaagg tcgaaaactt cactcctcct 480 actcctgccc aaattgaata cggcgctact tatcagaaaa gttgtcatgg caagaaggga 540 cctattgatg tctctttcac gaactacgag ttctctcaat ctgctagctg gaacgcctca 600 ctcgaaaccc ttgatttcac tgcacttcct gatatcttgt gcggtacttt ggccggttac 660 tctaccactc ccaacatttt ggaccctgag actgttcgac gtgttgattc ctatactggt 720 tacattgctc cttacactag ccgtaacaac ctcaatgttt tggccaacca taccgtctcc 780 cgcattcaat ttgctcccaa gaatggtagc gaacctctca aggctaccgg tgttgaatgg 840 tatcccactg gcaacaagaa tcaaaagcaa attatcaagg cccgttatga agttatcatc 900 tcatctggtg ccattggtag tcctaagctt ttggaaatct ctggtatcgg taataaggat 960 atcgtctctg ctgctggtgt cgagtccttg attgacttgc ctggcgttgg ttccaacatg 1020 caagatcacg ttcatgctat cactgtctct actaccaata ttactggcta tactaccaac 1080 agcgtctttg tcaatgaaac ccttgcccaa gaacaaagag aagaatatga agccaacaag 1140 actggtatct gggctacttg tcccaacaac ctcggttatc ctacgcccga acaactcttc 1200 aatggcaccg aattcgtttc tggaaaggag tttgctgaca agattcgtaa ctctactgat 1260 gaatgggcca actattatgc ttccaccaac gcctccaatg tcgagttatt aaagaagcaa 1320 tatgctattg tcgcctctcg ttacgaagag aactacttgt ctcctattga aatcaacttc 1380 actcctggtt atgaggacag cggtaatgtc gatttgcaaa acaacaagta ccaaactgtc 1440 aaccatgtct tgattgctcc tttaagtcgt ggttatactc acattaactc ttctgatgtg 1500 gaggatcatt ctgtcattaa tccccaatac tactctcatc ctatggatat tgatgtccat 1560 atcgcttcca ctaaacttgc tcgcgaaatc atcactgcct ctcccggtct tggtgacatt 1620 aacagtggcg aaatcgaacc cggtatgaat attacttctg acgacgacgt tagaaaatgg 1680 ttgagtaata atgtccgttc tgactggcat cctgttggta cttgtgctat gcttcccaag 1740 gaattaggtg gtgttgtcag ccccgctctc atggtttacg gcacttccaa cttgcgtgtt 1800 gttgatgctt cgattatgcc cctcgaagtc tcttctcatt tgatgcaacc cacctacggt 1860 attgctgaga aggctgctga cattattaag aatttctaca agactcaaca caagaaccaa 1920 aattag 1926

Claims (20)

  1. 산처리되지 않은 전극에 폴리머에 결합되지 않고 혹은 폴리머화되지 않고 흡착하는 성질을 갖는 화합물을 포함하는 전극 개변제.
  2. 산처리되지 않은 전극에 폴리머에 결합되지 않고 혹은 폴리머화되지 않고 흡착하는 성질을 갖는 화합물을 포함하는 전자 전달 촉진제.
  3. 청구항 1에 기재된 전극 개변제 또는 청구항 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 화합물이 상기 전지의 전극에 고정화되어 있는 전지.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    산화 환원 효소를 포함하는 전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    산화 환원 효소가 전극에 고정화되어 있는 전지.
  7. 청구항 1에 기재된 전극 개변제 또는 청구항 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 조성물.
  8. 청구항 1에 기재된 전극 개변제 또는 청구항 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 전극.
  9. 효소를 갖는 청구항 8에 기재된 전극, 또는 효소를 포함하는 청구항 7에 기재된 조성물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    효소가 산화 환원 효소인 전극 또는 조성물.
  11. 청구항 10에 있어서,
    산화 환원 효소가 고정화되어 있는 전극.
  12. 청구항 1에 기재된 전극 개변제 또는 청구항 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 포함하는 센서, 또는 청구항 10 혹은 청구항 11에 기재된 전극을 갖는 효소 센서.
  13. 화합물이 식 I 또는 식 II의 구조
    [화학식 1]
    Figure pct00085
    또는
    Figure pct00086

