JPH06273338A - Lb film for optical chemical sensor - Google Patents

Lb film for optical chemical sensor

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JPH06273338A
JPH06273338A JP6001793A JP6001793A JPH06273338A JP H06273338 A JPH06273338 A JP H06273338A JP 6001793 A JP6001793 A JP 6001793A JP 6001793 A JP6001793 A JP 6001793A JP H06273338 A JPH06273338 A JP H06273338A
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JP
Japan
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dye
film
fluorescence intensity
membrane potential
monitor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6001793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Etsuo Shinohara
悦夫 篠原
Seiji Kondo
聖二 近藤
Nobuyoshi Tajima
信芳 田島
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06273338A publication Critical patent/JPH06273338A/en
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  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an LB film for measuring the concentration of a sample correctly by correcting decrease in the intensity of fluorescence due to deterioration of an optical chemical sensor easily and accurately. CONSTITUTION:In a Langmuir-Blodgett film prepared by transferring a monomolecular film formed by Langmuir-Blodgett method onto a support, an amphiphilic substance 11, a film potential sensitive coloring matter 13 and a substance 12 having recognizability of specific substance are contained in the film. A film potential insensitive coloring matter 14 inactive to the film potential sensitive coloring matter 13 and having optical characteristics different from those of the coloring matter 13 is also contained in the film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料中の特定成分を測
定するためのオプチカル化学センサーに使用されるラン
グミュアーブロージェット膜(LB膜)に関する。特
に、膜電位感受性色素と特定物質認識能を有する物質を
含有した超薄膜のLB膜に関する。更に本発明は該LB
膜を使用したオプチカル化学センサーと、これを用いた
測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Langmuir blow jet film (LB film) used in an optical chemical sensor for measuring a specific component in a sample. In particular, it relates to an ultrathin LB film containing a membrane potential sensitive dye and a substance having the ability to recognize a specific substance. Further, the present invention provides the LB
The present invention relates to an optical chemical sensor using a membrane and a measuring method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LB膜の製作技術が発展し、これ
によって、種々の薄膜設計が可能となってきている。L
B膜の作製技術については福田清成他編「LB膜とエレ
クトロニクス」(シーエムシー社刊)に詳細に説明され
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, techniques for manufacturing LB films have been developed and various thin film designs have become possible. L
The technology for producing the B film is described in detail in “LB film and electronics” (published by CMC) edited by Kiyonari Fukuda et al.

【0003】本発明者は先にラングミュアーブロージェ
ット法(LB法)に従い、膜電位感受性色素および特定
物質認識能を有する物質を含有した両親媒性物質を水面
上に展開し、形成された単分子膜を圧縮した後に基板に
累積して形成されるオプチカル化学センサーにおいて、
累積時の表面圧を相転移前の表面圧として累積した膜か
らなるオプチカル化学センサーを提案した(特願平1−
135319)。このオプチカル化学センサーを用いる
ことにより、濃度変化に対する蛍光強度の変化をできる
だけ大きくすることができ、感度の向上を達成すること
ができた。
The inventor of the present invention has previously developed an amphipathic substance containing a membrane potential sensitive dye and a substance having the ability to recognize a specific substance on the water surface according to the Langmuir blow jet method (LB method). In the optical chemical sensor formed by accumulating on the substrate after compressing the molecular film,
We proposed an optical chemical sensor consisting of a film in which the accumulated surface pressure was used as the surface pressure before the phase transition (Japanese Patent Application No. 1-
135319). By using this optical chemical sensor, the change in fluorescence intensity with respect to the change in concentration can be maximized, and the sensitivity can be improved.

【0004】このオプチカル化学センサーは、試料溶液
を流しながら光源から所定波長の光を照射し、所定波長
の蛍光強度の変化をモニターして試料溶液中のイオン濃
度を測定するものである。即ち、試料溶液中に含まれる
特定のイオンが、LB膜に含まれるイオン選択性を有す
る特定物質を認識する物質に取り込まれると、LB膜の
膜電位が変化する。膜電位の変化に対応して膜電位感受
性色素の蛍光強度が変化するので、蛍光強度の変化をモ
ニターすることより、試料溶液中の特定のイオン濃度を
測定することが可能となる。
This optical chemical sensor measures the ion concentration in the sample solution by irradiating light of a predetermined wavelength from a light source while flowing the sample solution and monitoring changes in fluorescence intensity of the predetermined wavelength. That is, when the specific ions contained in the sample solution are taken into the substance that recognizes the specific substance having ion selectivity contained in the LB film, the membrane potential of the LB film changes. Since the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye changes according to the change of the membrane potential, it is possible to measure the specific ion concentration in the sample solution by monitoring the change of the fluorescence intensity.

【0005】他方、ボルフバイス等は両親媒性物質とし
てアラキン酸等を用い、同様のオプチカル化学センサー
の研究を進めている(O.S.Wolfbeis,e
t.al.,Analytica Chimica A
cta,198(1987)1−12)。しかし、上記
で得られたセンサーの研究をさらに進めてみると、未だ
次のような問題が残されていることが判明した。
On the other hand, Wolffice et al. Have been studying a similar optical chemical sensor using arachidic acid and the like as an amphipathic substance (OS Wolfbeis, e.
t. al. , Analytica Chimica A
Cta, 198 (1987) 1-12). However, further research on the sensor obtained above revealed that the following problems still remain.

【0006】上記オプチカル化学センサーを用いて長時
間の測定を行うと膜が劣化し、等濃度の溶液を測定して
いても感度が次第に低下するため光学的変化を単純に濃
度に変換するだけでは正確な測定ができなくなる。ま
た、オプチカル化学センサーで測定する蛍光強度の変化
量は非常に小さいためその変化量と同レベルまたはそれ
以上の感度で劣化の程度を検知しないと十分な補正が行
えないことである。通常、このような劣化に基づく蛍光
強度の経時変化をモニターし、補正するためには標準の
溶液を準備し、それを適当な間隔で繰返し測定する。し
かし、このような方法は、標準液を予め準備し、適当な
間隔でこの標準溶液の濃度を測定しなければならず、簡
便性の点においてオプチカル化学センサーの応用の幅を
狭めることになる。しかも、その標準液を測定するため
に試料溶液の測定を中断しなければならない等の不都合
も有する。
When a long-time measurement is performed using the above-mentioned optical chemical sensor, the film deteriorates, and the sensitivity gradually decreases even when measuring a solution having an equal concentration. Therefore, the optical change is simply converted into the concentration. Accurate measurement is not possible. Further, since the amount of change in fluorescence intensity measured by the optical chemical sensor is very small, sufficient correction cannot be performed unless the degree of deterioration is detected at the same level of sensitivity as the amount of change or higher. Usually, in order to monitor and correct the change with time in fluorescence intensity due to such deterioration, a standard solution is prepared, and it is repeatedly measured at appropriate intervals. However, such a method requires preparing a standard solution in advance and measuring the concentration of the standard solution at appropriate intervals, which narrows the range of application of the optical chemical sensor in terms of simplicity. Moreover, there is a disadvantage that the measurement of the sample solution must be interrupted in order to measure the standard solution.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
はオプチカル化学センサーの劣化による蛍光強度の減少
を簡便に、且つできるだけ正確に補正し、試料の濃度を
正しく測定できるようなLB膜を提供することである。
更に、このLB膜を使用したオプチカル化学センサーを
用いた補正の方法を提供することである。望ましくは連
続的な測定を中断することなく補正が行える方法を提供
することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the object of the present invention is to provide an LB film which can correct the decrease in fluorescence intensity due to the deterioration of an optical chemical sensor easily and as accurately as possible and can measure the sample concentration correctly. It is to be.
Furthermore, it is to provide a method of correction using an optical chemical sensor using this LB film. It is desirable to provide a method by which correction can be performed without interrupting continuous measurements.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題は以下の(1)
から(6)によって解決される。
[Means for Solving the Problems] The above problems are as follows (1)
To (6).

【0009】(1)両親媒性物質からなる単分子膜を支
持体上に移し取って調製されるラングミュアー・ブロジ
ェット膜において、該膜中に膜電位感受性色素及び特定
物質認識能を有する物質を含有させ、更に膜電位感受性
色素と異なる光学特性を有し、且つ膜電位不感受性のモ
ニター色素(以下モニター色素と称する)を含有させた
ことを特徴とするラングミュアー・ブロジェット膜。 (2)上記(1)のLB膜であって、モニター色素が膜
電位感受性色素と同じ荷電を有し、かつ両親媒性の蛍光
色素からなることを特徴とするLB膜。 (3)支持体上に形成された上記(1)又は(2)のL
B膜を用いたオプチカル化学センサー。
(1) In a Langmuir-Blodgett membrane prepared by transferring a monomolecular film made of an amphipathic substance onto a support, a substance having a membrane potential-sensitive dye and a substance-recognizing ability in the membrane. A Langmuir-Blodgett film, which further comprises a monitor dye (hereinafter, referred to as a monitor dye) which contains a dye, which has optical characteristics different from those of the dye sensitive to a membrane potential and is insensitive to the membrane potential. (2) The LB film according to (1) above, wherein the monitor dye has the same charge as the membrane potential sensitive dye and is composed of an amphipathic fluorescent dye. (3) L of the above (1) or (2) formed on a support
Optical chemical sensor using B film.

