【技術資料】ルテニウム錯体を用いた電気化学発光によるフェンタニル測定

Simple system for the detection of fentanyl using electrochemiluminescence

概要

電気化学発光(ECL)は、電気化学的プロセスと発光を組み合わせた高感度な分析手法です。汎用性と感度に優れ、幅広いルミノフォアに対応できることから、臨床分析、環境検出、バイオ分析研究に利用されています。

フェンタニルは、鎮痛作用と麻酔作用を目的として使用される合成オピオイドです。モルヒネの約100倍、ヘロインの約50倍の効力があります。医療用途がある一方で、違法なフェンタニルが闇市場で日常的に見つかっており、世界的な健康問題の深刻化につながっています。

現在のフェンタニル検出方法の多くは、時間がかかる、費用が高い、または複雑な装置が必要です。本アプリケーションノートでは、フェンタニルの検出に向けて、迅速で利用しやすく、費用対効果の高い代替手段となるECL法をご紹介します。

装置とソフトウェア

SpectroECL instrument and microspectrometer cell.

図 1. SpectroECL装置とマイクロ分光器セル。

ECL実験は、検出器としてマイクロ分光器セル(図1)またはフォトダイオードセル(ECLPHOTODIODCELL)のいずれかを用いたSpectroECLを使用して実施しました。

ECL実験には、金スクリーン印刷電極(SPE、220AT)を使用しました。

SpectroECLはDropView SPELECソフトウェアで制御しました。このソフトウェアにより、電気化学信号と発光信号を同時に取得できます。さらに、このソフトウェアにはデータ処理および解析用のツールも含まれています。本検討で使用したすべてのハードウェアとソフトウェアを表1に示します。

**表1.** ハードウェアおよびソフトウェア機器の概要。
機器	品番
装置	SPECTROECL
セル	ECLPHOTODIODCELL
金SPE	220AT
SPE用接続ケーブル	CAST
ソフトウェア	DropView SPELEC

SpectroElectrochemiluminescence instrument for Screen-Printed Electrodes

DRP-SPECTROECL

SpectroECL combines in one equipment a biopotentiostat/galvanostat and a microspectrometer integrated in an innovative cell for Screen-Printed Electrodes. This miniaturized and portable alternative is perfect for performing Electrogenerated ChemiLuminescence (ECL) measurements

電気化学発光測定用フォトダイオードセル

DRP-ECLPHOTODIODCELL

電気化学発光測定を行うためのスクリーンプリント電極用セル。この ABS セルには、スペクトル応答範囲 340 ～ 1100 nm、ピーク感度波長 960 nm のプリアンプ付きシリコンフォトダイオードが含まれています。このセルは、µStat ECL または µStat SpectroECL 電気化学発光装置と組み合わせて使用する必要があります。

2 / 2

フェンタニル薬物のECL検出

フェンタニル CII(USP標準品)、トリス(2,2'-ビピリジル)ジクロロルテニウム(II)六水和物(Rubpy、シグマアルドリッチ)、塩化ナトリウム(シグマアルドリッチ)、塩化カリウム(シグマアルドリッチ)、リン酸水素二ナトリウム(シグマアルドリッチ)、およびリン酸二水素カリウム(シグマアルドリッチ)は、受け取ったまま使用しました。すべての化学物質は分析グレードでした。水溶液は、超純水(Direct-QTM 5システム、ミリポア)を用いて調製しました。

ECL系は、ルミノフォアとしてのRubpyと、共反応物としてのフェンタニルを、0.1 mol/L PBS水溶液緩衝液(pH 6)中で用いる構成です。Rubpyの電気化学的酸化によって一連の化学反応が始まり、620 nmで発光が生じます。この発光はフェンタニル濃度に依存するため、この化合物の検出が可能になります。

Characteristic ECL emission of Rubpy observed while the potential was scanned from 0.40 V to 1.20 V

図 2. 電位を0.40 Vから1.20 Vまで掃引した際に観測された、0.0025 mol/LのRubpyおよび0.0001 mol/Lのフェンタニルを含む0.1 mol/L PBS(pH 6)溶液におけるRubpyの特徴的なECL発光。

このオピオイドの存在下でのRubpyの発光に関する初期評価と特性評価は、マイクロ分光器セルを用いて実施しました。ECLシグナルを最適化するため、金SPEとPBS pH 6緩衝溶液を用いて、電位を0.40 Vから1.20 Vまで掃引しました。マイクロ分光器検出器は可視スペクトルを取得し、検討対象の系を理解するうえで有用な情報を提供します。図2は、共反応物としてフェンタニルが存在することによる、620 nmでのRubpyの発光を裏付けています。フェンタニルを含まないブランク実験では、ECLバンドは認められません。

Linear sweep voltammetry (blue line) and Rubpy ECL emission (green line)

図 3. リニアスイープボルタンメトリー(青色の線)と、0.0025 mol/LのRubpyおよび0.001 mmol/Lのフェンタニルを含む0.1 mol/L PBS(pH 6)溶液におけるRubpyのECL発光(緑色の線)。

Rubpyからの発光が確認された後、より低濃度のフェンタニルを分析するために、SpectroECLとフォトダイオードセルを使用しました。マイクロ分光器セルを用いた実験と同じ電気化学条件を使用しました。フォトダイオードセルで得られるシグナルは、可視域全体にわたる発光スペクトルではなく、ECL発光の総量(図3の緑色の線)です。同時に、電気化学シグナルも記録しました(図3の青色の線)。この検出器は波長を区別しませんが、高い感度を備えています。ECLは0.85 Vより高い電位で増加し、1.00 V付近で最大に達します。