    [식 중,
    R1은 -NR7R8, -N=N-R9 또는 -N+≡N이고,
    R2는 -NR10R11 또는 -N=N-R12이며,
    R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 V에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐, 아세틸, 카르복시, 푸라닐포르밀, 피라졸릴포르밀, 1-메틸-1H-피라졸-5-일포르밀, 9,9-디메틸플루오렌-2-일, -N+≡N, -N=N-페닐, 벤질,
    [화학식 2]
    Figure pct00087
    또는
    Figure pct00088

    이고,
    R10은 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 V에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이며,
    R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C1-7 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포, 히드록시 또는 아미노이고,
    혹은 R3 및 R4 또는 R5 및 R6은 이들을 함유하는 벤젠환과 하나가 되어 경우에 따라 하나 이상의 옥소, X 또는 W에 의해 치환되어도 되는 벤젠환 또는
    [화학식 3]
    Figure pct00089
    또는
    Figure pct00090

    을 형성하며, 단 *는 R3이 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R4가 결합하는 탄소 원자에 결합하거나, 또는 *는 R5가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R6이 결합하는 탄소 원자에 결합하며,
    R11은 경우에 따라 하나 이상의 X 또는 Z에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
    R9는 수소, 경우에 따라 하나 이상의 X에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되며,
    R12는 경우에 따라 하나 이상의 X, W, 이소티오시아네이트 또는 할로술포닐에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐 및
    [화학식 4]
    Figure pct00091

    로 이루어지는 군에서 선택되고,
    여기서 V는 경우에 따라 C1-7 알킬로 치환되어도 되는 -O-아크릴로일, 아세틸아미노 또는 페닐이며,
    W는 경우에 따라 하나 이상의 아미노, C1-7 알킬, 아미노알킬에 의해 치환되어도 되는 D 혹은 L-알라닐술포닐, D 혹은 L-발릴술포닐, D 혹은 L-로이실술포닐, D 혹은 L-메티오닐술포닐, D 혹은 L-프롤릴술포닐, D 혹은 L-트립토필술포닐, D 혹은 L-글리실술포닐, D 혹은 L-시스테이닐술포닐, D 혹은 L-이소로이실술포닐, D 혹은 L-페닐알라닐술포닐, D 혹은 L-티로실술포닐, D 혹은 L-세릴술포닐, D 혹은 L-트레오닐술포닐, D 혹은 L-아스파라기닐술포닐, D 혹은 L-글루타밀술포닐, D 혹은 L-아르기닐술포닐, D 혹은 L-히스티딜술포닐, D 혹은 L-리실술포닐, D 혹은 L-아스파라길술포닐, D 혹은 L-글루타미닐술포닐, -C(=O)-O-숙신이미딜, 아세틸, 트리플루오로아세틸, 벤조일아미노, -N=N-페닐, 페닐아미노, 디아미노페닐아조페닐, 또는 경우에 따라 하나 이상의 X에 의해 치환되어도 되는 페닐아조, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는 나프틸아조, 아세틸아미노,
    [화학식 5]
    Figure pct00092

    Figure pct00093
    또는
    Figure pct00094

    이고,
    X는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시, 알킬아미노, 니트로소, 니트로 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-7 알킬, C1-7 알케닐, C1-7 알키닐, C1-7 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포, 아미노 또는 알킬아미노이며,
    Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 히드록시, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되고,
    Z는 -SO2-CH=CH2 또는 -SO2-C2H4-O-SO3H, 4,6-디클로로트리아진-2-일아미노임]
    를 갖는 화합물 또는 그 염, 무수물 혹은 용매화물인, 청구항 1에 기재된 전극 개변제,
    청구항 2에 기재된 전자 전달 촉진제,
    청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 전지,
    청구항 7, 청구항 9 또는 청구항 10에 기재된 조성물,
    청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 전극, 또는
    청구항 12에 기재된 효소 센서.
  14. 청구항 13에 있어서,
    화합물이 식 Ia 혹은 IIa의 구조
    [화학식 6]
    Figure pct00095
    또는
    Figure pct00096