【0010】(4)上記(3)のオプチカル化学センサ
ーを用いた測定において、特定物質の濃度によって誘起
される膜電位感受性色素の光学的変化を、前記モニター
色素の蛍光強度を基にして補正することを特徴とする測
定方法。
(4) In the measurement using the optical chemical sensor of the above (3), the optical change of the membrane potential sensitive dye induced by the concentration of the specific substance is corrected based on the fluorescence intensity of the monitor dye. A measuring method characterized by the above.

【0011】(5)前記モニター色素と膜電位感受性色
素の両方が蛍光色素からなるオプチカル化学センサーに
おいて、該モニター色素の蛍光波長を膜電位感受性色素
の励起波長と重なるように選択し、該モニター色素を励
起して膜電位感受性色素の蛍光強度を測定することによ
ってセンサーの劣化に基づく蛍光強度の減少を補正する
ことを特徴とする測定方法。
(5) In an optical chemical sensor in which both the monitor dye and the membrane potential sensitive dye are fluorescent dyes, the fluorescence wavelength of the monitor dye is selected so as to overlap with the excitation wavelength of the membrane potential sensitive dye, and the monitor dye A method for measuring a fluorescence intensity of a dye which is sensitive to a membrane potential, and the decrease in the fluorescence intensity due to deterioration of a sensor is corrected by exciting the dye.

【0012】(6)ラングミュアー・ブロジェット法に
従い、膜電位感受性色素及び特定物質認識能を有する物
質を含有した両親媒性物質を基板に累積して形成される
オプチカル化学センサーを用いた測定において、前記膜
電位感受性色素を空気中に露出した状態で該色素の蛍光
強度を測定し、これを基にして蛍光強度の減少を補正す
ることを特長とする測定方法。 以下に本発明を更に詳細に説明する。まず本発明のLB
膜について述べる。
(6) In the measurement using an optical chemical sensor formed by accumulating an amphipathic substance containing a membrane potential sensitive dye and a substance capable of recognizing a specific substance on a substrate according to the Langmuir-Blodgett method A measuring method characterized by measuring the fluorescence intensity of the dye with the membrane potential-sensitive dye exposed to the air, and correcting the decrease in the fluorescence intensity based on this. The present invention will be described in more detail below. First, the LB of the present invention
The membrane will be described.

【0013】オプチカル化学センサーに使用し得る本発
明のLB膜は、その構成成分として膜電位感受性色素、
特定物質認識能を有する物質、両親媒性物質及び膜電位
感受性色素に対して不活性で、膜電位感受性色素と異な
る光学特性を有し、且つ膜電位不感受性のモニター色素
を含有する。ここで、不活性とは、膜電位感受性色素を
消光させる作用を持たないことを意味する。本発明のL
B膜は、以下のようにして調製される。即ち、両親媒性
物質中に、膜電位感受性色素、特定物質認識能を有する
物質、及びモニター色素を含有したクロロホルム等の有
機溶媒の溶液を調製し、これを水面上に展開することに
よって単分子膜を形成する。このとき上記膜電位感受性
色素、特定物質認識能を有する物質、及びモニター色素
は、溶液中で両親媒性物質中に均一に分散されているの
で単分子膜中においても一様に分散され均一な単分子膜
が形成される。このように展開された単分子膜は、適切
な支持体上に移し取られ、1層又はそれ以上の層に累積
される。このときの支持体は、LB膜を1層以上適切に
累積させることができるものであれば特に限定されな
い。このような支持体の例にはガラス基板等がある。こ
のようにして調製されたLB膜を模式図で表わすと図1
のようになる。図1では1層のLB膜を示した。
The LB film of the present invention which can be used in an optical chemical sensor has a membrane potential sensitive dye as its constituent component,
It contains a substance having the ability to recognize a specific substance, an amphipathic substance, and a monitor dye which is inactive to a membrane potential sensitive dye, has optical characteristics different from those of the membrane potential sensitive dye, and is insensitive to the membrane potential. Here, inactive means having no action of quenching the membrane potential sensitive dye. L of the present invention
The B film is prepared as follows. That is, a solution of an organic solvent such as chloroform containing a membrane potential sensitive dye, a substance having the ability to recognize a specific substance, and a monitor dye in an amphipathic substance is prepared, and the solution is spread on the water surface to form a single molecule. Form a film. At this time, since the membrane potential sensitive dye, the substance having the ability to recognize a specific substance, and the monitor dye are uniformly dispersed in the amphipathic substance in the solution, they are evenly dispersed even in the monomolecular film. A monolayer is formed. The thus-developed monolayer is transferred onto an appropriate support and accumulated in one or more layers. The support at this time is not particularly limited as long as it can properly accumulate one or more LB films. Examples of such a support include a glass substrate and the like. The LB film thus prepared is shown in a schematic diagram in FIG.
become that way. In FIG. 1, a single-layer LB film is shown.

【0014】本発明のLB膜に使用される両親媒性物質
はLB膜のマトリックスとなるものであればとくに限定
されない。例えばジドデシルリン酸、ジアルキルリン
酸、ジアルキルアンモニウム塩、ジミリストイルフォス
ファチジルコリン、ジミリストイルフォスファチジン
酸、アラキン酸、ステアリン酸等種々の両親媒性物質を
挙げることができる。
The amphipathic substance used in the LB film of the present invention is not particularly limited as long as it serves as a matrix of the LB film. Examples thereof include various amphipathic substances such as didodecylphosphoric acid, dialkylphosphoric acid, dialkylammonium salt, dimyristoylphosphatidylcholine, dimyristoylphosphatidic acid, arachidic acid, and stearic acid.

【0015】膜電位感受性色素としてはシアニン系色
素、メロシアニン系色素、ローダミン系色素、オキソノ
ール系色素、スチリル系色素等を用いることができ、ま
たジャーナル・オブ・メンブラン・バイオロジー(J.
Membrane Biol.)Vol.19,1〜3
6(1974)に記載されている膜電位感受性色素を使
用することも出来る。その濃度も0.1〜5mol%の
範囲で適宜変更することが出来る。
Cyanine dyes, merocyanine dyes, rhodamine dyes, oxonol dyes, styryl dyes and the like can be used as the membrane potential sensitive dyes, and the Journal of Membrane Biology (J.
Membrane Biol. ) Vol. 19, 1-3
6 (1974) can also be used. The concentration can also be appropriately changed within the range of 0.1 to 5 mol%.

【0016】特定物質認識能を有する分子としてはバリ
ノマイシンを用いることができる。これ以外にも電気化
学第53巻、No.12,942〜946(1985)
に記載されているクラウンエーテル類やクリブタンド
類、さらにはジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル
・ソサエティー、第110巻、No.2,571〜57
7(1988)に記載されているスフェランド類を使用
することが出来る。これらは分子はイオン選択性を有
し、カリウム、カルシウム、ナトリウム、リチウム、マ
グネシウム等のイオンを選択する機能を有する。これら
特定物質認識能を有する物質の濃度としては1〜50m
ol%が選択可能である。
Valinomycin can be used as a molecule having the ability to recognize a specific substance. Other than this, Electrochemistry Vol. 53, No. 12,942-946 (1985)
Crown ethers and cryptands described in "Journal of American Chemical Society", Vol. 110, No. 2,571-57
7 (1988) can be used. These molecules have ion selectivity, and have a function of selecting ions such as potassium, calcium, sodium, lithium, and magnesium. The concentration of these substances with specific substance recognition ability is 1 to 50 m
ol% can be selected.

【0017】本発明のLB膜は、両親媒性であり、且つ
上記膜電位感受性色素に対して不活性で上記膜電位感受
性色素と異なった光学特性を有し、しかも膜電位不感受
性のモニター色素を含有することを特徴とする。ここで
膜電位不感受性とは、LB膜の膜電位の変化に対して色
素の蛍光強度が影響されないことを言う。
The LB film of the present invention is a monitor dye that is amphipathic, inactive to the above-mentioned membrane potential-sensitive dye, has different optical characteristics from the above-mentioned membrane potential-sensitive dye, and is insensitive to the membrane potential. It is characterized by containing. Here, the membrane potential insensitivity means that the fluorescence intensity of the dye is not affected by the change in the membrane potential of the LB membrane.

【0018】本発明のLB膜に使用できるモニター色素
は、上記の条件を満足するものであれば特に限定されな
いが、例えばNK3167、NK2560、NK266
5、NK3175(日本感光色素社製)等を挙げること
ができる。本発明において、前述したように調製された
LB膜は、オプチカル化学センサーとして使用し得る。
The monitor dye that can be used in the LB film of the present invention is not particularly limited as long as it satisfies the above conditions. For example, NK3167, NK2560, NK266.
5, NK3175 (manufactured by Nippon Senshoku Co., Ltd.) and the like. In the present invention, the LB film prepared as described above can be used as an optical chemical sensor.

【0019】本発明のLB膜をオプチカル化学センサー
として使用する場合の支持体は、オプチカル化学センサ
ーに使用できるものであればとくに限定されないが、例
えば、シラン処理したガラス基板等を挙げることができ
る。
The support used when the LB film of the present invention is used as an optical chemical sensor is not particularly limited as long as it can be used for an optical chemical sensor, and examples thereof include a silane-treated glass substrate.

【0020】オプチカル化学センサー用のLB膜を調製
するためには、水面上に展開された単分子膜を、本発明
者等が先に提案した方法、即ち、相転移を起こす前の圧
力で支持体上に累積する。
In order to prepare an LB film for an optical chemical sensor, the monolayer film developed on the water surface is supported by the method previously proposed by the present inventors, that is, by the pressure before the phase transition. Accumulate on the body.

【0021】本発明のLB膜には、モニター色素が新た
に添加されている。これは、本発明のLB膜をオプチカ
ル化学センサーとして使用した場合、オプチカル化学セ
ンサーの劣化を該色素でモニターし、補正するためであ
る。本発明のLB膜をオプチカル化学センサーに用いる
場合、該モニター色素には以下のような性質が求められ
る。第1に、モニター色素は共存する膜電位感受性色素
と異なった光学特性を有することが望ましい。
A monitor dye is newly added to the LB film of the present invention. This is because when the LB film of the present invention is used as an optical chemical sensor, deterioration of the optical chemical sensor is monitored and corrected by the dye. When the LB film of the present invention is used in an optical chemical sensor, the monitor dye is required to have the following properties. First, it is desirable that the monitor dye have different optical characteristics from the coexisting membrane potential sensitive dye.

【0022】すなわち膜電位感受性色素の吸収波長や蛍
光波長と干渉しない光学特性を有することが必要であ
る。又、同時に膜電位に対しては光学的変化が小さいこ
とが望ましい。第2に、モニター色素は蛍光性のものが
望ましい。
That is, it is necessary to have optical characteristics that do not interfere with the absorption wavelength or fluorescence wavelength of the membrane potential sensitive dye. At the same time, it is desirable that the optical change is small with respect to the membrane potential. Second, the monitor dye is preferably fluorescent.

【0023】膜電位感受性色素としては吸光度の変化や
蛍光強度の変化を利用するものがあるが、変化量として
は蛍光強度の変化の方が大きいため蛍光性のものが用い
られている。このような観点から、オプチカル化学セン
サーには蛍光性の色素が用いられており、モニター色素
も蛍光性のものが好ましい。特に、LB膜のような超薄
膜において色素の吸光度を高精度に測定するには非常に
高精度の装置を必要とするため、吸光度の変化を利用す
るような色素を使用するとその変化量が小さいためセン
サーの利用範囲を狭めることになる。第3に、モニター
色素は両親媒性のものが好ましい。LB膜中に色素を分
散させるにはLB膜のマトリックスとなる両親媒性物質
と同様の両親媒性の物質が望ましいからである。
Some membrane potential-sensitive dyes utilize changes in absorbance and changes in fluorescence intensity. However, since the change in fluorescence intensity is greater than that in fluorescence, a fluorescent one is used. From such a viewpoint, a fluorescent dye is used in the optical chemical sensor, and the monitor dye is also preferably a fluorescent dye. In particular, in an ultra-thin film such as an LB film, a highly accurate device is required to measure the absorbance of a dye with high accuracy. Therefore, when a dye that utilizes the change in absorbance is used, the amount of change is small. Therefore, the usage range of the sensor is narrowed. Third, the monitor dye is preferably amphipathic. This is because, in order to disperse the dye in the LB film, an amphipathic substance similar to the amphipathic substance that serves as the matrix of the LB film is desirable.

【0024】イオン性の水溶性色素をLB膜材料とイオ
ン結合させて保持する方法もあるが、接する溶液のイオ
ン強度により解離し流出することがあるのであまり好ま
しくない。また、脂溶性の場合には凝集の恐れがある。
このような観点からオプチカル化学センサーにおいて、
膜電位感受性色素はLB膜の構成材料と同じ両親媒性色
素を用いている。従って、モニター用の色素も両親媒性
であることが望ましい。
There is also a method in which an ionic water-soluble dye is ion-bonded to the LB film material and held, but it is not preferable because it may be dissociated and flowed out depending on the ionic strength of the solution in contact therewith. If it is fat-soluble, it may aggregate.
From such a viewpoint, in the optical chemical sensor,
As the membrane potential sensitive dye, the same amphiphilic dye as the constituent material of the LB film is used. Therefore, it is desirable that the monitor dye is also amphipathic.

【0025】また、モニター色素の親水基も膜電位感受
性色素と同種の荷電を有することが望ましい。反対の荷
電を有した場合に膜電位感受性色素とモニター色素が静
電的なイオン結合をして蛍光が消光されることがあるか
らである。膜電位感受性色素と類似の性質の色素を用い
ることにより本発明のLB膜の劣化の程度を簡便な補正
で見積もれることが期待される。
Further, it is desirable that the hydrophilic group of the monitor dye also has the same type of charge as the membrane potential sensitive dye. This is because, when they have opposite charges, the membrane potential-sensitive dye and the monitor dye may electrostatically bond with each other to quench the fluorescence. It is expected that the degree of deterioration of the LB film of the present invention can be estimated by a simple correction by using a dye having properties similar to those of the membrane potential sensitive dye.

【0026】以上のように、本発明のLB膜を使用した
オプチカル化学センサーのモニター色素は、両親媒性で
あり、且つ膜電位感受性色素に対して不活性で、しかも
膜電位感受性色素と異なった光学特性を有する蛍光性の
ものが好ましい。このような色素の例としては、先に挙
げたNK3167、NK2560、NK2665、NK
3175(日本感光色素社製)等がある。次に本発明の
LB膜を使用したオプチカル化学センサーの測定方法に
ついて述べる。
As described above, the monitor dye of the optical chemical sensor using the LB film of the present invention is amphipathic, inactive to the membrane potential sensitive dye, and different from the membrane potential sensitive dye. A fluorescent substance having optical characteristics is preferable. Examples of such dyes include NK3167, NK2560, NK2665 and NK mentioned above.
3175 (manufactured by Nippon Senshoku Co., Ltd.) and the like. Next, the measuring method of the optical chemical sensor using the LB film of the present invention will be described.

【0027】本発明のLB膜を用いたオプチカル化学セ
ンサーは、上述のようにLB単分子膜を、例えばシラン
処理したガラス基板上に累積して形成される。このセン
サーを用いて、例えば図2に示したようなフローセルを
組立て、試料中のイオンを測定する。図2において、2
1はシラン処理を施したガラス基板、22はLB膜、2
3はスペーサ、24はガラスである。本方法では、モニ
ター色素の蛍光強度の変化とセンサーの劣化に起因する
センサーの感度の変化を同時に測定する。
The optical chemical sensor using the LB film of the present invention is formed by accumulating the LB monomolecular film on, for example, a silane-treated glass substrate as described above. Using this sensor, for example, a flow cell as shown in FIG. 2 is assembled and ions in the sample are measured. In FIG. 2, 2
1 is a silane-treated glass substrate, 22 is an LB film, 2
3 is a spacer and 24 is glass. In this method, a change in fluorescence intensity of a monitor dye and a change in sensor sensitivity due to sensor deterioration are simultaneously measured.

【0028】実際の測定では、予め2種類の既知濃度C
1 、C2 の試料溶液を調製しておき、それぞれの試料溶
液に対して膜電位感受性色素の蛍光強度とモニター色素
の蛍光強度の時間変化を測定する。次いで、モニター色
素の蛍光強度と既知濃度に対する膜電位感受性色素の蛍
光強度とを対比させたグラフを作成する。このグラフ
は、例えば図3に示すようになる。本発明のLB膜を用
いたオプチカル化学センサーでは、モニター色素の蛍光
強度に対して、膜電位感受性色素の蛍光強度はほぼ直線
関係になる。
In actual measurement, two known concentrations C
Sample solutions of C 1 and C 2 are prepared in advance, and the time change of the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye and the fluorescence intensity of the monitor dye is measured for each sample solution. Then, a graph is prepared by comparing the fluorescence intensity of the monitor dye with the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye at a known concentration. This graph is as shown in FIG. 3, for example. In the optical chemical sensor using the LB film of the present invention, the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye has a substantially linear relationship with the fluorescence intensity of the monitor dye.