    [식 중,
    R1a는 -NR7aR8a, -N=N-R9a 또는 -N+≡N이고,
    R2a는 -NR10aR11a 또는 -N=N-R12a이며,
    R7a 및 R8a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이고,
    R10은 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이며,
    R3a, R4a, R5a 및 R6a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포, 히드록시 또는 아미노이고,
    혹은 R3a 및 R4a 또는 R5a 및 R6a는 벤젠환 또는
    [화학식 7]
    Figure pct00097

    을 형성하며, 단 *는 R3a가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R4a가 결합하는 탄소 원자에 결합하거나, 또는 *는 R5a가 결합하는 탄소 원자에 결합하고 **는 R6a가 결합하는 탄소 원자에 결합하며,
    R11a는 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
    R9a 및 R12a는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xa에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되며,
    Xa는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 히드록시, 알콕시, 알킬아미노, 니트로소, 니트로 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포, 아미노 또는 알킬아미노이고,
    Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택됨]
    를 가지거나, 또는 식 Ib 혹은 IIb의 구조
    [화학식 8]
    Figure pct00098
    또는
    Figure pct00099

    [식 중,
    R7b, R8b 및 R10b는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Xb에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C3-9 시클로알킬, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 또는 페난트레닐이고, R3b, R4b, R5b 및 R6b는 각각 독립적으로 수소, 경우에 따라 하나 이상의 Y에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 니트로, 시아노, 카르복시, 술포 또는 아미노이며,
    R11b는 경우에 따라 하나 이상의 Xb에 의해 치환되어도 되는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐로 이루어지는 군에서 선택되고,
    여기서 Xb는 경우에 따라 하나 이상의 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기에 의해 치환되어도 되는, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6 알킬, C1-6 알케닐, C1-6 알키닐, C1-6 알콕시, 할로, 히드록시, 니트로, 카르복시, 시아노, 술포 또는 아미노이며,
    Y는 할로, 아미노, 시아노, 카르복시, 카르보닐, 알콕시 및 술포로 이루어지는 군에서 선택됨]
    를 갖는 화합물 또는 그 염, 무수물 혹은 용매화물인 전극 개변제, 전자 전달 촉진제, 전지, 조성물, 전극 또는 센서.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    화합물이
    [화학식 9]
    Figure pct00100
    ,
    Figure pct00101
    ,
    Figure pct00102
    ,
    Figure pct00103
    ,
    Figure pct00104
    ,
    Figure pct00105
    ,
    Figure pct00106
    ,
    Figure pct00107
    ,
    Figure pct00108
    ,
    Figure pct00109
    ,
    Figure pct00110
    ,
    Figure pct00111
    ,
    Figure pct00112
    ,
    Figure pct00113
    ,
    Figure pct00114
    ,
    Figure pct00115
    ,
    Figure pct00116
    ,
    Figure pct00117
    ,
    Figure pct00118
    ,
    Figure pct00119
    ,
    Figure pct00120
    ,
    Figure pct00121
    ,
    Figure pct00122
    ,
    Figure pct00123
    ,
    Figure pct00124
    ,
    Figure pct00125
    ,
    Figure pct00126
    ,
    Figure pct00127
    ,
    Figure pct00128

    및
    Figure pct00129

    로 이루어지는 군에서 선택되는 전극 개변제, 전자 전달 촉진제, 전지, 조성물, 전극 또는 센서.
  16. 청구항 1에 기재된 전극 개변제 또는 청구항 2에 기재된 전자 전달 촉진제를 이용하는 공정을 포함하는 전지의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전극 개변제 또는 전자 전달 촉진제를 전지의 전극과 접촉시키는 공정을 포함하는 방법.
  18. 청구항 3 내지 청구항 6 및 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 전지를 이용하는 발전 방법.
  19. 청구항 7, 청구항 9, 청구항 10 및 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 조성물,
    청구항 8 내지 청구항 11 및 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 전극 또는
    청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 센서를 이용하는 전기화학적 측정 방법.
  20. 청구항 1 및 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 전극 개변제,
    청구항 2 및 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 전자 전달 촉진제 또는
    청구항 7, 청구항 9, 청구항 10 및 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 조성물을 전극에 접촉시키는 공정을 포함하는, 전극을 개변 또는 수식하는 방법.
KR1020207029617A 2018-04-13 2019-02-26 신규 메디에이터 KR20200142012A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018077628A JP6484742B1 (ja) 2018-04-13 2018-04-13 新規メディエータ
JP2018077593A JP6484741B1 (ja) 2018-04-13 2018-04-13 新規メディエータ
JPJP-P-2018-077593 2018-04-13
JPJP-P-2018-077628 2018-04-13
PCT/JP2019/007373 WO2019198359A1 (ja) 2018-04-13 2019-02-26 新規メディエータ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200142012A true KR20200142012A (ko) 2020-12-21

Family

ID=68164035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207029617A KR20200142012A (ko) 2018-04-13 2019-02-26 신규 메디에이터

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210115489A1 (ko)
EP (1) EP3780207A4 (ko)
KR (1) KR20200142012A (ko)
CN (1) CN112042026A (ko)
WO (1) WO2019198359A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113564943A (zh) * 2021-07-09 2021-10-29 天津工业大学 一种电子介体强化的靛蓝全细胞还原染色方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234201A (ja) 1993-12-29 1995-09-05 Mochida Pharmaceut Co Ltd 電気化学的測定方法および新規ｐ−フェニレンジアミン化合物
JP2004011929A (ja) 2002-06-03 2004-01-15 Mitsubishi Electric Corp 給湯器、及びこの給湯器に用いる弁ユニット
JP2007526474A (ja) 2004-03-04 2007-09-13 アイシス・イノベーション・リミテッド 電気化学センサー
JP2008185534A (ja) 2007-01-31 2008-08-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology エタノールの測定法
JP2016042032A (ja) 2014-08-14 2016-03-31 ニプロ株式会社 グルコースセンサ
JP2019003928A (ja) 2017-06-16 2019-01-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 フロー電池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030113606A1 (en) * 2001-04-13 2003-06-19 Rosalyn Ritts Biocompatible membranes of block copolymers and fuel cells produced therewith
GB2391314B (en) * 2002-07-25 2005-08-10 Schlumberger Holdings Methods and apparatus for the measurement of hydrogen sulphide and thiols in fluids
GB2430749B (en) * 2005-09-21 2007-11-28 Schlumberger Holdings Electro-chemical sensor
JP6049454B2 (ja) * 2009-03-25 2016-12-21 セノバ システムズ インコーポレイテッド 分析物を検出するためのデバイス
JP4648993B2 (ja) 2009-06-04 2011-03-09 キッコーマン株式会社 フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼ
JP6708354B2 (ja) 2016-11-07 2020-06-10 富士通コネクテッドテクノロジーズ株式会社 文字入力装置、文字入力方法および文字入力プログラム
JP6833460B2 (ja) 2016-11-08 2021-02-24 株式会社東芝 作業支援システム、作業方法、および処理装置
JP6484741B1 (ja) * 2018-04-13 2019-03-13 キッコーマン株式会社 新規メディエータ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234201A (ja) 1993-12-29 1995-09-05 Mochida Pharmaceut Co Ltd 電気化学的測定方法および新規ｐ−フェニレンジアミン化合物
JP2004011929A (ja) 2002-06-03 2004-01-15 Mitsubishi Electric Corp 給湯器、及びこの給湯器に用いる弁ユニット
JP2007526474A (ja) 2004-03-04 2007-09-13 アイシス・イノベーション・リミテッド 電気化学センサー
JP2008185534A (ja) 2007-01-31 2008-08-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology エタノールの測定法
JP2016042032A (ja) 2014-08-14 2016-03-31 ニプロ株式会社 グルコースセンサ
JP2019003928A (ja) 2017-06-16 2019-01-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 フロー電池