【0029】次に、未知試料の濃度を測定する場合は、
該モニター色素の蛍光強度(FMt)からグラフにより既
知濃度での膜電位感受性色素の蛍光強度(F1t及び
2t)を求める。未知試料の蛍光強度(Fxt)と既知濃
度での蛍光強度(F1t及びF2t)から濃度(Cx )を求
める。
Next, when measuring the concentration of an unknown sample,
From the fluorescence intensity (F Mt ) of the monitor dye, the fluorescence intensity (F 1t and F 2t ) of the membrane potential sensitive dye at a known concentration is determined by a graph. The concentration (C x ) is obtained from the fluorescence intensity (F xt ) of the unknown sample and the fluorescence intensity (F 1t and F 2t ) at a known concentration.

【0030】本方法のオプチカル化学センサーに用いら
れるLB膜に使用できる好ましい両親媒性物質、膜電位
感受性色素、特定物質認識能を有する物質、及びモニタ
ー色素としては、前述の化合物を挙げることができる。
次にセンサーの感度の劣化による変化を更に高精度に検
出する方法について述べる。
As the preferable amphipathic substance, membrane potential sensitive dye, substance having specific substance recognition ability, and monitor dye which can be used for the LB film used in the optical chemical sensor of the present method, the above compounds can be mentioned. .
Next, a method for detecting the change due to the deterioration of the sensitivity of the sensor with higher accuracy will be described.

【0031】本方法において、センサーの感度の劣化の
経時変化を更に高精度に検出するためには、モニター色
素の蛍光波長と膜電位感受性色素の励起波長を重なるよ
うにすればよい。モニター色素は蛍光を発するが、その
蛍光波長と膜電位感受性色素の励起波長が重なっていれ
ばエネルギー移動が起こり、モニター色素の蛍光が膜電
位感受性色素によって吸収され膜電位感受性色素が蛍光
を発することになる。即ち、モニター色素及び膜電位感
受性色素が劣化によってその蛍光強度を減少すると、そ
の変化量が、膜電位感受性色素の蛍光において重畳され
て観測されることになるので、膜電位感受性色素の劣化
に起因する蛍光強度の変化のみを観測した場合に比べ蛍
光強度の変化は大きくなる。従って、オプチカル化学セ
ンサーの劣化の程度がより正確に検出できることにな
る。
In this method, in order to detect the deterioration of the sensitivity of the sensor over time with higher accuracy, the fluorescence wavelength of the monitor dye and the excitation wavelength of the membrane potential sensitive dye may be overlapped. The monitor dye emits fluorescence, but if the fluorescence wavelength and the excitation wavelength of the membrane potential sensitive dye overlap, energy transfer occurs, the fluorescence of the monitor dye is absorbed by the membrane potential sensitive dye, and the membrane potential sensitive dye emits fluorescence. become. That is, when the fluorescence intensity of the monitor dye and the membrane potential sensitive dye is reduced due to deterioration, the amount of change is observed in the fluorescence of the membrane potential sensitive dye in a superposed manner. The change in fluorescence intensity is larger than that in the case where only the change in fluorescence intensity is observed. Therefore, the degree of deterioration of the optical chemical sensor can be detected more accurately.

【0032】本方法を用いる場合、通常の測定において
は膜電位感受性色素を励起し、その蛍光強度を測定す
る。センサーの劣化の程度を測定する場合にはモニター
色素を励起し、膜電位感受性色素の発する蛍光の強度を
測定する。
When the present method is used, in a usual measurement, a membrane potential sensitive dye is excited and its fluorescence intensity is measured. When measuring the degree of sensor deterioration, the monitor dye is excited and the intensity of fluorescence emitted by the membrane potential sensitive dye is measured.

【0033】実際の測定では、予め2種類の既知濃度の
試料溶液を調製しておき、それぞれの試料溶液に対して
膜電位感受性色素を励起して観測される蛍光強度とモニ
ター色素を励起して観測される蛍光強度の時間変化を測
定する。このグラフは、例えば図4のようになる。この
場合、比は下式のように表されるので、膜電位発生によ
る膜電位感受性色素の発光効率の変化はキャンセルで
き、上記図4の2つの直線はほぼ平行になる。
In the actual measurement, two kinds of sample solutions having known concentrations were prepared in advance, and the fluorescence intensity and the monitor dye observed by exciting the membrane potential sensitive dye were excited for each sample solution. The time change of the observed fluorescence intensity is measured. This graph is as shown in FIG. 4, for example. In this case, since the ratio is expressed by the following equation, the change in the luminous efficiency of the membrane potential sensitive dye due to the generation of the membrane potential can be canceled, and the two straight lines in FIG. 4 become almost parallel.

【0034】[0034]

【数1】 [Equation 1]

【0035】本発明のLB膜を用いたセンサーにおいて
は、条件を設定することにより、上記の関係を図4に示
すような直線関係にすることができる。劣化によるセン
サーの補正をより簡便に行なうため、このような直線関
係が得られるようにLB膜に含まれる各物質を選択する
ことが好ましい。直線関係を得るための好ましい物質に
は、両親媒性物質、膜電位感受性色素、及び特定物質認
識能を有する物質としては前述の化合物を挙げることが
できる。また、好ましいモニター色素としては、例え
ば、NK3045(日本感光色素)等がある。
In the sensor using the LB film of the present invention, the above relationship can be made linear as shown in FIG. 4 by setting the conditions. In order to more easily correct the sensor due to deterioration, it is preferable to select each substance contained in the LB film so as to obtain such a linear relationship. Preferred substances for obtaining a linear relationship include amphipathic substances, membrane potential-sensitive dyes, and compounds having the ability to recognize a specific substance described above. Further, as a preferable monitor dye, for example, NK3045 (Japan Photosensitive Dye) or the like can be used.

【0036】次に、未知試料の濃度を測定する場合は、
蛍光強度の比(FMt’)から既知濃度での膜電位感受性
色素の蛍光強度(F1t’及びF2t’)をグラフより求め
る。膜電位感受性色素を励起して観測される未知試料の
蛍光強度(Fxt’)と前記既知濃度での膜電位感受性色
素の蛍光強度(F1t’及びF2t’)から濃度(Cx ’)
を求める。
Next, when measuring the concentration of an unknown sample,
The fluorescence intensity (F 1t 'and F 2t ') of the membrane potential sensitive dye at a known concentration is determined from the ratio of the fluorescence intensity (F Mt ') from a graph. The fluorescence intensity (F xt ') of an unknown sample observed by exciting the membrane potential-sensitive dye and the fluorescence intensity (F 1t ' and F 2t ') of the membrane potential-sensitive dye at the known concentration to the concentration (C x ')
Ask for.

【0037】次に、両親媒性物質、膜電位感受性色素、
及び機能性物質を含有したLB膜を使用したオプチカル
化学センサーの劣化を非常に簡便に検出する方法につい
て述べる。本方法は、オプチカル化学センサーの空気中
の蛍光強度が水中での蛍光強度に比べ倍以上の値が得ら
れることに基づいている。
Next, an amphipathic substance, a membrane potential sensitive dye,
And, a method for very easily detecting deterioration of an optical chemical sensor using an LB film containing a functional substance will be described. This method is based on the fact that the fluorescence intensity in the air of the optical chemical sensor is more than double the fluorescence intensity in water.

【0038】例えば、両親媒性物質としてジドデシルリ
ン酸を用い、膜電位感受性色素としてオクタデシルロー
ダミンB、特定物質認識能を有する物質とてバリノマイ
シンを用いたLB膜からなるオプチカル化学センサーの
蛍光を水中と空気中で測定した場合、その蛍光スペクト
ルは図5に示すようになる。図からわかるように空気中
で測定した場合の蛍光強度は、水中のそれに比べ580
nmの波長で約2倍である。このことは、センサーの劣
化による蛍光強度の変化が、空気中でより正確に測定で
きることを意味している。即ち、センサーの劣化の程度
をモニターする場合には空気中にセンサーを晒して蛍光
を測定すればよい。これにより高精度に劣化の程度を検
出することができる。従って、実際の測定では、空気中
での蛍光強度を適宜測定しながら試料溶液を測定し、空
気中の蛍光強度を基に、上述のモニター色素を用いた場
合と同様に補正をすれば、高精度に試料溶液の濃度を求
めることが可能となる。
For example, the fluorescence of an optical chemical sensor consisting of LB film using didodecyl phosphate as an amphipathic substance, octadecyl rhodamine B as a membrane potential sensitive dye, and valinomycin as a substance capable of recognizing a specific substance is used as fluorescence in water and air. When measured in, the fluorescence spectrum is as shown in FIG. As can be seen from the figure, the fluorescence intensity when measured in air is 580 compared to that in water.
It is about double at the wavelength of nm. This means that changes in fluorescence intensity due to sensor deterioration can be measured more accurately in air. That is, in order to monitor the degree of deterioration of the sensor, the fluorescence may be measured by exposing the sensor to the air. This makes it possible to detect the degree of deterioration with high accuracy. Therefore, in the actual measurement, the sample solution is measured while appropriately measuring the fluorescence intensity in the air, and if the correction is performed in the same manner as in the case where the above monitor dye is used based on the fluorescence intensity in the air, the high It is possible to accurately determine the concentration of the sample solution.

【0039】一般的な方法として、既知濃度の溶液にセ
ンサーを浸漬し、蛍光強度の変化をモニターする方法も
あるが、既知濃度の溶液が必要であること及び蛍光強度
も本方法に比べ弱いので、センサーの操作上の簡便性及
び測定精度の観点から本方法の方が有効である。
As a general method, there is a method of immersing the sensor in a solution having a known concentration and monitoring the change in fluorescence intensity. However, since a solution having a known concentration is required and the fluorescence intensity is weaker than this method. This method is more effective from the viewpoints of operational simplicity of the sensor and measurement accuracy.

【0040】[0040]

【作用】本発明のLB膜は、その構成成分として膜電位
感受性色素、特定物質認識能を有する物質、両親媒性物
質およびモニター色素を含有する。また、本発明のLB
膜は、前記構成成分をクロロホルム等の有機溶媒に溶解
した溶液を水面上に展開して単分子膜とし、これを適切
な支持体上に1層乃至それ以上累積して形成される。こ
のようにして形成された本発明のLB膜はオプチカル化
学センサーとして使用し得る。
The LB film of the present invention contains, as its constituent components, a membrane potential sensitive dye, a substance capable of recognizing a specific substance, an amphipathic substance and a monitor dye. In addition, the LB of the present invention
The membrane is formed by spreading a solution of the above-mentioned constituents in an organic solvent such as chloroform on the water surface to form a monomolecular film, and accumulating one or more layers on a suitable support. The LB film of the present invention thus formed can be used as an optical chemical sensor.

【0041】また、本発明のLB膜を使用したオプチカ
ル化学センサーは、蛍光性のモニター色素を含有してお
り、この蛍光強度を測定することにより該センサーの補
正を容易に、しかも測定操作を中断することなく行なう
ことができる。
Further, the optical chemical sensor using the LB film of the present invention contains a fluorescent monitor dye, and by measuring the fluorescence intensity, the sensor can be easily corrected and the measurement operation can be interrupted. You can do it without doing.

【0042】更に、上記オプチカル化学センサーに含有
される蛍光性のモニター色素の蛍光波長を膜電位感受性
色素の励起波長と重なるように該モニター色素を選択
し、且つ膜電位感受性色素やモニター色素を適切に選択
する等の設定条件を適切に行なうことによって、より高
精度にセンサーの補正を行なうことができる。
Further, the monitor dye is selected so that the fluorescence wavelength of the fluorescent monitor dye contained in the optical chemical sensor overlaps with the excitation wavelength of the membrane potential sensitive dye, and the membrane potential sensitive dye or the monitor dye is appropriately selected. The sensor can be corrected with higher accuracy by appropriately performing the setting conditions such as selection to.

【0043】LB膜を使用したオプチカル化学センサー
は、空気中と水中で蛍光強度が大きく異なるため、空気
中の蛍光強度を用いてセンサーの感度の補正を行なうこ
とが可能である。
Since the optical chemical sensor using the LB film has a great difference in fluorescence intensity between air and water, it is possible to correct the sensitivity of the sensor by using the fluorescence intensity in air.

【0044】[0044]

【実施例】【Example】

実施例1 LB膜の調製 Example 1 Preparation of LB membrane

【0045】両親媒性物質であるジドデシルリン酸(相
互薬工)中に、膜電位感受性色素としてオクタデシルロ
ーダミンB(モレキュラープローブ)を2mol%、機
能性物質とてバリノマイシン(シグマ)を10mol
%、さらにモニター色素として両親媒性色素のNK31
67(日本感光色素)を2mol%含むクロロホルム溶
液を調製した。この溶液を純水上に展開し、単分子膜を
形成した。この単分子膜を相転移が起きる前の圧力(1
7mN)でフローセル用ガラス基板に移し取る作業を繰
り返しLB膜を4層累積し本発明のLB膜とした。ガラ
ス基板はビニルトリクロロシランで疎水処理を施したも
のを用いた。この方法で基板の両側に累積されたLB膜
は、溶液と接触し測定に用いる面側のみからの蛍光を測
定するため、溶液と接触しない側のLB膜は有機溶剤で
除去した。 実施例2
2 mol% of octadecyl rhodamine B (molecular probe) as a membrane potential sensitive dye and 10 mol of valinomycin (sigma) as a functional substance in didodecyl phosphate (mutual drug) which is an amphipathic substance.
%, And NK31 which is an amphipathic dye as a monitor dye
A chloroform solution containing 2 mol% of 67 (Japan Photosensitive Dye) was prepared. This solution was spread on pure water to form a monomolecular film. The pressure (1
The work of transferring to a glass substrate for a flow cell at 7 mN) was repeated and four LB films were accumulated to obtain an LB film of the present invention. The glass substrate used was one that was subjected to a hydrophobic treatment with vinyltrichlorosilane. The LB films accumulated on both sides of the substrate by this method measure the fluorescence only from the surface side which is in contact with the solution and used for the measurement, so the LB film on the side not in contact with the solution was removed with an organic solvent. Example 2

【0046】実施例1で調製したLB膜は、オプチカル
化学センサーとして使用できる。従って、これを図2に
示すようにフローセルに装着し、このフローセルを蛍光
光度計に組み込んで蛍光強度の測定を行った。なお、試
料溶液は外部からローラーポンプを用いて連続的にフロ
ーセルに導入した。膜電位感受性色素の蛍光強度の測定
には波長540nmの光で該色素を励起し、585nm
の波長で蛍光強度を測定した。またオプチカル化学セン
サーの劣化をモニターするため、モニター色素NK31
67を波長741nmの光で励起し、900nmの波長
で該モニター色素の蛍光強度を測定した。
The LB film prepared in Example 1 can be used as an optical chemical sensor. Therefore, this was attached to a flow cell as shown in FIG. 2, and this flow cell was incorporated into a fluorometer to measure the fluorescence intensity. The sample solution was continuously introduced into the flow cell from the outside using a roller pump. To measure the fluorescence intensity of a membrane potential sensitive dye, the dye is excited with light having a wavelength of 540 nm and 585 nm.
The fluorescence intensity was measured at the wavelength of. In order to monitor the deterioration of the optical chemical sensor, the monitor dye NK31
67 was excited with light having a wavelength of 741 nm, and the fluorescence intensity of the monitor dye was measured at a wavelength of 900 nm.

【0047】センサーを1時間エージングしてある程度
安定させた後、24時間連続的に測定した.結果を図6
に示す。図6は時間に対してモニター色素の蛍光強度、
10-3MKCl水溶液及び10-2MKCl水溶液を測定
した場合の膜電位感受性色素の蛍光強度をプロットした
ものである。このグラフからモニター色素の蛍光強度及
び膜電位感受性色素の蛍光強度が同じように減衰してい
ることがわかる。この実験結果から、モニター色素の蛍
光強度に対して、10-3MKCl水溶液及び10-2MK
Cl水溶液を測定した場合の膜電位感受性色素の蛍光強
度をプロットしたものが図7である。両水溶液とも良い
直線関係が得られた。この図7を使用して補正をするこ
とができる。以下に図7を基にして説明する。
The sensor was aged for 1 hour to be stabilized to some extent, and then continuously measured for 24 hours. The result is shown in Fig. 6.
Shown in. FIG. 6 shows the fluorescence intensity of the monitor dye with respect to time,
2 is a plot of fluorescence intensities of dyes sensitive to membrane potential when measuring 10 −3 MKCl aqueous solution and 10 −2 MKCl aqueous solution. From this graph, it can be seen that the fluorescence intensity of the monitor dye and the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye are similarly attenuated. From the results of this experiment, it was found that the fluorescence intensity of the monitor dye was 10 -3 MKCl aqueous solution and 10 -2 MK
FIG. 7 is a plot of the fluorescence intensities of the membrane potential sensitive dyes when Cl aqueous solution was measured. A good linear relationship was obtained with both aqueous solutions. Correction can be made using this FIG. The following is a description based on FIG. 7.

【0048】まず、2種類の既知濃度の試料(10-3
KCl水溶液及び10-2MKCl水溶液)を測定し、図
7に示したようなモニター色素の蛍光強度と、膜電位感
受性色素の蛍光強度の関係をプロットしておく。次に、
未知濃度の試料をセルに導入し、モニター色素の蛍光強
度(FMt)及び膜電位感受性色素の蛍光強度(Fx )を
測定する。図7の関係から、モニター色素の蛍光強度が
Mtのときの既知濃度での膜電位感受性色素の蛍光強度
(図7ではF1t及びF2t)を求めることができるので測
定したFxtとグラフから求めたF1t及びF2t並びに既知
濃度(本実施例の場合10-2MKClと10-3MKC
l)から測定試料の濃度Cx を求めることができる。
First, two kinds of samples with known concentrations (10 −3 M
A KCl aqueous solution and a 10 −2 MKCl aqueous solution) are measured, and the relationship between the fluorescence intensity of the monitor dye and the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye as shown in FIG. 7 is plotted. next,
A sample of unknown concentration is introduced into the cell, and the fluorescence intensity (F Mt ) of the monitor dye and the fluorescence intensity (F x ) of the membrane potential sensitive dye are measured. From the relationship of FIG. 7, F xt and graphs the fluorescence intensity measured it is possible to obtain the (in FIG. 7 F 1t and F 2t) of the membrane potential-sensitive dye in a known concentration at the fluorescence intensity of the monitor dye F Mt F 1t and F 2t obtained from the above and known concentrations (10 −2 MKCl and 10 −3 MKC in this example)
The concentration C x of the measurement sample can be obtained from l).

【0049】また、本実施例のLB膜を使用したオプチ
カル化学センサーはK+ イオンに応答するので10-2
KClと10-3MKCl水溶液を測定したときの蛍光強
度の差を感度とすることができる。更に、数式で取扱う
場合について説明する。
The optical chemical sensor using the LB film of this embodiment is K +. 10 -2 M because it responds to ions
The difference in fluorescence intensity when measuring KCl and an aqueous solution of 10 −3 MKCl can be used as the sensitivity. Further, a case of handling by a mathematical formula will be described.

【0050】LB膜を使用したオプチカル化学センサー
の時間tでの膜電位感受性色素の蛍光強度(F)は、測
定する試料の濃度(C)、時間tでのセンサーの感度
(St)、及び時間tでの蛍光強度の定数項(Ft )と
すると、以下の式(1)で表わされることがわかってい
る(M.Shimomura, A.Honnma, N.Tajima, S.Kondo, E.Sh
inohara, K.Koshiishi, 4th Int. Meeting of Chem. Se
ns. )。 F=Ft −St ・logC (1) 従って、既知濃度C1 及びC2 を時間tで測定した場合
は、 溶液1 F1t=Ft −St ・logC1 (2) 溶液2 F2t=Ft −St ・logC2 (3) となる。
The fluorescence intensity (F) of the membrane potential sensitive dye at the time t of the optical chemical sensor using the LB film is the concentration of the sample to be measured (C), the sensitivity of the sensor at the time t (S t ), and It is known that if the constant term (F t ) of the fluorescence intensity at time t is expressed by the following equation (1) (M.Shimomura, A.Honnma, N.Tajima, S.Kondo, E.Sh)
inohara, K. Koshiishi, 4th Int. Meeting of Chem. Se
ns.). F = F t −S t · log C (1) Therefore, when known concentrations C 1 and C 2 are measured at time t, solution 1 F 1t = F t −S t · log C 1 (2) solution 2 F 2t = F t -S t · logC 2 (3) to become.

【0051】ここでF1tおよびF2tは、時間tにおける
既知濃度の溶液1および2の膜電位感受性色素の蛍光強
度、C1 およびC2 は、既知濃度の溶液1および2の濃
度(本実施例の場合は、それぞれ10-3MKClおよび
10-2MKCl)である。時間tで未知試料Cx を測定
したときの膜電位感受性色素の蛍光強度をFxtとすると Fxt=Ft −St ・logCx (4) ここでFt は時間tt での蛍光強度の定数項、St は時
間tt での感度である。
Here, F 1t and F 2t are the fluorescence intensities of the membrane potential sensitive dyes of solutions 1 and 2 of known concentration at time t, and C 1 and C 2 are the concentrations of solutions 1 and 2 of known concentration (in this embodiment). In the case of the examples, they are 10 −3 MKCl and 10 −2 MKCl, respectively. Let F xt be the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye when the unknown sample C x is measured at time t, F xt = F t −St t log C x (4) where F t is the fluorescence intensity at time t t The constant term, S t, is the sensitivity at time t t .

【0052】F1tを時間tでの溶液1を測定したときの
膜電位感受性色素の蛍光強度とすると図7よりF1tはモ
ニター色素の蛍光強度(FM )の関数として表され、本
実験ではほぼ直線的な関係が得られたので F1t=AFMt+B (5) となる。よって式(2)及び(5)から、 F1t=Ft −St ・logC1 =AFMt+B (6) ここで、A及びBは図7の直線(a)の傾き及び切片で
ある。従って、 Ft =AFMt+B+St ・logC1 (7) ここで、C及びDは図7の直線(b)の傾き及び切片で
ある。となる。同様に、 F2t=CFMt+D (8) と表され、従って、 F2t=Ft −St ・logC2 =CFMt+D (9) Ft =CFMt+D+St ・logC2 (10) となる。式(7)及び(10)よりFt とSt を求める
と、St は(7)−(10)より、
[0052] F 1t than 7 When the fluorescence intensity of the membrane potential-sensitive dye when measuring the solution 1 in F 1t time t is expressed as a function of the fluorescence intensity of the monitor dye (F M), in this experiment Since a substantially linear relationship was obtained, F 1t = AF Mt + B (5) Therefore, from Equations (2) and (5), F 1t = F t −St t log C 1 = A F Mt + B (6) Here, A and B are the slopes and intercepts of the straight line (a) in FIG. 7. Therefore, F t = A F Mt + B + S t · log C 1 (7) Here, C and D are the slope and intercept of the straight line (b) in FIG. 7. Becomes Similarly, it is expressed as F 2t = CF Mt + D (8), and thus F 2t = F t −St t logC 2 = CF Mt + D (9) F t = CF Mt + D + S t log C 2 (10) Become. When F t and S t are obtained from the equations (7) and (10), S t is obtained from (7)-(10).

【0053】[0053]

【数2】 となり、Ft は式(12)を式(9)に代入することに
より、
[Equation 2] And F t is obtained by substituting the equation (12) into the equation (9),

【0054】[0054]

【数3】 となる。[Equation 3] Becomes

【0055】従って、式(4)に式(12)及び(1
3)を代入し、時間tでの膜電位感受性色素を直接励起
して観測される蛍光強度(Fxt)とモニター色素を励起
して観測される蛍光強度FMtを測定することにより、サ
ンプルの濃度を演算で求めることができる。
Therefore, equations (12) and (1) are added to equation (4).
3) is substituted, and the fluorescence intensity (F xt ) observed by directly exciting the membrane potential-sensitive dye at time t and the fluorescence intensity F Mt observed by exciting the monitor dye are measured, and The concentration can be calculated.

【0056】なお本実験では既知濃度のサンプルとして
10-3MKClおよび10-2MKClを用いたがこれに
限定されるわけでなく、濃度は測定しようとするサンプ
ルにあわせて種々選択が可能である。また、センサーの
膜構成によってはモニター色素の蛍光強度と膜電位感受
性色素の蛍光強度およびセンサーの感度が直線的な関係
を示さない場合もあり得る。その場合には他の近似式、 例えば F1t=A′FMt 2 +B′FMt+C′ F1t=D′exp{E′FMt}+G′ のような種々の関数を用いて最小2剰法などで曲線のフ
ィッティングを行い、これらの式から上記Ft 及びSt
を導き出して用いればよい。
In this experiment, 10 -3 MKCl and 10 -2 MKCl were used as samples of known concentration, but the sample is not limited to this, and the concentration can be variously selected according to the sample to be measured. . Further, depending on the membrane structure of the sensor, there is a case where the fluorescence intensity of the monitor dye, the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye and the sensitivity of the sensor do not show a linear relationship. In that case, another approximation formula, for example, F 1t = A′F Mt 2 + B'F Mt + C 'F 1t = D'exp {E'F Mt } + G' is used to perform curve fitting by the least square method or the like, and from these equations, F t and S t
Should be derived and used.

【0057】以上のように、本発明のLB膜を用いたオ
プチカル化学センサーでは、モニター色素の蛍光強度及
び膜電位感受性色素の蛍光強度を測定するだけで容易に
センサーの補正が行なえ、未知試料の濃度を求めること
ができる。
As described above, in the optical chemical sensor using the LB film of the present invention, the sensor can be easily corrected by simply measuring the fluorescence intensity of the monitor dye and the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye, and the unknown sample The concentration can be determined.

【0058】なお本実験ではモニター色素としてNK3
167を用いたが、これに限定されるものではない。即
ち、両親媒性で膜電位感受性色素と異なった光学特性を
持ち且つ蛍光性のものであるならば使用可能である。こ
のような色素としては、例えばNK2560、NK26
65、NK3175などがある。上記色素をLB膜に含
有する場合の該色素の濃度は、0.1〜20mol%の
間で適宜変更することが出来る。 実施例3
In this experiment, NK3 was used as a monitor dye.
Although 167 was used, it is not limited to this. That is, if it is amphipathic, has different optical characteristics from the membrane potential sensitive dye, and is fluorescent, it can be used. Examples of such dyes include NK2560 and NK26.
65, NK3175, etc. When the above dye is contained in the LB film, the concentration of the dye can be appropriately changed within the range of 0.1 to 20 mol%. Example 3

【0059】両親媒性物質であるジドデシルリン酸中
に、膜電位感受性色素としてオクタデシルローダミンB
を2mol%、機能性物質とてバリノマイシンを10m
ol%、さらに経時変化モニター用色素として両親媒性
色素のNK3045(日本感光色素)を10mol%含
むクロロホルム溶液を調製し、実施例1と同様にLB膜
を調製した。これをフローセルに装着し、蛍光光度計に
組み込んで蛍光強度の測定を行った。なお、試料溶液は
外部からローラーポンプを用いて連続的にフローセルに
導入した。膜電位感受性色素の蛍光強度の測定には波長
540nmの光で膜電位感受性色素を励起し、585n
mの波長で該色素の蛍光強度を測定した。またオプチカ
ル化学センサーの劣化をモニターするため色素NK30
45を波長485nmの光で励起し、膜電位感受性色素
の発する蛍光強度を測定した。
Octadecyl rhodamine B was added as a membrane potential sensitive dye in didodecyl phosphate which is an amphipathic substance.
Is 2 mol% and valinomycin is 10 m as a functional substance.
Then, a chloroform solution containing ol% and 10 mol% of amphiphilic dye NK3045 (Japan Photosensitive Dye) as a dye for aging monitoring was prepared, and an LB film was prepared in the same manner as in Example 1. This was attached to a flow cell and incorporated into a fluorometer to measure fluorescence intensity. The sample solution was continuously introduced into the flow cell from the outside using a roller pump. To measure the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye, the membrane potential sensitive dye was excited with light having a wavelength of 540 nm to obtain 585n.
The fluorescence intensity of the dye was measured at the wavelength of m. In addition, to monitor the deterioration of the optical chemical sensor, the dye NK30
45 was excited with light having a wavelength of 485 nm, and the fluorescence intensity emitted by the membrane potential sensitive dye was measured.

【0060】測定は、センサーを1時間エージングして
ある程度安定させた後、24時間連続的に行った。本実
施例においても、センサーはK+ イオンに応答するので
10-2MKClと10-3MKClの水溶液を測定した場
合の、膜電位感受性色素を直接励起して発せられる蛍光
強度の差を感度として、実施例2と同様に図8を作成し
た。但し、本実施例においては、モニター色素の蛍光強
度を直接測定していないため、実施例2の図7のモニタ
ー色素の蛍光強度の代わりに、モニター色素を励起して
観測された膜電位感受性色素の蛍光強度と膜電位感受性
色素を直接励起して観測された蛍光強度の比を取りそれ
を横軸とした。本実施例においては、図8に示すように
蛍光強度の比に対し、10-3MKCl、10-2MKCl
溶液を測定した場合の、膜電位感受性色素を直接励起し
て観測される蛍光強度との関係を示した。本実施例にお
いては、両者とも平行の関係を示した。
The measurement was carried out continuously for 24 hours after aging the sensor for 1 hour to stabilize it for a while. Also in this embodiment, the sensor is K +. Since it responds to ions, the difference between the fluorescence intensities emitted by directly exciting the membrane potential-sensitive dye in the case of measuring an aqueous solution of 10 −2 MKCl and 10 −3 MKCl is taken as sensitivity, and FIG. Created. However, in this Example, since the fluorescence intensity of the monitor dye was not directly measured, instead of the fluorescence intensity of the monitor dye of FIG. 7 of Example 2, the membrane potential sensitive dye observed by exciting the monitor dye was observed. The abscissa is the ratio of the fluorescence intensity observed by directly exciting the dye sensitive to membrane potential and the fluorescence intensity observed. In this example, as shown in FIG. 8, the ratio of fluorescence intensity was 10 −3 MKCl, 10 −2 MKCl.
The relationship with the fluorescence intensity observed by directly exciting the membrane potential-sensitive dye when the solution was measured is shown. In this embodiment, both have a parallel relationship.

【0061】未知の濃度の試料を測定する場合にはこの
図8を基にして、実施例2と同様にモニター用色素の蛍
光強度の比(FMt’)から10-3MKCl水溶液の膜電
位感受性色素の蛍光強度(F1t’)と10-2KCl水溶
液の膜電位感受性色素の蛍光強度(F2t’)を求め測定
試料の濃度(Cx ’)を求めることができる。
In the case of measuring a sample of unknown concentration, based on this FIG. 8, the membrane potential of the 10 −3 MKCl aqueous solution was calculated from the ratio of the fluorescence intensities (F Mt ′) of the monitoring dyes as in Example 2. The fluorescence intensity (F 1t ') of the sensitive dye and the fluorescence intensity (F 2t ') of the membrane potential sensitive dye of the 10 -2 KCl aqueous solution can be obtained to obtain the concentration (C x ') of the measurement sample.

【0062】演算で濃度を求める場合は、本実施例にお
いても図8に示されるような平行関係が得られたことか
ら実施例2の式(7)及び(10)のFMtを上記蛍光色
素の比に置き換えることにより実施例2と同様に演算に
よって導き出すことができる。
When the concentration is calculated by calculation, the parallel relationship as shown in FIG. 8 is obtained also in the present embodiment. Therefore, F Mt of the formulas (7) and (10) of the second embodiment is set to the above fluorescent dye. It can be derived by calculation as in the second embodiment by substituting the ratio

【0063】以上のように、本発明のLB膜を用いたオ
プチカル化学センサーでは、モニター色素を励起して観
測される膜電位感受性色素の蛍光強度と膜電位感受性色
素を直接励起して観測された蛍光強度の比及び膜電位感
受性色素の蛍光強度を測定するだけで容易にセンサーの
補正が行なえ、未知試料の濃度を求めることができる。
As described above, in the optical chemical sensor using the LB film of the present invention, the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye observed by exciting the monitor dye and the direct excitation of the membrane potential sensitive dye were observed. By simply measuring the ratio of the fluorescence intensity and the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye, the sensor can be easily corrected and the concentration of the unknown sample can be obtained.

【0064】なお本実験ではモニター色素としてNK3
045を用いたが、これに限定されるものではない。即
ち、両親媒性で膜電位感受性色素の励起波長とモニター
用色素の蛍光波長が重なる光学特性を有するものである
ならば使用することができる。モニター色素をLB膜に
含有する場合の該色素の濃度は、0.5〜50mol%
の間で適宜変更することが出来る。 実施例4 モニター色素を用いずに本発明のLB膜を使用したオプ
チカル化学センサーの劣化の程度を補正する方法につい
て述べる。
In this experiment, NK3 was used as a monitor dye.
Although 045 was used, it is not limited to this. That is, it can be used as long as it is an amphipathic substance having an optical characteristic in which the excitation wavelength of the membrane potential sensitive dye and the fluorescence wavelength of the monitoring dye overlap. When the monitor dye is contained in the LB film, the concentration of the dye is 0.5 to 50 mol%.
Can be changed as appropriate. Example 4 A method for correcting the degree of deterioration of an optical chemical sensor using the LB film of the present invention without using a monitor dye will be described.

【0065】両親媒性物質であるジドデシルリン酸中
に、膜電位感受性色素としてオクタデシルローダミンB
を2mol%、機能性物質としてバリノマイシンを10
mol%含むクロロホルム溶液を調製し、実施例1と同
様にLB膜を調製した。これをフローセルに装着し、蛍
光光度計に組み込んで蛍光強度の測定を行った。試料液
は外部からローラーポンプを用いて連続的にフローセル
に導入した。膜電位感受性色素の励起光は、波長540
nmの光を使用し、585nmの波長の蛍光強度を測定
した。またセンサーの劣化に起因する蛍光強度の減少を
補正するため、ローラーポンプで空気をセルに送り込
み、その時の蛍光強度を測定した。
Octadecyl rhodamine B as a membrane potential sensitive dye in didodecyl phosphate which is an amphipathic substance.
2 mol% and valinomycin 10 as a functional substance
A chloroform solution containing mol% was prepared, and an LB film was prepared in the same manner as in Example 1. This was attached to a flow cell and incorporated into a fluorometer to measure fluorescence intensity. The sample solution was continuously introduced into the flow cell from the outside using a roller pump. The excitation light of the membrane potential sensitive dye has a wavelength of 540
nm light was used to measure the fluorescence intensity at a wavelength of 585 nm. In order to correct the decrease in fluorescence intensity due to sensor deterioration, air was blown into the cell with a roller pump and the fluorescence intensity at that time was measured.

【0066】センサーを1時間エージングしてある程度
安定させた後、24時間測定した。本実施例においても
本センサーは、K+ イオンに応答するので10-2MKC
lと10-3MKCl水溶液を測定したときの蛍光強度を
実施例2と同様にグラフを作成した(図9)。但し、空
気中で測定した蛍光強度を横軸に取った。本実施例にお
いてもよい直線関係が得られた。
The sensor was aged for 1 hour to be stabilized to some extent, and then measured for 24 hours. Also in this embodiment, this sensor is K + 10 -2 MKC as it responds to ions
A graph was prepared in the same manner as in Example 2 with respect to the fluorescence intensity when 1 and 10 −3 MKCl aqueous solution were measured (FIG. 9). However, the fluorescence intensity measured in air was plotted on the horizontal axis. A good linear relationship was obtained also in this example.

【0067】未知の濃度の試料を測定した場合にはこの
図9を基にして、実施例2と同様に空気中で測定したと
きの蛍光強度(FMt”)から10-3MKCl水溶液の膜
電位感受性色素の蛍光強度(F1t”)と10-2MKCl
水溶液の膜電位感受性色素の蛍光強度(F2t”)を求
め、測定試料の濃度(Cx ”)を演算により求めること
ができる。
When a sample having an unknown concentration is measured, based on FIG. 9, the fluorescence intensity (F Mt ″) measured in air as in Example 2 indicates the film of 10 −3 MKCl aqueous solution. Fluorescence intensity of voltage sensitive dye (F 1t ") and 10 -2 MKCl
The fluorescence intensity (F 2t ″) of the membrane potential sensitive dye in the aqueous solution can be obtained, and the concentration (C x ″) of the measurement sample can be calculated.

【0068】演算で濃度を求める場合は、本実施例にお
いても図9に示されるような直線関係が得られたことか
ら実施例2の式(7)及び(10)のFMtを空気中で測
定した時の蛍光強度(FMt”)に置き換えることにより
実施例2と同様に行える。
When the concentration is calculated by calculation, the linear relationship as shown in FIG. 9 is obtained also in the present embodiment, and therefore F Mt of the equations (7) and (10) of the second embodiment is set in the air. The same procedure as in Example 2 can be performed by substituting the measured fluorescence intensity (F Mt ″).

【0069】[0069]

【発明の効果】以上詳述したようにLB膜を使用したオ
プチカル化学センサーに本発明のLB膜を使用すること
によって、測定を中断することなく該センサーの劣化を
高感度に検出することができ、濃度の補正が可能にな
る。
As described in detail above, by using the LB film of the present invention in the optical chemical sensor using the LB film, deterioration of the sensor can be detected with high sensitivity without interrupting the measurement. , The density can be corrected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のLB膜の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of an LB film of the present invention.

【図2】本発明のLB膜を組み込んだフローセルの断面
図。
FIG. 2 is a sectional view of a flow cell incorporating the LB film of the present invention.

【図3】本発明のLB膜を用いたオプチカル化学センサ
ーにおいて、モニター色素の蛍光強度に対して、既知濃
度の溶液を測定した場合の膜電位感受性色素の蛍光強度
をプロットした図。
FIG. 3 is a diagram in which, in the optical chemical sensor using the LB film of the present invention, the fluorescence intensity of a membrane potential sensitive dye when a solution having a known concentration is measured is plotted against the fluorescence intensity of a monitor dye.

【図4】本発明のLB膜を用いたオプチカル化学センサ
ーにおいて、蛍光強度比に対して、既知濃度の溶液を測
定した場合の膜電位感受性色素の蛍光強度をプロットし
た図。
FIG. 4 is a graph plotting the fluorescence intensity of a membrane potential sensitive dye when a solution of known concentration is measured against the fluorescence intensity ratio in the optical chemical sensor using the LB film of the present invention.

【図5】両親媒性物質としてジドデシルリン酸、膜電位
感受性色素としてオクタデシルローダミンB、特定物質
認識能を有する物質とてバリノマイシンを用いたLB膜
からなるオプチカル化学センサーの蛍光を水中と空気中
で測定した場合の蛍光スペクトル。
FIG. 5: Measurement of fluorescence of an optical chemical sensor consisting of LB membrane using didodecyl phosphate as an amphipathic substance, octadecyl rhodamine B as a membrane potential sensitive dye, and valinomycin as a substance capable of recognizing a specific substance in water and air. Fluorescence spectrum when

【図6】本発明のLB膜を使用したオプチカル化学セン
サーを用いて10-2MKClと10-3MKCl水溶液を
測定したときのモニター色素及び膜電位感受性色素の蛍
光強度の時間変化を表わした図。
FIG. 6 is a diagram showing changes in fluorescence intensity of a monitor dye and a membrane potential-sensitive dye with time when 10 −2 MKCl and 10 −3 MKCl aqueous solutions were measured using an optical chemical sensor using the LB film of the present invention. .

【図7】本発明のLB膜を使用したオプチカル化学セン
サーにおいて、モニター色素の蛍光強度と膜電位感受性
色素の蛍光強度関係を、10-2MKClと10-3MKC
l水溶液について表わした図。
FIG. 7 shows the relationship between the fluorescence intensity of a monitor dye and the fluorescence intensity of a membrane potential sensitive dye in an optical chemical sensor using the LB film of the present invention, which is 10 −2 MKCl and 10 −3 MKC.
1 is a diagram showing an aqueous solution.

【図8】本発明のLB膜を使用したオプチカル化学セン
サーにおいて、蛍光強度の比に対して10-2MKClと
10-3MKCl水溶液の既知濃度試料を測定したときの
膜電位感受性色素の蛍光強度をプロットした図。
FIG. 8: Fluorescence intensity of a membrane potential sensitive dye when a known concentration sample of 10 −2 MKCl and 10 −3 MKCl aqueous solution was measured with respect to the ratio of fluorescence intensity in the optical chemical sensor using the LB film of the present invention. The figure which plotted.

【図9】実施例4で調製したLB膜を使用したオプチカ
ル化学センサーにおいて、空気中での膜電位感受性色素
の蛍光強度に対して10-2MKClと10-3MKCl水
溶液の既知濃度試料を測定したときの膜電位感受性色素
の蛍光強度をプロットした図。
FIG. 9: Measurement of known concentration samples of 10 −2 MKCl and 10 −3 MKCl aqueous solutions with respect to the fluorescence intensity of a membrane potential sensitive dye in air in an optical chemical sensor using the LB membrane prepared in Example 4. The figure which plotted the fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye at the time of doing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…両親媒性物質、12…特定物質認識能を有する物
質、13…膜電位感受性色素、14…モニター色素、1
5…支持体、21…ガラス基板、22…LB膜、23…
スペーサ、24…ガラス
11 ... amphipathic substance, 12 ... substance having specific substance recognition ability, 13 ... membrane potential sensitive dye, 14 ... monitor dye, 1
5 ... Support, 21 ... Glass substrate, 22 ... LB film, 23 ...
Spacer, 24 ... Glass

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 両親媒性物質からなる単分子膜を支持体
上に移し取って調製されるラングミュアー・ブロジェッ
ト膜において、該膜中に膜電位感受性色素及び特定物質
認識能を有する物質を含有させ、更に膜電位感受性色素
と異なる光学特性を有し、且つ膜電位不感受性のモニタ
ー色素を含有させたことを特徴とするラングミュアー・
ブロジェット膜。
1. A Langmuir-Blodgett membrane prepared by transferring a monomolecular film made of an amphipathic substance onto a support, wherein a membrane potential-sensitive dye and a substance capable of recognizing a specific substance are contained in the membrane. Langmuir characterized in that it contains a monitor dye having optical properties different from those of a dye sensitive to a membrane potential and being insensitive to a membrane potential.
Blodgett film.
JP6001793A 1993-03-19 1993-03-19 Lb film for optical chemical sensor Withdrawn JPH06273338A (en)

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