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허문헌 1: Analyst, 2003, 128, 473-479
비특허문헌 2: 일본 고무 협회지, 82권, 제2호, 2009, p. 45-49

Also Published As

Publication number Publication date
EP3780207A1 (en) 2021-02-17
CN112042026A (zh) 2020-12-04
WO2019198359A1 (ja) 2019-10-17
US20210115489A1 (en) 2021-04-22
EP3780207A4 (en) 2022-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tanne et al. Development of a (PQQ)-GDH-anode based on MWCNT-modified gold and its application in a glucose/O2-biofuel cell
JP2024028852A (ja) 新規メディエータ
Camacho et al. Amperometric Biosensor for hydrogen peroxide, using supramolecularly immobilized horseradish peroxidase on the β‐cyclodextrin‐coated gold electrode
Manso et al. Alcohol dehydrogenase amperometric biosensor based on a colloidal gold–carbon nanotubes composite electrode
Malinauskas et al. Bioelectrochemical sensor based on PQQ-dependent glucose dehydrogenase
Hoshino et al. Amperometric biosensor based on multilayer containing carbon nanotube, plasma-polymerized film, electron transfer mediator phenothiazine, and glucose dehydrogenase
Tkáč et al. Fructose biosensor based on D-fructose dehydrogenase immobilised on a ferrocene-embedded cellulose acetate membrane
Wang et al. Amperometric bienzyme glucose biosensor based on carbon nanotube modified electrode with electropolymerized poly (toluidine blue O) film
Silveira et al. Small electron-transfer proteins as mediators in enzymatic electrochemical biosensors
US20170191105A1 (en) Enzyme electrode
Bollella et al. Highly sensitive, stable and selective hydrogen peroxide amperometric biosensors based on peroxidases from different sources wired by Os-polymer: A comparative study
Mie et al. Anodized gold surface enables mediator-free and low-overpotential electrochemical oxidation of NADH: A facile method for the development of an NAD+-dependent enzyme biosensor
Dai et al. Detection of Trace Phenol Based on Mesoporous Silica Derived Tyrosinase‐Peroxidase Biosensor
Jiang et al. Amperometric ethanol biosensor based on integration of alcohol dehydrogenase with Meldola's blue/ordered mesoporous carbon electrode
US20240035065A1 (en) Method for measurement in biosensors
JP6484741B1 (ja) 新規メディエータ
Ramanavicius et al. Potentiometric study of quinohemoprotein alcohol dehydrogenase immobilized on the carbon rod electrode
KR20200142012A (ko) 신규 메디에이터
JP2018068287A (ja) フラビン化合物を用いたグルコース酸化還元反応及びグルコース測定用組成物
JP6484742B1 (ja) 新規メディエータ
Nakashima et al. Amphiphilic polymer mediators promoting electron transfer on bioanodes with PQQ-dependent glucose dehydrogenase
WO2007055100A1 (ja) 酵素電極
Kawai et al. Bioelectrochemical characterization of the reconstruction of heterotrimeric fructose dehydrogenase from its subunits
Takamura et al. Site-directed mutagenesis of multicopper oxidase from hyperthermophilic archaea for high-voltage biofuel cells
KR20210143750A (ko) 글루코오스 디히드로게나아제의 기질 특이성을 개변하는 방법 및 글루코오스 디히드로게나아제 기질 특이성 개변제

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination