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JP7819908B2 - Electrochemical sensor for drugs in urine using diamond electrodes and analytical method for the detected substances - Google Patents
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JP7819908B2 - Electrochemical sensor for drugs in urine using diamond electrodes and analytical method for the detected substances - Google Patents

Electrochemical sensor for drugs in urine using diamond electrodes and analytical method for the detected substances

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JP7819908B2 JP2022032039A JP2022032039A JP7819908B2 JP 7819908 B2 JP7819908 B2 JP 7819908B2 JP 2022032039 A JP2022032039 A JP 2022032039A JP 2022032039 A JP2022032039 A JP 2022032039A JP 7819908 B2 JP7819908 B2 JP 7819908B2
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Description

本開示は、尿中の薬物を検出するために導電性ダイヤモンド電極を電気化学センサとして用い、検出のための分析方法に関する。 This disclosure relates to an analytical method for detecting drugs in urine using a conductive diamond electrode as an electrochemical sensor.

尿中の薬物濃度の検査にはいくつかのニーズがある。例えば、国際的な大会等において選手のドーピングが問題となることがあり、その検出方法が求められている。また、捜査の場面等において、違法薬物摂取の有無を確認する手段が必要とされている。ほかには、薬物中毒が示唆される意識不明救急患者の接種薬物を同定する必要がある場合がある。さらには抗菌薬の飲み忘れや継続投与を確認するために、薬物摂取の有無を確認しなければならない場合があり得る。 There are several needs for testing drug concentrations in urine. For example, doping among athletes can become a problem at international competitions, and a method for detecting it is needed. Also, in investigations, a means of confirming whether or not illegal drugs have been taken is needed. Other cases include the need to identify the drugs administered to unconscious emergency patients who may be suffering from drug poisoning. Furthermore, there may be cases where it is necessary to confirm whether or not drugs have been taken to confirm whether antibiotics have been forgotten or are still being administered.

従来の薬物検査方法では、HPLC、LC-MS、GC-MSなどによる分離分析法が用いられる。しかしながら、これらの方法は、大型測定機器を使用するため、検査の費用が高く、長時間を要する。さらに、どこでも簡単に検査ができないという不都合があった。 Traditional drug testing methods use separation and analysis techniques such as HPLC, LC-MS, and GC-MS. However, these methods require large measuring equipment, which makes testing expensive and time-consuming. Furthermore, they have the disadvantage of not being able to be easily performed anywhere.

他の従来の薬物検査方法としては、ガラス状カーボン電極や水銀電極を用いた電気化学測定方法も開発されてきた。しかしながら、これらの手法は緩衝液による尿サンプルの希釈などの前処理が必要であり、また水銀電極は環境への負荷が非常に大きい電極である。 Other conventional drug testing methods that have been developed include electrochemical measurement methods using glassy carbon electrodes and mercury electrodes. However, these methods require pretreatment, such as diluting the urine sample with a buffer solution, and mercury electrodes have a significant environmental impact.

非特許文献1は導電性ダイヤモンド電極を用いてモルモットの蝸牛におけるブメタニド測定を行ったことを報告している。また導電性ダイヤモンド電極を使用し、ラット脳においてラモトリジンが測定されている。またドキソルビシン測定の記載がある。 Non-Patent Document 1 reports the use of conductive diamond electrodes to measure bumetanide in the cochlea of guinea pigs. Conductive diamond electrodes have also been used to measure lamotrigine in rat brains. There is also a description of the measurement of doxorubicin.

非特許文献2は導電性ダイヤモンド電極を用いてモルモットの蝸牛及び筋肉においてメチルコバラミンを測定したことを報告している。 Non-patent document 2 reports measuring methylcobalamin in the cochlea and muscle of guinea pigs using conductive diamond electrodes.

非特許文献3はナノメートルサイズのグラファイト/ホウ素ドープダイヤモンド電極でのアセトアミノフェンの検出を報告している。測定されたアセトアミノフェンは純品である(6332頁左欄4.1 Materials)。 Non-patent document 3 reports the detection of acetaminophen using a nanometer-sized graphite/boron-doped diamond electrode. The acetaminophen measured is pure (page 6332, left column, 4.1 Materials).

非特許文献4は、磁性粒子で修飾されたグラファイト-エポキシ複合電極を用いて、BRPで5倍希釈された尿サンプルのトリアムテレンを電気化学的に測定したことを報告している。この方法は最適化された矩形波ボルタンメトリーを用いている。 Non-Patent Document 4 reports the electrochemical measurement of triamterene in urine samples diluted 5-fold with BRP using a graphite-epoxy composite electrode modified with magnetic particles. This method uses optimized square-wave voltammetry.

非特許文献5は作用電極として、水銀滴下電極を使用したロサルタン及びトリアムテレンの測定を記載している。 Non-patent document 5 describes the measurement of losartan and triamterene using a mercury dropping electrode as the working electrode.

非特許文献6~9は、特殊なカーボンナノチューブで修飾されたガラス状カーボン電極を用いたトリアムテレンの測定を記載している。 Non-patent documents 6 to 9 describe the measurement of triamterene using a glassy carbon electrode modified with special carbon nanotubes.

尿中薬物の簡便、迅速、安価なスクリーニング方法が求められている。 There is a need for a simple, rapid, and inexpensive method for screening for drugs in urine.

Ogata et al., Nat Biomed Eng. 2017 Aug;1(8):654-666Ogata et al., Nat Biomed Eng. 2017 Aug;1(8):654-666 Hanawa et al., Anal. Chem. 2020, 92, 20, 13742-13749Hanawa et al., Anal. Chem. 2020, 92, 20, 13742-13749 Wang et al., ACS Omega 2021, 6, 9, 6326-6334Wang et al., ACS Omega 2021, 6, 9, 6326-6334 Hudari, F. et al. J Solid State Electrochem. 2016, 20, 2491-2501Hudari, F. et al. J Solid State Electrochem. 2016, 20, 2491-2501 Ensafi, A. et al. Analytical Sciences, 2008, 24, 1449-1454Ensafi, A. et al. Analytical Sciences, 2008, 24, 1449-1454 Nisha and Kumar, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, 839, 214-223Nisha and Kumar, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, 839, 214-223 Karimi, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, 847, 113176Karimi, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, 847, 113176 Nezhadali and Mojarrab, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2015, 744, 85-94Nezhadali and Mojarrab, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2015, 744, 85-94 Hudari et al. Talanta, 2018, 179, 652-657Hudari et al. Talanta, 2018, 179, 652-657

本開示は、従来技術の問題点を少なくとも部分的に解決する尿中薬物の検出方法及びそのためのセンサを提供することを課題とする。 The objective of this disclosure is to provide a method for detecting drugs in urine and a sensor therefor that at least partially solves the problems of the prior art.

本発明者らは、前記課題解決のために鋭意研究を重ね、ホウ素をドープした導電性ダイヤモンド電極を使用して尿中の薬物の検出を試みたところ、驚くべきことに尿サンプルを前処理することなく直接、電気化学測定法に用いることにより、尿中の薬物を簡便、迅速に検出し得ることを見出し、これを一実施形態として包含する本発明を完成した。したがって本開示は、ホウ素をドープした導電性ダイヤモンド電極を用いる電気化学測定法により、尿中の薬物を簡便、迅速に検出する方法、及びそのためのセンサ等を提供する。 The inventors conducted extensive research to solve the above-mentioned problems, and when they attempted to detect drugs in urine using a boron-doped conductive diamond electrode, they surprisingly found that drugs in urine could be detected simply and quickly by directly using the urine sample in an electrochemical measurement method without pretreatment, and completed the present invention, which incorporates this as one embodiment. Therefore, the present disclosure provides a method for simply and quickly detecting drugs in urine by an electrochemical measurement method using a boron-doped conductive diamond electrode, as well as a sensor and the like used therefor.

本開示は、以下の実施形態を包含する:
[1] 導電性ダイヤモンド電極を用いて尿中の薬物を検出する電気化学的測定方法であって、
尿が前処理されていない実尿サンプルであり、
i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程、及び、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程、
を含む、前記方法。
[2] 尿のサイレント領域として、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲において電気化学的測定を行う、実施形態1に記載の方法。
[3] i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程が、
目的の尿中の薬物を還元する第1の電位を印加し、次いで、
還元された前記尿中の薬物を酸化する第2の電位を印加する工程を含み、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、前記第2の電位を印加したときの薬物の酸化電流を尿のサイレント領域において測定することを含む、実施形態1又は2に記載の方法。
[4] i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程が、
目的の尿中の薬物を酸化する第1の電位を印加し、次いで、
還元された前記尿中の薬物を還元する第2の電位を印加する工程を含み、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、
前記第2の電位を印加したときの薬物の還元電流を尿のサイレント領域において測定することを含む、実施形態1又は2に記載の方法。
[5] 尿中の薬物がトリアムテレン、ゲンタマイシン、ジヒドロストレプトマイシン、バンコマイシン、セファレキシン、アンピシリン、セフトリアキソン、アモキシシリン、テイコプラニン、リファンピシン、テオフィリン、フロセミド、ブメタニド、塩酸キニーネ、ラモトリギン、カルバマゼピン、トピラマート、ドキソルビシン、パゾパニブ、レンバチニブ、イマチニブ、ノルトリプチリン、アセトアミノフェン、アスコルビン酸、メチルコバラミン、及びシアノコバラミンからなる群より選択される、実施形態1~4のいずれかに記載の方法。
[6] 尿中の薬物がトリアムテレンであり、
i)トリアムテレンを還元する第1の電位を-1.5Vにて印加し、次いで、還元されたトリアムテレンを酸化する第2の電位を+0.2Vにて印加する工程を含み、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、第2の電位を+0.2Vにて印加したときの酸化電流を測定することを含む、実施形態3に記載の方法。
[7] 導電性ダイヤモンド電極、対極、及び、参照電極、並びに、
実施形態1~6のいずれかに記載の電気化学的測定方法を実行するプロトコル又はアルゴリズムを実装したソフトウェア又はプログラムを格納した記憶媒体、
を備えてなる、尿中の薬物を検出するための電気化学的測定装置。
[8] 導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出することができるか否かを決定するスクリーニング方法であって、
(i)候補薬物を含む尿であって前処理されていない実尿サンプルを用意する工程、
(ii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルについてサイクリックボルタモグラムを取得する工程、
(iii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されておらず、候補薬物を含まない健常者の実尿サンプルについて取得されたサイクリックボルタモグラムを用意する工程、
(iv)前記(ii)のサイクリックボルタモグラムを(iii)のサイクリックボルタモグラムと比較し、(iii)のサイクリックボルタモグラムと比べて(ii)のサイクリックボルタモグラムにおいて識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が尿のサイレント領域に観測されるか否かを確認する工程、並びに
(v)前記の工程(iv)において、(ii)のサイクリックボルタモグラム中に識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲の尿のサイレント領域に観測された場合、当該酸化電流及び/又は還元電流が観測された電位を、電気化学的測定を行う電位として決定する工程、
を含む、前記方法。
[9] 導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出することができるか否かを決定するスクリーニング方法を行い、当該スクリーニング方法により決定された電位において電気化学的測定を行う、導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出する方法であって、
前記スクリーニング方法は、
(i)候補薬物を含む尿であって前処理されていない実尿サンプルを用意する工程、
(ii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルについてサイクリックボルタモグラムを取得する工程、
(iii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されておらず、候補薬物を含まない健常者の実尿サンプルについて取得されたサイクリックボルタモグラムを用意する工程、
(iv)前記(ii)のサイクリックボルタモグラムを(iii)のサイクリックボルタモグラムと比較し、(iii)のサイクリックボルタモグラムと比べて(ii)のサイクリックボルタモグラムにおいて識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が尿のサイレント領域に観測されるか否かを確認する工程、並びに
(v)前記の工程(iv)において、(ii)のサイクリックボルタモグラム中に識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲の尿のサイレント領域に観測された場合、当該酸化電流及び/又は還元電流が観測された電位を、電気化学的測定を行う電位として決定する工程、
を含み、
前記導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出する方法は、
1)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程、ここで、前記の前処理されていない実尿サンプルに印加する電位は、前記スクリーニング方法の工程(v)において決定された電気化学的測定を行う電位である、及び、
2)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲の尿のサイレント領域において測定する工程、
を含む、前記方法。
The present disclosure includes the following embodiments:
[1] An electrochemical measurement method for detecting drugs in urine using a conductive diamond electrode, comprising:
The urine is a real urine sample that has not been pretreated,
i) applying a potential to the untreated real urine sample using a conductive diamond electrode; and
ii) measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine;
The method comprising:
[2] The method according to embodiment 1, wherein the electrochemical measurement is performed in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl) as the silent region of urine.
[3] i) applying a potential to an unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode,
applying a first potential that reduces the drug in the urine of interest; and
applying a second potential to oxidize the reduced drug in the urine;
ii) the step of measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine comprises measuring the oxidation current of the drug in the silent region of urine when the second potential is applied.
[4] i) applying a potential to an untreated real urine sample using a conductive diamond electrode,
applying a first potential that oxidizes the drug in the urine of interest; and then
applying a second potential that reduces the reduced drug in the urine;
ii) measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine;
3. The method of embodiment 1 or 2, comprising measuring the reduction current of the drug in a silent region of urine when the second potential is applied.
[5] The method of any one of embodiments 1 to 4, wherein the drug in the urine is selected from the group consisting of triamterene, gentamicin, dihydrostreptomycin, vancomycin, cephalexin, ampicillin, ceftriaxone, amoxicillin, teicoplanin, rifampicin, theophylline, furosemide, bumetanide, quinine hydrochloride, lamotrigine, carbamazepine, topiramate, doxorubicin, pazopanib, lenvatinib, imatinib, nortriptyline, acetaminophen, ascorbic acid, methylcobalamin, and cyanocobalamin.
[6] The drug in the urine is triamterene,
i) applying a first potential at −1.5 V to reduce triamterene, and then applying a second potential at +0.2 V to oxidize the reduced triamterene;
ii) the step of measuring the oxidation and/or reduction current of the drug in the silent region of urine comprises measuring the oxidation current when a second potential is applied at +0.2 V.
[7] A conductive diamond electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and
A storage medium storing software or a program that implements a protocol or algorithm for executing the electrochemical measurement method according to any one of embodiments 1 to 6;
An electrochemical measurement device for detecting drugs in urine, comprising:
[8] A screening method for determining whether a drug in urine can be detected without pretreatment by electrochemical measurement using a conductive diamond electrode, comprising:
(i) providing a real urine sample containing a drug candidate that has not been pretreated;
(ii) obtaining a cyclic voltammogram of the unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode;
(iii) preparing a cyclic voltammogram obtained using a conductive diamond electrode on a real urine sample from a healthy subject that is not pretreated and does not contain a candidate drug;
(iv) comparing the cyclic voltammogram of (ii) with the cyclic voltammogram of (iii) to determine whether or not a discernible oxidation current and/or reduction current of the candidate drug is observed in the silent region of urine in the cyclic voltammogram of (ii) compared with the cyclic voltammogram of (iii);
(v) in the step (iv), when an identifiable oxidation current and/or reduction current of the candidate drug in the cyclic voltammogram of (ii) is observed in the silent region of urine in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl), determining the potential at which the oxidation current and/or reduction current is observed as the potential at which electrochemical measurement is performed;
The method comprising:
[9] A method for detecting drugs in urine by electrochemical measurement without pretreatment using a conductive diamond electrode, comprising: performing a screening method for determining whether drugs in urine can be detected by electrochemical measurement using a conductive diamond electrode without pretreatment; and performing electrochemical measurement at the potential determined by the screening method,
The screening method comprises:
(i) providing a real urine sample containing a drug candidate that has not been pretreated;
(ii) obtaining a cyclic voltammogram of the unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode;
(iii) preparing a cyclic voltammogram obtained using a conductive diamond electrode on a real urine sample from a healthy subject that is not pretreated and does not contain a candidate drug;
(iv) comparing the cyclic voltammogram of (ii) with the cyclic voltammogram of (iii) to determine whether or not a discernible oxidation current and/or reduction current of the candidate drug is observed in the silent region of urine in the cyclic voltammogram of (ii) compared with the cyclic voltammogram of (iii);
(v) in the step (iv), when an identifiable oxidation current and/or reduction current of the candidate drug in the cyclic voltammogram of (ii) is observed in the silent region of urine in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl), determining the potential at which the oxidation current and/or reduction current is observed as the potential at which electrochemical measurement is performed;
Including,
The method for detecting drugs in urine by electrochemical measurement using the conductive diamond electrode without pretreatment comprises the steps of:
1) applying a potential to the unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode, wherein the potential applied to the unpretreated real urine sample is the potential at which electrochemical measurements are performed determined in step (v) of the screening method; and
2) measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl);
The method comprising:

本開示によれば、導電性ダイヤモンド電極を使用することにより、尿中薬物を、前処理することなく、電気化学的測定法により直接測定することができる。 According to the present disclosure, by using a conductive diamond electrode, drugs in urine can be directly measured by electrochemical measurement without pretreatment.

電気化学測定に使用した3電極系セルの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a three-electrode cell used for electrochemical measurements. PB中0, 50 μMブメタニドのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.0 - 1.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 正方向へ走査した。Voltammograms of 0 and 50 μM bumetanide in PB are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.0 to 1.5 V, scan rate: 0.1 V s −1 , positive scan. PB中0, 100 μMフロセミドのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.0 - 1.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 0 and 100 μM furosemide in PB are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.0 to 1.5 V, scan rate: 0.1 V s −1 , negative scan. PB中0, 20 μMトリアムテレンのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.0 - 1.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 0 and 20 μM triamterene in PB are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.0 to 1.5 V, scan rate: 0.1 V s −1 , negative scan. PB中の0, 100 μMトリアムテレンのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 0 and 100 μM triamterene in PB are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.5 to 0.5 V, scan rate: 0.1 V s −1 , negative scan. PB中0, 200 μMトリアムテレンのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.0 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 0 and 200 μM triamterene in PB are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.0 to 0.5 V, scan rate: 0.1 V s −1 , negative scan. PB中10 μMトリアムテレンのボルタモグラムを示す。走査速度依存を調べたものである。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.0 - 0.5 V, 走査速度; 0.01 (a), 0.02 (b), 0.04 (c), 0.06 (d), 0.1 (e) V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 10 μM triamterene in PB, showing the scan rate dependence. Starting potential: 0 V, scan range: -1.0 to 0.5 V, scan rates: 0.01 (a), 0.02 (b), 0.04 (c), 0.06 (d), and 0.1 (e) V s -1 , scanned in the negative direction. 酸化電流ピーク値対走査速度の平方根の検量線である(n = 1)。Calibration curve of peak oxidation current vs. square root of scan rate (n = 1). PB中CA測定の電位印加条件を示す。CA法で-1.5 Vを-2 mC印加した後、+0.1 Vを10秒間印加した。The potential application conditions for CA measurement in PB are as follows: -1.5 V was applied for -2 mC using the CA method, followed by +0.1 V for 10 seconds. PB中トリアムテレン(0 (a), 10 (b), 25 (c), 50 (d), 75 (e), 100 (f) nM) 還元物の酸化電位+0.1 VをCA法により印加したときの電流値時間変化を示す(濃度依存性)。The graph shows the change in current over time (concentration dependence) when an oxidation potential of +0.1 V for the reduced product of triamterene (0 (a), 10 (b), 25 (c), 50 (d), 75 (e), 100 (f) nM) in PB is applied using the CA method. 酸化電位+0.1 V印加4.5秒後における電流対PB中トリアムテレン濃度の平方根の検量線 (n = 3)を示す。A calibration curve (n = 3) of the current versus the square root of the triamterene concentration in PB 4.5 seconds after application of an oxidation potential of +0.1 V is shown. 尿サンプル中トリアムテレン (0 (a), 10 (b), 25 (c), 50 (d), 75 (e), 100 (f) nM) のボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of triamterene in urine samples (0 (a), 10 (b), 25 (c), 50 (d), 75 (e), and 100 (f) nM) are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.5 to 0.5 V, scan rate: 0.1 V s -1 , negative scan. PB溶液、および尿サンプルのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of the PB solution and the urine sample are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.5 to 0.5 V, scan rate: 0.1 V s -1 , scanned in the negative direction. PB中、尿サンプル中10 μMトリアムテレンのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 10 μM triamterene in PB and urine samples are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.5 to 0.5 V, scan rate: 0.1 V s −1 , negative scan. GC電極を用いた場合の尿中ボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。The urinary voltammogram obtained using a GC electrode is shown below. The starting potential was 0 V, the scan range was -1.5 to 0.5 V, and the scan rate was 0.1 V s -1 , with the scan in the negative direction. Pt電極を用いた場合の尿中ボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。The voltammogram in urine using a Pt electrode is shown below. The starting potential was 0 V, the scan range was -1.5 to 0.5 V, and the scan rate was 0.1 V s -1 , with the scan in the negative direction. GC電極を用いた場合の尿中0, 10 μMトリアムテレンのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 0 and 10 μM triamterene in urine using a GC electrode are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.5 to 0.5 V, scan rate: 0.1 V s -1 , negative scan. Pt電極を用いた場合の尿中0, 10 μMトリアムテレンのボルタモグラムを示す。開始電位; 0 V, 走査範囲; -1.5 - 0.5 V, 走査速度; 0.1 V s-1, 負方向へ走査した。Voltammograms of 0 and 10 μM triamterene in urine using a Pt electrode are shown. Starting potential: 0 V, scan range: -1.5 to 0.5 V, scan rate: 0.1 V s -1 , negative scan. 尿中CA測定の電位印加条件を示す。CA法で-1.5 Vを-2 mC印加した後、+0.2 Vを20秒間印加した。The potential application conditions for measuring urinary CA are as follows: -1.5 V was applied for -2 mC using the CA method, followed by +0.2 V for 20 seconds. 尿中トリアムテレン (0 (a), 10 (b), 25 (c), 50 (d), 75 (e), 100 (f) nM) 還元物の酸化電位+0.2 VをCA法により印加したときの電流値時間変化を示す(濃度依存性)。The graph shows the change in current over time (concentration dependence) when an oxidation potential of +0.2 V for the reduced product of urinary triamterene (0 (a), 10 (b), 25 (c), 50 (d), 75 (e), 100 (f) nM) is applied using the CA method. 酸化電位+0.2 V印加2.5秒後における電流対尿中トリアムテレン濃度の平方根の検量線を示す(n = 3)。A calibration curve of the current vs. the square root of the urinary triamterene concentration after 2.5 seconds of application of an oxidation potential of +0.2 V is shown (n = 3).

ある実施形態において本開示は、導電性ダイヤモンド電極を用いて尿中の薬物を検出する電気化学的測定方法を提供する。この方法では、尿は前処理されていない実尿サンプルである。この方法は、i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程、及び、ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程、を含み得る。ある実施形態において、尿のサイレント領域として-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲において電気化学的測定を行うことができる。 In one embodiment, the present disclosure provides an electrochemical measurement method for detecting drugs in urine using a conductive diamond electrode. In this method, the urine is a real urine sample that has not been pretreated. This method may include the steps of: i) applying a potential to the real urine sample that has not been pretreated using a conductive diamond electrode; and ii) measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine. In one embodiment, electrochemical measurement can be performed in the potential range of -1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl), which is the silent region of urine.

本発明者らは、特定の薬物について、まず第1の電位を印加して当該薬物を還元形態へと還元し、次いで、第2の電位を印加して前記還元形態の該薬物を酸化形態へと酸化することで、第2の電位を印加したときの電流値が該薬物の濃度に依存して増大することを見出した。したがってある実施形態において、本開示は、i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程が、目的の尿中の薬物を還元する第1の電位を印加し、次いで、還元された前記尿中の薬物を酸化する第2の電位を印加する工程を含み、ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、前記第2の電位を印加したときの薬物の酸化電流を尿のサイレント領域において測定することを含む、電気化学的測定方法を提供する。 The inventors have discovered that for a specific drug, first applying a first potential to reduce the drug to a reduced form, and then applying a second potential to oxidize the reduced drug to an oxidized form, results in an increase in the current value when the second potential is applied depending on the concentration of the drug. Therefore, in one embodiment, the present disclosure provides an electrochemical measurement method in which: i) the step of applying a potential to an unpretreated actual urine sample using a conductive diamond electrode includes applying a first potential that reduces the target drug in the urine, and then applying a second potential that oxidizes the reduced drug in the urine; and ii) the step of measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent zone of urine includes measuring the oxidation current of the drug when the second potential is applied in the silent zone of urine.

別の実施形態において本開示は、i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程が、目的の尿中の薬物を酸化する第1の電位を印加し、次いで、還元された前記尿中の薬物を還元する第2の電位を印加する工程を含み、ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、前記第2の電位を印加したときの薬物の還元電流を尿のサイレント領域において測定することを含む、電気化学的測定方法を提供する。 In another embodiment, the present disclosure provides an electrochemical measurement method, in which: i) the step of applying a potential to an unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode includes applying a first potential that oxidizes a target drug in the urine and then applying a second potential that reduces the reduced drug in the urine; and ii) the step of measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of the urine includes measuring the reduction current of the drug when the second potential is applied in the silent region of the urine.

本開示の方法及び装置により、種々の尿中の薬物を検出し得る。ある実施形態において、尿中の薬物はトリアムテレン、ゲンタマイシン、ジヒドロストレプトマイシン、バンコマイシン、セファレキシン、アンピシリン、セフトリアキソン、アモキシシリン、テイコプラニン、リファンピシン、テオフィリン、フロセミド、ブメタニド、塩酸キニーネ、ラモトリギン、カルバマゼピン、トピラマート、ドキソルビシン、パゾパニブ、レンバチニブ、イマチニブ、ノルトリプチリン、アセトアミノフェン、アスコルビン酸、メチルコバラミン、及びシアノコバラミンからなる群より選択される。これらの同等物や均等物を測定することもできる。 The disclosed method and device can detect a variety of drugs in urine. In certain embodiments, the drug in urine is selected from the group consisting of triamterene, gentamicin, dihydrostreptomycin, vancomycin, cephalexin, ampicillin, ceftriaxone, amoxicillin, teicoplanin, rifampicin, theophylline, furosemide, bumetanide, quinine hydrochloride, lamotrigine, carbamazepine, topiramate, doxorubicin, pazopanib, lenvatinib, imatinib, nortriptyline, acetaminophen, ascorbic acid, methylcobalamin, and cyanocobalamin. Equivalents of these drugs can also be measured.

ある実施形態において、本開示の方法により、トリアムテレンを検出し得る。この方法は、i)トリアムテレンを還元する第1の電位を-1.5Vにて印加し、次いで、還元されたトリアムテレンを酸化する第2の電位を+0.2Vにて印加する工程を含み、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、第2の電位を+0.2Vにて印加したときの酸化電流を測定することを含む。
In certain embodiments, triamterene can be detected by the methods of the present disclosure, comprising the steps of: i) applying a first potential at −1.5 V to reduce triamterene, and then applying a second potential at +0.2 V to oxidize the reduced triamterene;
ii) The step of measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine comprises measuring the oxidation current when a second potential of +0.2 V is applied.

実尿サンプルを前処理せずにそのまま使用し、これに導電性ダイヤモンド電極を用いて電位を印加すると、還元電流も酸化電流も検出されない又はほとんど検出されない又は目的化合物の検出を妨害しない程度の微弱な応答電流しか検出されない領域が現れる。前処理されていない実尿サンプルに導電性ダイヤモンド電極を用いて電位を印加したときに、還元電流も酸化電流もほとんど検出されない又は目的化合物の検出を妨害しない程度の微弱な応答電流しか検出されない領域のことを、本明細書において「サイレント領域」という。ある実施形態において、サイレント領域は、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲である。なお、ここでの実尿サンプルは、薬物を摂取していない一般的な健常者の前処理されていない尿サンプルである。 When a real urine sample is used without pretreatment and a potential is applied to it using a conductive diamond electrode, a region appears where no or almost no reduction or oxidation current is detected, or where only a weak response current that does not interfere with the detection of the target compound is detected. The region where almost no reduction or oxidation current is detected, or where only a weak response current that does not interfere with the detection of the target compound is detected when a potential is applied to an unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode, is referred to herein as the "silent region." In one embodiment, the silent region is a potential range of -1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl). The real urine sample here is an unpretreated urine sample from a typical healthy individual who is not taking drugs.

特定の実施形態において、サイレント領域として、-1.5V~+0.45Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲において尿中薬物の電気化学的測定を行うことができる。特定の実施形態において、サイレント領域として、-1.5V~+0.40Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲において尿中薬物の電気化学的測定を行うことができる。特定の実施形態において、サイレント領域として、-1.5V~+0.35Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲において尿中薬物の電気化学的測定を行うことができる。 In certain embodiments, electrochemical measurements of drugs in urine can be performed in a silent region within a potential range of -1.5 V to +0.45 V (vs. Ag/AgCl). In certain embodiments, electrochemical measurements of drugs in urine can be performed in a silent region within a potential range of -1.5 V to +0.40 V (vs. Ag/AgCl). In certain embodiments, electrochemical measurements of drugs in urine can be performed in a silent region within a potential range of -1.5 V to +0.35 V (vs. Ag/AgCl).

導電性ダイヤモンド電極は、薄膜或いはバルク状のダイヤモンドに導電性が付与されて電極として構成されたものとして定義される。ダイヤモンドに導電性を付与する方法としては特に限定されないが、ダイヤモンドに微量の不純物をドープすることができる。不純物としては、ホウ素(B)、硫黄(S)、窒素(N)、酸素(O)、ケイ素(Si)等が挙げられる。例えば、薄膜又はバルク状のダイヤモンドは気相合成法によって得られるが、炭素源を含む原料ガスに、ホウ素をドープするためにはジボラン、トリメチルボラン、酸化ホウ素を、硫黄をドープするためには酸化硫黄、硫化水素を、酸素をドープするためには酸素もしくは二酸化炭素を、窒素をドープするためにはアンモニア若しくは窒素を、ケイ素をドープするためには、シラン等を加えることができる。特にホウ素をドープした導電性ダイヤモンド電極は、他の電極材料と比較して広い電位窓とバックグラウンド電流が小さいという利点を有するため、有利である。以下、特に導電性ダイヤモンド電極を単にダイヤモンド電極と記載することがあり、ホウ素ドープダイヤモンド電極を、ボロンドープダイヤモンド電極、或いはBDD電極と記載することがある。 Conductive diamond electrodes are defined as thin-film or bulk diamond electrodes imparted with electrical conductivity. While there are no particular limitations on the method for imparting electrical conductivity to diamond, diamond can be doped with trace amounts of impurities. Impurities include boron (B), sulfur (S), nitrogen (N), oxygen (O), and silicon (Si). For example, thin-film or bulk diamond can be obtained by vapor-phase synthesis. To dope boron, diborane, trimethylborane, or boron oxide can be added to a carbon source-containing source gas. Sulfur oxide or hydrogen sulfide can be added to dope sulfur, oxygen or carbon dioxide can be added to dope oxygen, ammonia or nitrogen can be added to dope nitrogen, and silane can be added to dope silicon. Boron-doped conductive diamond electrodes are particularly advantageous because of their wide potential window and low background current compared to other electrode materials. Hereinafter, conductive diamond electrodes will sometimes be referred to simply as diamond electrodes, and boron-doped diamond electrodes will sometimes be referred to as boron-doped diamond electrodes or BDD electrodes.

ある実施形態において導電性ダイヤモンド電極は、基板上に成膜した薄膜状であり得る。導電性ダイヤモンドを基板に成膜する際には基盤が高温になることが多いため、基板としてはシリコン等の半導体やタングステン、ニオブ、モリブデン、チタンといった高融点金属を用いることができる。導電性ダイヤモンド電極の薄膜を、基板上に成膜する方法としては、公知の方法を用いることができる、例えば後述の実施例に記載したように化学気相合成法(CVD法)を用いることができる。 In one embodiment, the conductive diamond electrode may be in the form of a thin film formed on a substrate. Because the substrate often becomes very hot when forming a conductive diamond film on it, the substrate can be made of a semiconductor such as silicon or a high-melting-point metal such as tungsten, niobium, molybdenum, or titanium. A known method can be used to form a thin film of the conductive diamond electrode on the substrate, such as chemical vapor deposition (CVD), as described in the examples below.

ある実施形態において対極としては、プラチナ、ニッケル等の金属電極を用いることができ、ガラス状カーボン、グラファイト等の一般的な炭素電極を用いることができ、又は導電性ダイヤモンド電極を用いることができる。 In some embodiments, the counter electrode can be a metal electrode such as platinum or nickel, a common carbon electrode such as glassy carbon or graphite, or a conductive diamond electrode.

ある実施形態において電気化学的測定に参照電極を有し得る。これにより電位を正確に制御することができる。参照電極としては、標準水素電極、銀塩化銀電極、飽和カロメル電極等の公知の電極が挙げられる。本明細書では、特に断らない限り、電極電位は銀塩化銀電極に対する電位とする(vs Ag/AgCl)。 In some embodiments, electrochemical measurements may include a reference electrode, which allows for precise control of the potential. Examples of reference electrodes include well-known electrodes such as a standard hydrogen electrode, a silver-silver chloride electrode, and a saturated calomel electrode. Unless otherwise specified, electrode potentials in this specification refer to potentials relative to a silver-silver chloride electrode (vs. Ag/AgCl).

ある実施形態において、外部電源機構を用いて作用電極と対極の間に電圧を印加することができる。外部電源機構は、特に限定されないが、ポテンショ・ガルバノスタットを用いることができる。ポテンショ・ガルバノスタットは溶液中の作用電極の電気化学反応を制御して、その電位及び電流を測定する。ポテンショ・ガルバノスタットを用いて参照電極に対する対極電位及び電流密度を特定の範囲にするためには、定電位電解方式により所望の電流密度が得られるように電位を制御してもよく、定電流電解方式により、所望の電流値が得られるように電流値を制御してもよい。外部電源機構として、ポテンショスタット、又はガルバノスタットを使用してもよい。 In certain embodiments, a voltage can be applied between the working electrode and counter electrode using an external power supply mechanism. The external power supply mechanism is not particularly limited, but a potentio-galvanostat can be used. A potentio-galvanostat controls the electrochemical reaction of the working electrode in solution and measures the resulting potential and current. To achieve a specific range of counter electrode potential and current density relative to the reference electrode using a potentio-galvanostat, the potential can be controlled to obtain the desired current density using constant-potential electrolysis, or the current value can be controlled to obtain the desired current value using constant-current electrolysis. A potentiostat or galvanostat can be used as the external power supply mechanism.

ある実施形態において、作用電極が印加する電位は、例えば-1.5V以上、-1.4V以上、-1.3V以上、-1.2V以上、-1.1V以上、-1.0V以上、-0.9V以上、-0.8V以上、-0.7V以上、-0.6V以上、-0.5V以上、-0.4V以上、-0.3V以上、-0.2V以上、-0.1V以上、0V、例えば+0.1V以下、+0.2V以下、+0.3V以下、+0.4V以下、+0.5V以下、+0.6V以下、+0.7V以下、+0.8V以下、+0.9V以下、+1.0V以下、+1.1V以下、+1.2V以下、+1.3V以下、+1.4V以下、例えば+1.5V以下であり得る。なお0Vは参照電極に対する電位である。 In certain embodiments, the potential applied to the working electrode can be, for example, -1.5V or higher, -1.4V or higher, -1.3V or higher, -1.2V or higher, -1.1V or higher, -1.0V or higher, -0.9V or higher, -0.8V or higher, -0.7V or higher, -0.6V or higher, -0.5V or higher, -0.4V or higher, -0.3V or higher, -0.2V or higher, -0.1V or higher, 0V, or, for example, +0.1V or lower, +0.2V or lower, +0.3V or lower, +0.4V or lower, +0.5V or lower, +0.6V or lower, +0.7V or lower, +0.8V or lower, +0.9V or lower, +1.0V or lower, +1.1V or lower, +1.2V or lower, +1.3V or lower, +1.4V or lower, for example, +1.5V or lower. 0V is the potential relative to the reference electrode.

本開示において、電位の印加は、参照電極に対する作用電極電位を一定にして行う定電位方式、作用電極と対極と間の電圧を一定にして行う定電圧方式、作用電極の電流密度を一定にして行う定電流方式としてもよい。ある実施形態において電流は直流であり得る。 In the present disclosure, the application of potential may be a constant potential method, in which the working electrode potential relative to the reference electrode is kept constant, a constant voltage method, in which the voltage between the working electrode and counter electrode is kept constant, or a constant current method, in which the current density at the working electrode is kept constant. In some embodiments, the current may be direct current.

定電位方式、定電圧方式、或いは定電流方式を採用する場合電気化学的測定装置は、作用電極、対極、及び、参照電極を有する三電極構成とすることができる。 When using the constant potential, constant voltage, or constant current method, the electrochemical measurement device can have a three-electrode configuration with a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode.

ある実施形態において、尿中薬物の電気化学的測定時の、導電性ダイヤモンド電極の電流を-500μA~+500μA、-400μA~+400μA、-300μA~+300μA、-200μA~+200μA、-100μA~+300μA、-100μA~+200μA、例えば-100μA~+100μAとすることができるがこれに限らない。 In one embodiment, the current of the conductive diamond electrode during electrochemical measurement of drugs in urine can be, but is not limited to, -500 μA to +500 μA, -400 μA to +400 μA, -300 μA to +300 μA, -200 μA to +200 μA, -100 μA to +300 μA, -100 μA to +200 μA, for example, -100 μA to +100 μA.

ある実施形態において、尿中薬物の電気化学的測定時の、導電性ダイヤモンド電極の電流密度を-0.5mA/cm2~-5mA/cm2、-0.6mA/cm2~-4.5mA/cm2、-0.7mA/cm2~-4.0mA/cm2、-0.8mA/cm2~-3.5mA/cm2、-0.9mA/cm2~-3.0mA/cm2、-1.0mA/cm2~-2.5mA/cm2、-1.5mA/cm2~-2.0mA/cm2、例えば-0.5mA/cm2、-1.0mA/cm2、-2.0mA/cm2、-3mA/cm2、-4mA/cm2、又は-5mA/cm2とすることができる。 In one embodiment, the current density of the conductive diamond electrode during electrochemical measurement of drugs in urine can be -0.5mA/ cm2 to -5mA/ cm2 , -0.6mA/ cm2 to -4.5mA/ cm2 , -0.7mA/ cm2 to -4.0mA/ cm2 , -0.8mA/ cm2 to -3.5mA/ cm2 , -0.9mA/ cm2 to -3.0mA/ cm2 , -1.0mA/ cm2 to -2.5mA/ cm2 , -1.5mA/ cm2 to -2.0mA/ cm2 , for example, -0.5mA/ cm2 , -1.0mA/ cm2 , -2.0mA/ cm2 , -3mA/ cm2 , -4mA/ cm2 , or -5mA/ cm2 .

ある実施形態において、BDD電極は、基板表面に0.01~8%w/wホウ素原料混入ダイヤモンドを蒸着したダイヤモンド層を有する。基板はSi基板、SiO2等のガラス基板や石英基板、Al2O3、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス基板、タングステン、モリブデン、ニオブ、チタン等の金属でありうる。基板表面の全部又は一部をダイヤモンド層とすることができる。別の実施形態において、BDD電極の電極部は、バルク状のダイヤモンドを有し得る。 In one embodiment, the BDD electrode has a diamond layer formed by vapor-depositing diamond containing 0.01 to 8% w/w boron raw material on the substrate surface. The substrate can be a silicon substrate, a glass substrate such as SiO2 , a quartz substrate, a ceramic substrate such as Al2O3 , silicon carbide, or silicon nitride, or a metal such as tungsten, molybdenum, niobium, or titanium. All or part of the substrate surface can be a diamond layer. In another embodiment, the electrode portion of the BDD electrode can have bulk diamond.

導電性ダイヤモンド電極の電極部の大きさは特に限定されないが、0.1cm2以上、0.2cm2以上、0.3cm2以上、0.4cm2以上、0.5cm2以上、1cm2以上、5cm2以上、10cm2以上、50cm2以上の面積とすることができる。ダイヤモンド層の全部又は一部を二酸化炭素を含む溶液に接触させてギ酸生成反応に用いることができる。電極部の面積や形状は装置の構成に応じて適宜決定することができる。 The size of the electrode part of the conductive diamond electrode is not particularly limited, but can be 0.1 cm 2 or more, 0.2 cm 2 or more, 0.3 cm 2 or more, 0.4 cm 2 or more, 0.5 cm 2 or more, 1 cm 2 or more, 5 cm 2 or more, 10 cm 2 or more, or 50 cm 2 or more. All or part of the diamond layer can be contacted with a solution containing carbon dioxide and used in the formic acid production reaction. The area and shape of the electrode part can be appropriately determined depending on the configuration of the device.

ある実施形態において、BDD電極は、Si基板表面が高ホウ素原料混入(原料仕込みとして0.01~8%w/wホウ素原料)ダイヤモンドで蒸着されたダイヤモンド層を有する。ホウ素原料混入率は例えば0.01~5%w/w、0.02~4%w/w、0.03~3%w/w、0.04~2%w/w、0.05~1%w/w、例えば0.1~1.0%w/w程度である。 In one embodiment, the BDD electrode has a diamond layer formed by depositing diamond with a high boron content (0.01 to 8% w/w boron content) on the surface of a Si substrate. The boron content is, for example, 0.01 to 5% w/w, 0.02 to 4% w/w, 0.03 to 3% w/w, 0.04 to 2% w/w, or 0.05 to 1% w/w, e.g., approximately 0.1 to 1.0% w/w.

基板へのホウ素原料混入ダイヤモンドの蒸着処理は、例えば700~900℃で2~12時間行うことができる。導電性ダイヤモンド薄膜は化学気相成長法(CVD)、例えばマイクロ波プラズマ化学気相成長法(MPCVD)で作製されうる。例えばシリコン単結晶(100)等の基板を成膜装置内にセットし、高純度水素ガスを担体ガスとした成膜用ガスを流す。成膜用ガスには、炭素、ホウ素を含む気体成分が含まれている。成膜用ガスを流している成膜装置内にマイクロ波を与えてプラズマ放電を起こさせると、成膜用ガス中の炭素源から炭素ラジカルが生成し、Si単結晶上にsp3構造を保ったまま、かつホウ素を混入しながら堆積してダイヤモンドの薄膜が形成される。特に断らない限り、本開示の導電性ダイヤモンド、特にホウ素ドープ導電性ダイヤモンドはsp3構造である。特定の実施形態において、本開示の導電性ダイヤモンド、特にホウ素ドープ導電性ダイヤモンドはsp2構造を有しない。 The deposition process of the boron-mixed diamond onto the substrate can be carried out, for example, at 700-900°C for 2-12 hours. Conductive diamond thin films can be produced by chemical vapor deposition (CVD), such as microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD). A substrate, such as a silicon single crystal (100), is placed in a deposition apparatus, and a deposition gas containing high-purity hydrogen gas as a carrier gas is introduced. The deposition gas contains gaseous components including carbon and boron. When microwaves are applied to the deposition apparatus through which the deposition gas is flowing, a plasma discharge occurs. Carbon radicals are generated from the carbon source in the deposition gas, and the carbon radicals are deposited on the silicon single crystal while maintaining the sp3 structure and incorporating boron, forming a diamond thin film. Unless otherwise specified, the conductive diamonds disclosed herein, particularly boron-doped conductive diamonds, have an sp3 structure. In certain embodiments, the conductive diamonds disclosed herein, particularly boron-doped conductive diamonds, do not have an sp2 structure.

ダイヤモンド薄膜の膜厚は成膜時間の調整により制御することができる。ダイヤモンド薄膜の厚さは、例えば100nm~1mm、1μm~0.1mm、1μm~50μm、2μm~20μm等とすることができる。 The thickness of the diamond thin film can be controlled by adjusting the deposition time. The thickness of the diamond thin film can be, for example, 100 nm to 1 mm, 1 μm to 0.1 mm, 1 μm to 50 μm, or 2 μm to 20 μm.

基板表面へのホウ素ドープダイヤモンドの蒸着処理の条件は基板材料に応じて決定すればよい。一例としてプラズマ出力は500~7000W、例えば3kW~5kWとすることができ、好ましくは5kWとしうる。プラズマ出力がこの範囲であれば、合成が効率よく進行し、副生成物の少ない、品質の高い導電性ダイヤモンド薄膜が形成される。 The conditions for the deposition process of boron-doped diamond onto the substrate surface can be determined according to the substrate material. As an example, the plasma power can be 500 to 7000 W, e.g., 3 kW to 5 kW, and preferably 5 kW. If the plasma power is within this range, synthesis proceeds efficiently, resulting in the formation of a high-quality conductive diamond thin film with few by-products.

BDD電極の製造方法としては、公知のあらゆる手法を用いることができ、CVD手法(ホットフィラメント法を用いるものを含む)の他に、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオン注入法等の方法を用いることもできる。 All known methods can be used to manufacture BDD electrodes, including CVD methods (including those using the hot filament method), as well as vacuum deposition, ion plating, ion implantation, and other methods.

ある実施形態において、BDD電極は、水素終端化又は陰極還元されていてもよい。ある実施形態において、BDD電極は、酸素終端化又は陽極酸化されていてもよい。水素終端化の具体的な方法としては、導電性ダイヤモンド電極を水素雰囲気下でアニーリング(加熱)又は水素プラズマ処理することが挙げられる。陰極還元の具体的な方法としては、例えば、0.1M過塩素酸ナトリウム溶液中で-3Vの電位を5~10分間印加して水素を連続発生させること、などが挙げられる。酸素終端化の具体的な方法としては、前記導電性ダイヤモンド電極を酸素雰囲気下(空気中)でアニーリング(加熱)又は酸素プラズマ処理することが挙げられる。陽極酸化の具体的な方法としては、例えば、0.1M過塩素酸ナトリウム溶液中で+3Vの電位を5~10分間印加して酸素を連続発生させること、などが挙げられる。 In certain embodiments, the BDD electrode may be hydrogen-terminated or cathodically reduced. In certain embodiments, the BDD electrode may be oxygen-terminated or anodized. Specific methods for hydrogen termination include annealing (heating) or hydrogen plasma treatment of the conductive diamond electrode in a hydrogen atmosphere. Specific methods for cathodic reduction include, for example, applying a potential of -3 V in a 0.1 M sodium perchlorate solution for 5 to 10 minutes to continuously generate hydrogen. Specific methods for oxygen termination include annealing (heating) or oxygen plasma treatment of the conductive diamond electrode in an oxygen atmosphere (in air). Specific methods for anodization include, for example, applying a potential of +3 V in a 0.1 M sodium perchlorate solution for 5 to 10 minutes to continuously generate oxygen.

上記の電極は、特開2006-98281号公報、特開2007-139725号公報、特開2011-152324号公報、特開2015-172401号公報、又は特開2018-141220公報等に開示されており、これらの公報の記載に従って作製することができる。 The above electrodes are disclosed in JP 2006-98281 A, JP 2007-139725 A, JP 2011-152324 A, JP 2015-172401 A, JP 2018-141220 A, etc., and can be prepared according to the descriptions in these publications.

本開示の導電性ダイヤモンド電極は、熱伝導率が高く、硬度が高く、化学的に不活性であり、電位窓が広く、バックグラウンド電流が低く、電気化学的安定性に優れている。 The conductive diamond electrodes disclosed herein have high thermal conductivity, high hardness, are chemically inert, have a wide potential window, low background current, and excellent electrochemical stability.

本開示の装置の例を図1に示す。電気化学的測定装置1は、作用電極2、対極3、参照電極4及び制御部6を備えている。装置にサンプル5を加え、作用電極2より電位を印加する。図1では作用電極2はホウ素ドープ導電性ダイヤモンド電極である。対極3は金属電極であり、白金、銀、金、炭素、ステンレス鋼、イリジウム、パラジウム、オスミウム、ロジウム、ルテニウム等を使用しうる。図1では対極3は白金電極である。参照電極4は銀塩化銀電極であり得る。ある実施形態において、制御部は、電位を一定にする手段(ポテンショスタット)を備え得る。ポテンショスタットにより電気化学的測定時に電位を一定に制御し得る。別の実施形態では、制御部は、電流を一定に制御する手段(ガルバノスタット、アンペロスタットともいう)を備え得る。ガルバノスタット等により、電気化学的測定時に電流を一定に制御し得る。 An example of the device disclosed herein is shown in Figure 1. The electrochemical measurement device 1 includes a working electrode 2, a counter electrode 3, a reference electrode 4, and a control unit 6. A sample 5 is added to the device, and a potential is applied via the working electrode 2. In Figure 1, the working electrode 2 is a boron-doped conductive diamond electrode. The counter electrode 3 is a metal electrode, and platinum, silver, gold, carbon, stainless steel, iridium, palladium, osmium, rhodium, ruthenium, etc. may be used. In Figure 1, the counter electrode 3 is a platinum electrode. The reference electrode 4 may be a silver-silver chloride electrode. In certain embodiments, the control unit may include a means for maintaining a constant potential (a potentiostat). The potentiostat can control the potential to a constant value during electrochemical measurement. In another embodiment, the control unit may include a means for controlling the current to a constant value (a galvanostat, also known as an amperostat). The galvanostat or the like can control the current to a constant value during electrochemical measurement.

ある実施形態において、本開示の装置は使用説明書を有しうる。使用説明書は、導電性ダイヤモンド電極により印加する電位、及び電気化学的測定を行う条件を本明細書に記載の条件とする説明を含みうる。本開示の装置は、そのような条件で導電性ダイヤモンド電極での電位印加及び電気化学的測定を行うよう制御するプログラム又は該プログラムを実装するソフトウェアを備え得る。すなわち、ある実施形態において本開示は、導電性ダイヤモンド電極での電位印加及び電気化学的測定を行う制御プログラム又は該プログラムを実装するソフトウェアを提供する。また、ある実施形態において本開示は、導電性ダイヤモンド電極での電位印加及び電気化学的測定を行う制御プログラム又は該プログラムを実装するソフトウェアを備えた、電気化学的測定装置を提供する。ある実施形態において、プログラム又はソフトウェアは、記録媒体に格納され得る。ある実施形態において、プログラム又はソフトウェアは、クラウドアプリケーションであり得る。別の実施形態において、プログラム又はソフトウェアは、クラウド上に格納され、適当な実装手段により、本開示の装置を制御し得る。これらの実施形態においても、当該プログラム又はソフトウェアは、本開示の装置のハードウェア、例えばメモリに一時的に格納され、本開示の装置を制御しうる。したがってこれらの実施形態も、本開示の装置が該プログラム又はソフトウェアを備えている場合に該当するものとする。 In certain embodiments, the device of the present disclosure may include instructions for use. The instructions may include instructions specifying the conditions for applying a potential to the conductive diamond electrode and performing electrochemical measurement as described herein. The device of the present disclosure may include a program or software implementing the program that controls the application of a potential to the conductive diamond electrode and the performance of electrochemical measurement under such conditions. That is, in certain embodiments, the present disclosure provides a control program for applying a potential to the conductive diamond electrode and performing electrochemical measurement, or software implementing the program. In certain embodiments, the present disclosure also provides an electrochemical measurement device equipped with a control program for applying a potential to the conductive diamond electrode and performing electrochemical measurement, or software implementing the program. In certain embodiments, the program or software may be stored on a recording medium. In certain embodiments, the program or software may be a cloud application. In other embodiments, the program or software may be stored on the cloud and control the device of the present disclosure using appropriate implementation means. In these embodiments, the program or software may be temporarily stored in the hardware, for example, memory, of the device of the present disclosure and control the device of the present disclosure. Therefore, these embodiments also apply to cases where the device of the present disclosure includes the program or software.

ある実施形態において、本開示は導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出することができるか否かを決定するスクリーニング方法を提供する。この方法は、
(i)候補薬物を含む尿であって前処理されていない実尿サンプルを用意する工程、
(ii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルについてサイクリックボルタモグラムを取得する工程、
(iii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されておらず、候補薬物を含まない健常者の実尿サンプルについて取得されたサイクリックボルタモグラムを用意する工程、
(iv)前記(ii)のサイクリックボルタモグラムを(iii)のサイクリックボルタモグラムと比較し、(iii)のサイクリックボルタモグラムと比べて(ii)のサイクリックボルタモグラムにおいて識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が尿のサイレント領域に観測されるか否かを確認する工程、並びに
(v)前記の工程(iv)において、(ii)のサイクリックボルタモグラム中に識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が尿のサイレント領域に観測された場合、当該酸化電流及び/又は還元電流が観測された電位を、電気化学的測定を行う電位として決定する工程、
を含み得る。また、尿のサイレント領域として、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲において電気化学的測定を行い得る。
In one embodiment, the present disclosure provides a screening method for determining whether drugs in urine can be detected without pretreatment by electrochemical measurement using a conductive diamond electrode.
(i) providing a real urine sample containing a drug candidate that has not been pretreated;
(ii) obtaining a cyclic voltammogram of the unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode;
(iii) preparing a cyclic voltammogram obtained using a conductive diamond electrode on a real urine sample from a healthy subject that is not pretreated and does not contain a candidate drug;
(iv) comparing the cyclic voltammogram of (ii) with the cyclic voltammogram of (iii) to determine whether or not a discernible oxidation current and/or reduction current of the candidate drug is observed in the silent region of urine in the cyclic voltammogram of (ii) compared with the cyclic voltammogram of (iii);
(v) in the step (iv), when an identifiable oxidation current and/or reduction current of the candidate drug is observed in the silent region of urine in the cyclic voltammogram of (ii), determining the potential at which the oxidation current and/or reduction current is observed as the potential at which electrochemical measurement is performed;
Furthermore, electrochemical measurements can be performed in the silent region of urine in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl).

ある実施形態において、上記のスクリーニング方法は、工程(i)の候補薬物を含む前処理されていない実尿サンプルとして、異なる濃度にて当該候補薬物を含む、複数の実尿サンプルを用意しうる。これらを使用し、種々の各濃度の候補薬物を含む実尿サンプルについて、工程(ii)のサイクリックボルタモグラムを取得し、工程(v)において決定された電気化学的測定を行う電位を印加し、当該印加電位における応答電流を測定することにより検量線を作成し得る。ある実施形態において検量線は、例えば濃度の平方根を応答電流に対してプロットした検量線としてもよく、又は、濃度を応答電流に対してプロットした検量線としてもよいがこれに限らない。さらなる実施形態において、作成された検量線から、当該電気化学的測定方法の検出限界を決定しうる。検出限界が例えば薬物のドーピング検査や臨床検査において要求される検出限界の条件を満たしていれば、これを薬物検査法として採用し得る。 In one embodiment, the above screening method may involve preparing multiple untreated urine samples containing the candidate drug at different concentrations in step (i). Using these samples, a calibration curve may be created by acquiring cyclic voltammograms in step (ii) for the urine samples containing various concentrations of the candidate drug, applying the potential for electrochemical measurement determined in step (v), and measuring the response current at the applied potential. In one embodiment, the calibration curve may be, for example, a calibration curve plotting the square root of concentration against the response current, or a calibration curve plotting concentration against the response current, but is not limited to these. In a further embodiment, the detection limit of the electrochemical measurement method may be determined from the created calibration curve. If the detection limit meets the detection limit requirements required, for example, in drug doping tests or clinical tests, this method may be used as a drug testing method.

ある実施形態において、上記のスクリーニング方法は、候補薬物を還元する第1の電位を決定する工程を含み得る。候補薬物を還元する第1の電位は、サイクリックボルタンメトリの開始電位を例えば0 Vとし、負の方向へ走査させ、サイクリックボルタンメトリ走査範囲の最低電位を変化させること、及び還元電位を印加したときに当該候補薬物の還元物に対応する応答電流ピークが観測されるか否かを確認することにより決定しうる。例えばCV走査範囲の最低電位を-0.5 V、-0.6 V、-0.7 V、-0.8 V、-0.9 V、-1.0 V、-1.1 V、-1.1 V、-1.2 V、-1.3 V、-1.4 V、-1.5 Vなどとし得るがこれに限らない。各CV走査範囲の最低電位のときのサイクリックボルタモグラムを比較し、還元物が生じているか否かを確認し得る。さらに、CVを正の方向へ走査させ、酸化電流のピークの大きさを比較し得る。そして還元物の酸化電流ピークが観測された場合、当該CV走査範囲の最低電位を候補薬物を還元する第1の電位として採用し得る。次いで、候補薬物に第1の電位を印加して還元された候補薬物を上記スクリーニング方法の工程(i)~(v)に供し得る。その際、工程(iv)として、識別可能な候補薬物の酸化電流が尿のサイレント領域に観測されるか否かを確認し得る。また、工程(v)として識別可能な候補薬物の酸化電流が尿のサイレント領域に観測された場合、当該酸化電流が観測された電位を、電気化学的測定を行う電位(前記候補薬物を酸化する第2の電位)とし得る。ただし、第2の電位を印加して行う電気化学的測定は、尿のサイレント領域において行うものとする。なお、候補薬物を還元する第1の電位は、必ずしも尿のサイレント領域内の電位である必要はない。 In certain embodiments, the screening method may include determining a first potential at which the candidate drug is reduced. The first potential at which the candidate drug is reduced may be determined by starting cyclic voltammetry at, for example, 0 V, scanning in the negative direction, varying the minimum potential of the cyclic voltammetry scan range, and confirming whether a response current peak corresponding to the reduction product of the candidate drug is observed when the reduction potential is applied. For example, the minimum potential of the CV scan range may be, but is not limited to, -0.5 V, -0.6 V, -0.7 V, -0.8 V, -0.9 V, -1.0 V, -1.1 V, -1.1 V, -1.2 V, -1.3 V, -1.4 V, or -1.5 V. The cyclic voltammograms at the minimum potential of each CV scan range may be compared to confirm whether a reduction product is produced. Furthermore, the CV may be scanned in the positive direction, and the magnitude of the oxidation current peak may be compared. If an oxidation current peak of the reduced product is observed, the lowest potential in the CV scan range can be used as the first potential for reducing the candidate drug. The first potential can then be applied to the candidate drug, and the reduced candidate drug can be subjected to steps (i) to (v) of the screening method. In this case, step (iv) can be performed to determine whether an oxidation current of an identifiable candidate drug is observed in the silent region of urine. Furthermore, if an oxidation current of an identifiable candidate drug is observed in the silent region of urine in step (v), the potential at which the oxidation current is observed can be used as the potential for electrochemical measurement (the second potential for oxidizing the candidate drug). However, the electrochemical measurement performed by applying the second potential is performed in the silent region of urine. The first potential for reducing the candidate drug does not necessarily have to be a potential within the silent region of urine.

別の実施形態において、上記のスクリーニング方法は、候補薬物を酸化する第1の電位を決定する工程を含み得る。候補薬物を酸化する第1の電位は、サイクリックボルタンメトリの開始電位を例えば0 Vとし、正の方向へ走査させ、サイクリックボルタンメトリ走査範囲の最高電位を変化させること、及び酸化電位を印加したときに当該候補薬物の酸化物に対応する応答電流ピークが観測されるか否かを確認することにより決定しうる。例えばCV走査範囲の最高電位を+0.4 V、+0.5 V、+0.6 V、+0.7 V、+0.8 V、+0.9 V、+1.0 V、+1.1 V、+1.1 V、+1.2 V、+1.3 V、+1.4 V、+1.5 Vなどとし得るがこれに限らない。各CV走査範囲の最高電位のときのサイクリックボルタモグラムを比較し、酸化物が生じているか否かを確認し得る。さらに、CVを正の方向へ走査させ、還元電流のピークの大きさを比較し得る。そして酸化物の還元電流ピークが観測された場合、当該CV走査範囲の最高電位を候補薬物を酸化する第1の電位として採用し得る。次いで、候補薬物に第1の電位を印加して酸化された候補薬物を上記スクリーニング方法の工程(i)~(v)に供し得る。その際、工程(iv)として、識別可能な候補薬物の還元電流が尿のサイレント領域に観測されるか否かを確認し得る。また、工程(v)として識別可能な候補薬物の還元電流が尿のサイレント領域に観測された場合、当該還元電流が観測された電位を、電気化学的測定を行う電位(前記候補薬物を還元する第2の電位)とし得る。ただし、第2の電位を印加して行う電気化学的測定は、尿のサイレント領域において行うものとする。なお、候補薬物を酸化する第1の電位は、必ずしも尿のサイレント領域内の電位である必要はない。 In another embodiment, the screening method may include determining a first potential at which the candidate drug is oxidized. The first potential at which the candidate drug is oxidized may be determined by starting cyclic voltammetry at, for example, 0 V, scanning in a positive direction, varying the maximum potential of the cyclic voltammetry scan range, and confirming whether a response current peak corresponding to the oxidized form of the candidate drug is observed when the oxidizing potential is applied. For example, the maximum potential of the CV scan range may be +0.4 V, +0.5 V, +0.6 V, +0.7 V, +0.8 V, +0.9 V, +1.0 V, +1.1 V, +1.1 V, +1.2 V, +1.3 V, +1.4 V, or +1.5 V, but is not limited to this. The cyclic voltammograms at the maximum potentials of each CV scan range may be compared to confirm whether an oxidized form is formed. Furthermore, the CV may be scanned in a positive direction, and the magnitude of the reduction current peak may be compared. If a reduction current peak of the oxidant is observed, the highest potential in the CV scan range can be used as the first potential for oxidizing the candidate drug. The first potential can then be applied to the candidate drug, and the oxidized candidate drug can be subjected to steps (i) to (v) of the screening method. In this case, step (iv) can be performed to determine whether a reduction current of an identifiable candidate drug is observed in the silent region of urine. Furthermore, if a reduction current of an identifiable candidate drug is observed in the silent region of urine in step (v), the potential at which the reduction current is observed can be used as the potential for electrochemical measurement (the second potential for reducing the candidate drug). However, the electrochemical measurement performed by applying the second potential is performed in the silent region of urine. The first potential for oxidizing the candidate drug does not necessarily have to be a potential within the silent region of urine.

薬物ドーピングは近年、巧妙化しており、禁止薬物そのものではなく当該禁止薬物に類似する構造を有する誘導体やアナログが使用されることも想定される。また、現在存在しない誘導体やアナログが今後、開発されることも想定される。上記のスクリーニング方法は既存の公知薬物のみならず、それらの同等物や均等物にも適用し得る。均等物には現在存在しないが今後、開発される薬物誘導体やアナログが包含され得る。 Drug doping has become more sophisticated in recent years, and it is expected that derivatives or analogs with structures similar to prohibited drugs will be used instead of the prohibited drugs themselves. It is also expected that derivatives and analogs that do not currently exist will be developed in the future. The above screening method can be applied not only to existing known drugs, but also to their equivalents. Equivalents may include drug derivatives and analogs that do not currently exist but will be developed in the future.

本開示の電気化学的測定方法では尿サンプルの前処理を必要としない。特定の実施形態において、本開示の電気化学的測定方法により、1 mL以下の尿から薬物を直接検出することができる。特定の実施形態において、本開示の電気化学的測定方法により、約2分の測定時間で尿中薬物を検出することができる。 The electrochemical measurement method disclosed herein does not require pretreatment of the urine sample. In certain embodiments, the electrochemical measurement method disclosed herein can directly detect drugs from 1 mL or less of urine. In certain embodiments, the electrochemical measurement method disclosed herein can detect drugs in urine in a measurement time of approximately 2 minutes.

技術常識として、尿中にはアスコルビン酸やタンパク質由来のアミノ酸残基など多数種の夾雑物質が存在することが知られている。また、そうした内因性の夾雑物質のために、これまで尿サンプルを電気化学測定法にそのまま用いることは不可能であるか、およそ実用的ではないと考えられてきた。ところが本開示の方法では、尿サンプルを前処理することなくそのまま尿中の薬物を測定することができる。尿中に異なる酸化還元電位を有する種々の夾雑物質が存在することに鑑みれば、これは非常に驚きである。本開示により安価で簡便な尿中薬物の迅速測定を実現することができ、本開示の方法は例えばドーピングの第一次スクリーニング検査等に使用し得る。 It is common technical knowledge that urine contains many types of contaminants, including ascorbic acid and amino acid residues derived from proteins. Furthermore, due to these endogenous contaminants, it has previously been thought that using urine samples directly in electrochemical assays was impossible or impractical. However, the method disclosed herein makes it possible to measure drugs in urine directly, without pre-treating the urine sample. This is quite surprising, given the presence of various contaminants with different redox potentials in urine. This disclosure makes it possible to realize inexpensive, simple, and rapid measurement of drugs in urine, and the method disclosed herein can be used, for example, in primary screening tests for doping.

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、それらの例により何ら限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples. However, the technical scope of the present invention is not limited in any way by these examples.

[実施例1]
実験方法
試薬
リン酸緩衝液(PB)に用いたリン酸二水素ナトリウムおよびリン酸水素二ナトリウムは和光から購入した。トリアムテレンはSigma-Aldrichから購入した。試薬のさらなる精製は行わなかった。0.1 M PBはpH 6.4に調整し、電解質として用いた。試薬の調製にはDIRECT-Q 3 UV (Merck Millipore Corporation)により精製された超純水 (電気抵抗率:18.2 MΩ cm)を使用した。また、15人分のプール尿サンプル(pH 6.542)はLee BioSolutionsから購入した。解凍後すぐに、孔径0.45 μmのPES(ポリエーテルスルホン)メンブレン(Thermo Fisher Scientific)にて吸引ろ過し、冷蔵保管した。
[Example 1]
Experimental Reagents: Sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate used in phosphate buffer (PB) were purchased from Wako. Triamterene was purchased from Sigma-Aldrich. No further purification of the reagents was performed. 0.1 M PB was adjusted to pH 6.4 and used as the electrolyte. Ultrapure water (electrical resistivity: 18.2 MΩ cm) purified using a DIRECT-Q 3 UV (Merck Millipore Corporation) was used to prepare the reagents. Pooled urine samples (pH 6.542) from 15 individuals were purchased from Lee BioSolutions. Immediately after thawing, the samples were vacuum-filtered through a 0.45 μm pore size PES (polyethersulfone) membrane (Thermo Fisher Scientific) and stored refrigerated.

BDDの成膜
BDD平板電極においては、マイクロ波プラズマ化学気相合成 (Microwave Plasma-assisted Chemical Vapor Deposition, MPCVD) 法により、CVD装置(AsTex社)を用いて、Si〈100〉基板上に成膜した。基板の前処理として、ダイヤモンドパウダーを含む研磨パッド上で10分間研磨し、その後エタノールで5分間超音波洗浄を行い、エタノールを新しいものに替えて、さらに5分間超音波洗浄した。成膜時のマイクロ波の強度は5000 W、成膜時間は4時間とした。炭素源にはアセトン50 mL、トリメチルボラン4 mLを用いて、ホウ素/炭素仕込み比(B/C) 1%のBDDを成膜した。得られたBDDの表面構造はラマン分光装置(Acton SP2500, CORNES Technologies)を用いて評価した。ラマンスペクトルは、波長532 nmの緑色レーザー光を用いて、室温・大気中で測定した。ラマンスペクトルの1332 cm-1に見られるピークはsp3炭素を、500, 1200 cm-1に見られるピークはホウ素を示しており、これによりダイヤモンド構造にホウ素がドープされていることを確認した。また、sp2炭素由来の1500 cm-1付近にピークが見られないことから、BDDの成膜を確認した。また、走査型電子顕微鏡 (Scanning Electron Microscope:SEM) を用いて電極表面のダイヤモンド結晶構造を確認した。これより、粒径5 μm程度の多結晶膜が基板上表面を覆っていることが確認された。さらに作製したBDDを用いてPBSをサイクリックボルタンメトリ(CV)測定し、そのボルタモグラムの波形にて評価した。
BDD deposition
For the BDD planar electrode, a film was deposited on a Si<100> substrate by microwave plasma-assisted chemical vapor deposition (MPCVD) using a CVD system (AsTex). The substrate was pretreated by polishing with a diamond powder-containing polishing pad for 10 minutes, followed by ultrasonic cleaning with ethanol for 5 minutes. The ethanol was replaced with fresh ethanol and ultrasonic cleaning was continued for another 5 minutes. The microwave intensity during deposition was 5000 W, and the deposition time was 4 hours. BDD films were deposited with a boron/carbon ratio (B/C) of 1% using 50 mL of acetone and 4 mL of trimethylborane as carbon sources. The surface structure of the resulting BDD was characterized using a Raman spectrometer (Acton SP2500, CORNES Technologies). Raman spectra were measured at room temperature in air using a green laser beam with a wavelength of 532 nm. The peak at 1332 cm -1 in the Raman spectrum indicates sp3 carbon, and the peaks at 500 and 1200 cm - 1 indicate boron, confirming that the diamond structure is doped with boron. Furthermore, the absence of a peak near 1500 cm-1 due to sp2 carbon confirmed the formation of a BDD film. The diamond crystal structure on the electrode surface was also confirmed using a scanning electron microscope (SEM). This confirmed that a polycrystalline film with a grain size of approximately 5 μm covered the substrate surface. Furthermore, cyclic voltammetry (CV) measurements of PBS were performed using the fabricated BDD, and the waveform of the voltammogram was evaluated.

電気化学測定
測定は全て室温(約25 ℃)で行った。電気化学実験において、サイクリックボルタンメトリー(CV)、およびクロノアンペロメトリー(CA)測定にはポテンショスタット(Autolab)を用いた。使用前に、セル、BDD平板電極は超純水で10分超音波洗浄を行った。測定開始前に、PBS中で0 から+3.0 Vまでの範囲を、走査速度0.5 V s-1のCVで、正方向へ10サイクル走査させることで、電極表面状態を初期化させた。
Electrochemical measurements All measurements were performed at room temperature (approximately 25 °C). In the electrochemical experiments, a potentiostat (Autolab) was used for cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) measurements. Before use, the cell and BDD plate electrode were ultrasonically cleaned in ultrapure water for 10 minutes. Before starting the measurements, the electrode surface state was initialized by scanning CV in PBS from 0 to +3.0 V in the positive direction for 10 cycles at a scan rate of 0.5 V s -1 .

測定対象利尿薬の基礎的な電気化学評価の際の電気化学測定は3電極系セルにより行った(図1)。Ag/AgCl電極は参照極として、白金(Pt)電極は対極として、BDD電極は作用電極として用いた。作用電極はセルの底にシリコンOリング (JISstandard, P-7)を用いて配置した。作用電極の面積は0.363 cm2と見積った。使用した各種利尿薬は、ジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解し、高濃度ストック溶液から希釈系列を調製した。 Electrochemical measurements for the basic electrochemical evaluation of the diuretics to be measured were performed using a three-electrode cell (Figure 1). An Ag/AgCl electrode was used as the reference electrode, a platinum (Pt) electrode as the counter electrode, and a BDD electrode as the working electrode. The working electrode was placed at the bottom of the cell using a silicon O-ring (JIS standard, P-7). The area of the working electrode was estimated to be 0.363 cm2 . The various diuretics used were dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO), and a dilution series was prepared from a highly concentrated stock solution.

電極表面の終端変化
電極表面の終端を変化させる際は、対極にもBDD電極を用いた。その際、対極面積は作用電極面積と等しくなるようにセルを設計した。BDD電極表面の水素終端化は、0.1 M硫酸中で+3.0 Vを+1 μC、-3.5 Vを-5 C印加することで行った。これにより得られたBDDを水素終端BDD(以下、H-BDDと記載することがある)とした。
Termination of the electrode surface When changing the termination of the electrode surface, a BDD electrode was also used as the counter electrode. The cell was designed so that the counter electrode area was equal to the working electrode area. Hydrogen termination of the BDD electrode surface was performed by applying +3.0 V at +1 μC and -3.5 V at -5 C in 0.1 M sulfuric acid. The BDD obtained in this way was called hydrogen-terminated BDD (hereinafter sometimes referred to as H-BDD).

サイクリックボルタンメトリ測定
高濃度利尿薬の電気化学的挙動はCV測定により評価した。開始電位0 Vから走査速度0.1 V s-1で正方向、または負方向へ走査させた。
Cyclic voltammetry measurements The electrochemical behavior of high-concentration diuretics was evaluated by CV measurements, starting from a potential of 0 V and scanning in the positive or negative direction at a scan rate of 0.1 V s −1 .

電位ステップ測定
トリアムテレンの低濃度溶液の測定には、クロノアンペロメトリー(CA)法による電位ステップ測定を用いた。PBを用いた基礎実験では、還元電位(-1.5 V, -2 mC)に続く酸化電位(+0.1 V, 10秒)の2電位をステップさせて、CA測定を行った。尿サンプル中では、還元電位(-1.5 V, -2 mC)とそれに続く酸化電位(+0.2 V, 20秒)との2電位をステップさせて、CA測定を行った。上記のCA測定を用いて還元電位の一定電荷量印加によってトリアムテレンを還元させた後、酸化電位の印加によって、還元物の酸化反応による電流値増大を測定した。CAで得られた、濃度と電流値の関係から、濃度検量線を作成した。
Potential Step Measurements: To measure low-concentration solutions of triamterene, potential step measurements using chronoamperometry (CA) were used. In basic experiments using PB, CA measurements were performed using two potential steps: a reduction potential (-1.5 V, -2 mC) followed by an oxidation potential (+0.1 V, 10 seconds). In urine samples, CA measurements were performed using two potential steps: a reduction potential (-1.5 V, -2 mC) followed by an oxidation potential (+0.2 V, 20 seconds). Using the above CA measurements, triamterene was reduced by applying a constant charge at the reduction potential, and then an oxidation potential was applied to measure the increase in current due to the oxidation reaction of the reduced product. A concentration calibration curve was created from the relationship between concentration and current obtained by CA.

利尿薬の電気化学測定
利尿薬のCV測定結果
ブメタニド
ブメタニドの低電位域における電気化学的挙動をCV測定により評価した。正方向へ電位を走査させたところ、図2のボルタモグラムが得られた。酸化電位+1.0 V付近の酸化電流ピークに加えて、0, +0.2 V付近にも電流ピークが観測された。
Electrochemical Measurement of Diuretics CV Measurement Results for Diuretic Bumetanide The electrochemical behavior of bumetanide in the low potential range was evaluated by CV measurement. When the potential was scanned in the positive direction, the voltammogram shown in Figure 2 was obtained. In addition to an oxidation current peak near the oxidation potential of +1.0 V, current peaks were also observed near 0 and +0.2 V.

フロセミド
フロセミドの低電位域における電気化学的挙動をCV測定により評価した。走査速度0.1 V s-1で負方向へ走査させたときの、0.1 M PB(pH 6.4)中の100 μMフロセミドのサイクリックボルタモグラムを図3に示す。酸化電位+1.0 Vにフロセミドの大きな酸化電流ピークが観測されたが、-0.5 V付近にて、バックグラウンド電流より大きな電流が観察された。
The electrochemical behavior of furosemide at low potentials was evaluated by CV measurements. Figure 3 shows the cyclic voltammogram of 100 μM furosemide in 0.1 M PB (pH 6.4) scanned in the negative direction at a scan rate of 0.1 V s -1 . A large oxidation current peak for furosemide was observed at an oxidation potential of +1.0 V, but a current larger than the background current was observed around -0.5 V.

トリアムテレン
トリアムテレンの低電位域における電気化学的挙動をCV測定により評価した。走査速度0.1 V s-1で負方向へ走査させたときの、0.1 M PB(pH 6.4)中の20 μMトリアムテレンのサイクリックボルタモグラムを図4に示す。酸素還元によると推測される-0.8 V付近の大きな電流ピークのほかに、-1.0 Vに鋭い還元電流ピークが生じた。また、+1.0 V付近の酸化電流ピークに加えて、+0.1 Vに酸化電流ピークが生じた。これより、トリアムテレンは尿中の内因性物質に影響を受けずに、電気化学的挙動を観測できる利尿薬であると判断した。
The electrochemical behavior of triamterene at low potentials was evaluated by CV measurements. Figure 4 shows the cyclic voltammogram of 20 μM triamterene in 0.1 M PB (pH 6.4) scanned negatively at a scan rate of 0.1 V s -1 . In addition to a large current peak near -0.8 V, which is presumably due to oxygen reduction, a sharp reduction current peak appeared at -1.0 V. Furthermore, in addition to an oxidation current peak near +1.0 V, an oxidation current peak appeared at +0.1 V. These results suggest that triamterene is a diuretic whose electrochemical behavior can be observed without being affected by endogenous substances in urine.

トリアムテレンは投与後1時間以内に利尿作用を示す、即効性の経口利尿薬である。以下の表1に、ラットに14C-トリアムテレン2 mg kg-1が皮下投与された場合の尿中、および糞中の未変化体、および代謝物の排泄率(投与量に対する排泄量の割合)を示す(参考文献1)。健常成人6名にトリアムテレン100 mgが1回経口投与されたとき、トリアムテレン、およびその代謝物は、尿中から排泄され、24時間後には投与量のうち35~63%が排泄された。また、トリアムテレン10 mgが静脈内投与された場合には、投与量の4.4%が代謝されることなく排泄されたことが報告されている。さらに、健常成人15名にトリアムテレン200 mgを1回経口投与すると、排泄は2~3時間後にピークに達し、8時間後には投与分の80%が排泄されたことも報告されている(参考文献1)。これらより、トリアムテレンは服用後十分に排泄される利尿薬であり、尿のセンシングによってドーピング違反者の発見が可能であるといえる。 Triamterene is a rapid-acting oral diuretic that exhibits diuretic effects within 1 hour of administration. Table 1 below shows the urinary and fecal excretion rates (ratio of dose to dose) of unchanged triamterene and metabolites in rats following subcutaneous administration of 2 mg kg of 14C -triamterene (Reference 1). Following a single oral dose of 100 mg of triamterene to six healthy adults, triamterene and its metabolites were excreted in urine, with 35-63% of the dose excreted within 24 hours. It has also been reported that after intravenous administration of 10 mg of triamterene, 4.4% of the dose was excreted without metabolism. Furthermore, following a single oral dose of 200 mg of triamterene to 15 healthy adults, excretion peaked within 2-3 hours, with 80% of the dose excreted within 8 hours (Reference 1). From these findings, it can be said that triamterene is a diuretic that is sufficiently excreted after administration, and that doping offenders can be detected by urine sensing.

世界アンチドーピング機関 (WADA) は、選手の尿中トリアムテレン濃度が20 ng mL-1(79 nM) を上回った場合、トリアムテレン服用によるドーピング違反を疑う、と規定している。次に、BDDを電気化学センサーとして用い、尿中での低濃度トリアムテレンの検出を行った。 The World Anti-Doping Agency (WADA) has stipulated that athletes with urinary triamterene concentrations above 20 ng mL (79 nM) are considered suspected of doping violations due to triamterene administration. Next, we used the BDD as an electrochemical sensor to detect low concentrations of triamterene in urine.

トリアムテレンの電気化学測定
BDDを用いたCVによるトリアムテレンの反応の検討
トリアムテレン還元物の酸化
トリアムテレンのCV測定により、トリアムテレン還元物の電気化学的挙動を評価した。BDDを用いた0.1 M PB (pH 6.4) 中の100 μMトリアムテレンのサイクリックボルタモグラムを図5に示す。走査電位域は-1.5 Vから+0.5 Vであり、開始電位0 Vから負方向へ走査速度0.1 V s-1で走査を行った。-1.0 V付近の還元電流ピークのほかに、+0.1 Vに酸化電流ピークが生じているのが観測された。濃度0のCV測定では+0.5 V以下の酸化電位域に電流値の増大は見られないことから、この酸化電流ピークはトリアムテレン還元物の酸化反応に由来すると推測された。
Electrochemical measurements of triamterene
The electrochemical behavior of triamterene reduction products was evaluated by CV measurements of triamterene. Figure 5 shows the cyclic voltammograms of 100 μM triamterene in 0.1 M PB (pH 6.4) using BDD. The potential range was from -1.5 V to +0.5 V, and the scan rate was 0.1 V s -1 in the negative direction from a starting potential of 0 V. In addition to a reduction current peak near -1.0 V, an oxidation current peak was observed at +0.1 V. Since no increase in current was observed in the oxidation potential range below +0.5 V in CV measurements at zero concentration, this oxidation current peak is presumed to be due to the oxidation of triamterene reduction products.

トリアムテレンの反応性を調べるため、CV走査範囲の最低電位を変化させて(-0.5, -0.8, -1.0 V) 測定を行った。全ての測定で0 Vを開始電位とし、負の方向へ走査させた。走査範囲が-0.5Vや-0.8V還元電位域側に狭いとき、酸化電流の立ち上がりは生じなかった。一方で-1.0 - +0.5 Vで走査させたとき、トリアムテレン還元物が酸化されて生じる酸化電流の大幅な増加が、+0.1 - +0.2 Vの電位域に観察された(図6)。ここから、トリアムテレン還元物が生じるのは-1.0 Vよりも卑な還元電位印加時であることが分かった。図5より、-1.5 Vまで走査させたときの酸化電流ピークが、-1.0 - +0.5 Vのときの電流ピークよりも大きいことから、-1.0 Vより卑な還元電位印加時に、より顕著な還元物の酸化電流ピークが生じると予測された。以降の実施例では、-1.5 Vを印加することによって、トリアムテレンの還元反応を進行させた。 To investigate the reactivity of triamterene, measurements were performed by varying the minimum potential of the CV scan range (-0.5, -0.8, -1.0 V). All measurements were performed starting at 0 V and scanning in the negative direction. When the scan range was narrower toward the -0.5 or -0.8 V reduction potential region, no rise in oxidation current occurred. On the other hand, when scanning from -1.0 to +0.5 V, a significant increase in oxidation current due to the oxidation of triamterene reduction product was observed in the potential range of +0.1 to +0.2 V (Figure 6). This indicates that triamterene reduction product is produced when a reduction potential less noble than -1.0 V is applied. Figure 5 shows that the oxidation current peak when scanning up to -1.5 V is larger than the current peak when scanning from -1.0 to +0.5 V. This suggests that a more pronounced oxidation current peak of the reduction product would occur when a reduction potential less noble than -1.0 V is applied. In the following examples, the reduction reaction of triamterene was promoted by applying -1.5 V.

電流対走査速度の関係による反応電子数の見積もり
電子授受が十分に速い酸化還元反応を示すボルタモグラムにおいて、以下の関係式が成り立つ(25℃において)。
[式中、Iはピーク電流値 (A)、nは反応電子数、Fはファラデー定数 (s A mol-1)、Aは電極面積、Rは気体定数 (J K-1 mol-1)、vは走査速度 (V s-1)、Dは拡散係数 (cm2 s-1)である。cはトリアムテレン濃度 (mol cm-3) であり、絶対温度Tを298 Kとした。]
Estimation of the number of reaction electrons from the relationship between current and scan rate In a voltammogram showing a redox reaction in which electron transfer is sufficiently fast, the following relationship holds (at 25°C):
[In the formula, I is the peak current value (A), n is the number of reaction electrons, F is the Faraday constant (s A mol -1 ), A is the electrode area, R is the gas constant (JK -1 mol -1 ), v is the scan rate (V s -1 ), and D is the diffusion coefficient (cm 2 s -1 ). c is the triamterene concentration (mol cm -3 ), and the absolute temperature T is 298 K.]

CV走査速度を変化させて(10, 20, 40, 60, 100 mV s-1)測定を行った(図7)。全ての測定で0 Vを開始電位とし、負の方向へ走査させた。酸化電流値と走査速度の平方根は、上記の数式の通り、比例関係を示した (図8)。なお、用いた電極の電極面積Aは0.36cm2であった。 Measurements were performed at different CV scan rates (10, 20, 40, 60, and 100 mV s -1 ) (Figure 7). All measurements were performed starting at 0 V and scanning in the negative direction. The oxidation current and the square root of the scan rate showed a proportional relationship, as shown in the above formula (Figure 8). The electrode area A of the electrode used was 0.36 cm2 .

検量線の傾きから、反応電子数を見積もる。ここで、トリアムテレンの拡散係数Dについて、Stokes-Einsteinの式から算出する。
[式中、kBはボルツマン定数 (J K-1)、ηは粘度 (Pa・s)、rは球体粒子の半径 (m) である。]
The number of reaction electrons is estimated from the slope of the calibration curve. Here, the diffusion coefficient D of triamterene is calculated using the Stokes-Einstein equation.
[where k B is the Boltzmann constant (JK −1 ), η is the viscosity (Pa·s), and r is the radius of the spherical particle (m)]

トリアムテレンはChem3Dを用いて描画し、分子半径r = 6.3×10-10 mと見積もった。純水の粘度ηは文献値8.9×10-4 Pa・sを用いた。これらより、トリアムテレンの拡散係数D = 3.89×10-6 cm2 s-1と算出された。検量線の傾きは0.237 μA s1/2 mV-1/2であり、これらを上記の関係式に代入すると、反応電子数はn = 2.48と求まった。トリアムテレン還元物の酸化メカニズムは2電子酸化と考えられ、この値はこのメカニズムとほぼ一致する。 Triamterene was plotted using Chem3D and the molecular radius r was estimated to be 6.3×10 -10 m. The literature value of 8.9×10 -4 Pa·s was used for the viscosity η of pure water. From these, the diffusion coefficient D of triamterene was calculated to be 3.89×10 -6 cm 2 s -1 . The slope of the calibration curve was 0.237 μA s 1/2 mV -1/2 . Substituting these values into the above equation, the number of reaction electrons n was calculated to be 2.48. The oxidation mechanism of the reduced triamterene is thought to be two-electron oxidation, and this value is nearly consistent with this mechanism.

次にBDDの終端を変化させた場合の反応性の違いを調べた。本実施例では、陰極還元処理を行ったBDD(H-BDD)、及び陽極酸化処理を行ったBDD(O-BDDと記載することがある)を用いて、10 μMトリアムテレンのCV測定を行い、各電極終端状態における反応性を確認した。さらに、シグナル電流値とバックグラウンド電流値の比(S/B比)を、各電極表面状態でそれぞれ求めた。その結果、H-BDDのS/B比は15.83であり、O-BDDのS/B比は2.024であった。表面が水素終端状態であるとき、トリアムテレンはより高感度に測定できることが示された。以降の実施例では、トリアムテレン検出にH-BDDを使用した。 Next, we investigated the difference in reactivity when the BDD termination was changed. In this example, CV measurements of 10 μM triamterene were performed using cathodic reduced BDD (H-BDD) and anodized BDD (sometimes referred to as O-BDD) to confirm the reactivity at each electrode termination state. Furthermore, the ratio of signal current to background current (S/B ratio) was calculated for each electrode surface state. The S/B ratio for H-BDD was 15.83, and the S/B ratio for O-BDD was 2.024. This indicates that triamterene can be measured with higher sensitivity when the surface is hydrogen-terminated. In the following examples, H-BDD was used to detect triamterene.

他の電極を用いた場合
BDD電極と比較するため、ガラス状カーボン(GC)電極(比較例1)、又は白金(Pt)電極(比較例2)を作用電極として、0 Vから負電位方向に-1.5 - 0.5 Vの範囲でCV測定を行った。PBS中で0 Vから正電位方向に-1.0 - 1.0 Vの範囲で、走査速度0.3 V s-1で、CV 20サイクルの電位走査をすることで、電極の表面状態を測定ごとに一定になるようにした。
When using other electrodes
For comparison with the BDD electrode, CV measurements were performed using a glassy carbon (GC) electrode (Comparative Example 1) or a platinum (Pt) electrode (Comparative Example 2) as the working electrode in the negative potential range from 0 V to -1.5 to 0.5 V. The potential scan was performed in PBS in the positive potential range from 0 V to -1.0 to 1.0 V at a scan rate of 0.3 V s for 20 cycles, ensuring that the electrode surface condition remained constant for each measurement.

その結果、CV測定より、還元されたトリアムテレンは、BDD電極では0.0928 V、GC電極では0.0195 V、Pt電極では-0.322 Vで酸化電流ピークを生じた。それぞれの電位において、10 μMトリアムテレンの酸化電流値をバックグラウンド電流値で除したS/B比はBDDが15.83、GCが2.191、及びPtが1.552であった。 As a result, CV measurements showed that reduced triamterene produced an oxidation current peak at 0.0928 V at the BDD electrode, 0.0195 V at the GC electrode, and -0.322 V at the Pt electrode. At each potential, the S/B ratio, calculated by dividing the oxidation current value of 10 μM triamterene by the background current value, was 15.83 for BDD, 2.191 for GC, and 1.552 for Pt.

BDD電極では比較例のGC、Pt電極と比べて、大きなS/B比が得られた。これはBDD電極のバックグラウンド電流が小さいため、また、sp3構造からなるBDDは表面不活性であるので、水への反応性が低いためである。これより、BDDは他の電極と比較して、溶液中でのトリアムテレン検出に適していることが示された。 The BDD electrode exhibited a larger S/B ratio than the comparative GC and Pt electrodes. This is due to the small background current of the BDD electrode and the low reactivity with water due to the surface inertness of the sp3 structure of BDD. This indicates that BDD is more suitable for detecting triamterene in solution than other electrodes.

2段階電位ステップによる基礎実験
トリアムテレン還元物の酸化電流値が濃度依存的に変化することを示すために、トリアムテレンが還元を受ける電位である-1.5 Vを一定値印加し、その後、酸化電流ピークの生じる+0.1 Vを10秒間印加するプロトコルを考案した(図9)。還元電位の印加に際しては、作用電極から水素が発生しても電極自体に印加される電荷量は一定となるように、作用電極に印加される電荷量を一定値-2 mCに定めた。
To demonstrate the concentration-dependent change in the oxidation current of triamterene reduction, we devised a protocol in which a constant potential of -1.5 V, at which triamterene undergoes reduction, was applied, followed by a potential of +0.1 V, at which the oxidation current peaks, for 10 seconds (Figure 9). When applying the reduction potential, the charge applied to the working electrode was fixed at -2 mC so that the charge applied to the electrode itself would remain constant even if hydrogen was generated from the electrode.

還元されたトリアムテレンは酸化電位+0.1 V印加によって酸化された。そのときの酸化電流値の時間変化を図10に示す。酸化電流値は濃度依存に増大した。検量線として、縦軸を酸化電位印加4.5秒後における還元物の酸化電流値、横軸を濃度の平方根として引いた検量線を図11に示す。バックグラウンド電流の標準偏差の3倍の値を検量線の傾きで割った値を2乗することで検出限界 (Limit Of Detection, LOD)を求めた。得られたLODは、3.15 nMであった。検量線は濃度対電流値をプロットすることにより作成することもできる。 The reduced triamterene was oxidized by applying an oxidation potential of +0.1 V. Figure 10 shows the change in oxidation current over time. The oxidation current increased in a concentration-dependent manner. Figure 11 shows a calibration curve, with the vertical axis representing the oxidation current of the reduced product 4.5 seconds after application of the oxidation potential and the horizontal axis representing the square root of the concentration. The detection limit (LOD) was calculated by squaring the value obtained by dividing three times the standard deviation of the background current by the slope of the calibration curve. The LOD obtained was 3.15 nM. A calibration curve can also be created by plotting concentration versus current.

走査速度一定の条件において、数1の関係式より、理論的には濃度と電流値は線形の関係にある。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、トリアムテレン還元物の酸化電流値と濃度の平方根とが良好な比例関係にあるのは、トリアムテレンのBDD電極上における拡散形態やトリアムテレン同士、またはトリアムテレンと溶液中の物質間での相互作用などに関連すると推測される。 At a constant scan rate, theoretically, there is a linear relationship between concentration and current value, as shown in equation 1. While not wishing to be bound by any particular theory, the good proportional relationship between the oxidation current value of triamterene reduction product and the square root of concentration is presumed to be related to the diffusion form of triamterene on the BDD electrode, interactions between triamterenes, or interactions between triamterene and substances in the solution.

尿中でのトリアムテレンの電気化学測定
尿中CV測定
尿中でのトリアムテレンの還元電位域における電気化学的挙動がPB中と同様であるか確認するため、まずCV測定により評価した。尿中濃度0, 10, 25, 50, 75, 100 nMトリアムテレンのサイクリックボルタモグラムを図12に示す。このとき、0.5 Vから-1.5 Vまでの範囲で、0 Vから負方向へ走査速度0.1 V s-1で走査を行った。PB中でのCV測定の際には確認されなかった、-0.4 V付近から立ち上がる還元電流の幅広いピーク、-1.5 Vでの鋭いピークが観測された(図13)。これら電位における電流ピーク高はトリアムテレン濃度によらないことから、尿中成分の還元による電流の立ち上がりであると予想される。次に、PB中での基礎実験と同様、トリアムテレン還元物の酸化による電流値の増大に着目した。尿中では酸化電位0.2 Vにおいて、トリアムテレン濃度依存的に増大する酸化電流が観測された。PB中と尿中でサイクリックボルタモグラムの波形が異なる(図13、図14)。原因は、トリアムテレンを還元して酸化する測定プロトコル中に、尿中に含まれるタンパク質や尿酸、アスコルビン酸、クレアチニン、尿素などの反応の妨害物質となる成分も電気化学反応を起こすためと推測される。
Electrochemical Measurement of Triamterene in Urine: Urinary CV Measurements To confirm whether the electrochemical behavior of triamterene in urine in the reduction potential range is similar to that in PB, we first performed CV measurements. Figure 12 shows cyclic voltammograms of triamterene in urine at concentrations of 0, 10, 25, 50, 75, and 100 nM. The potential was scanned from 0 V to -1.5 V in the negative direction at a scan rate of 0.1 V s -1 . A broad reduction current peak rising near -0.4 V and a sharp peak at -1.5 V, which were not observed in PB, were observed (Figure 13). Because the height of the current peaks at these potentials was independent of triamterene concentration, this is likely due to the reduction of urinary components. Next, as in the basic experiments in PB, we focused on the increase in current due to the oxidation of triamterene reduction products. In urine, an oxidation current was observed that increased in a triamterene concentration-dependent manner at an oxidation potential of 0.2 V. The waveforms of the cyclic voltammograms in PB and urine were different (Figures 13 and 14). This is presumably because, during the measurement protocol that reduces and oxidizes triamterene, components contained in urine that interfere with the reaction, such as proteins, uric acid, ascorbic acid, creatinine, and urea, also undergo electrochemical reactions.

他電極との比較
BDD電極でのサイクリックボルタモグラムと比較するため、ガラス状カーボン(GC)電極 (図15)(比較例)、又は白金(Pt)電極(図16)(比較例)を作用電極とし、0 Vから負電位方向に-1.5~0.5 Vの範囲で尿中のCV測定を行った。BDD電極では他の電極と比較してバックグラウンド電流が小さいことが確認された。
Comparison with other electrodes
To compare with the cyclic voltammogram at the BDD electrode, CV measurements were performed in urine using a glassy carbon (GC) electrode (Fig. 15) (comparison example) or a platinum (Pt) electrode (Fig. 16) (comparison example) as the working electrode, in the negative potential range from 0 V to -1.5 to 0.5 V. It was confirmed that the background current at the BDD electrode was smaller than that at the other electrodes.

次に、尿に10 μMトリアムテレンを溶解させて、GC電極 (図17)(比較例)、又はPt電極 (図18)(比較例)を作用電極として、同様の手順でCV測定した。還元されたトリアムテレンは、BDD電極では0.215 V、GC電極では0.151 V、Pt電極では-0.444 Vで酸化電流ピークを生じた。それぞれの電位における10 μMトリアムテレンの酸化電流値を、バックグラウンド電流値で除したS/B比はBDDが5.005であり、GCが1.904であり、Ptが2.016であった。尿中においても、BDD電極ではGC電極、Pt電極と比べて、大きなS/B比が得られた。 Next, 10 μM triamterene was dissolved in urine, and CV measurements were performed using a GC electrode (Figure 17) (comparison) or a Pt electrode (Figure 18) (comparison) as the working electrode, following the same procedure. Reduced triamterene produced oxidation current peaks at 0.215 V for the BDD electrode, 0.151 V for the GC electrode, and -0.444 V for the Pt electrode. The S/B ratios, calculated by dividing the oxidation current value of 10 μM triamterene at each potential by the background current value, were 5.005 for BDD, 1.904 for GC, and 2.016 for Pt. Even in urine, a larger S/B ratio was obtained with the BDD electrode than with the GC and Pt electrodes.

以上より、尿中測定においても、BDD電極はバックグラウンド電流が小さく、大きなS/B比を示すような高感度な材料であることが示されたため、尿中トリアムテレンセンサーとしてBDD電極の使用は適しているといえる。 From the above, it was demonstrated that the BDD electrode is a highly sensitive material that exhibits a small background current and a large S/B ratio even in urinary measurements, and therefore the BDD electrode is suitable for use as a urinary triamterene sensor.

2段階電位ステップによる尿中測定
トリアムテレン還元物の酸化電流値が濃度依存的に変化することを示すために、トリアムテレンが還元を受ける電位-1.5 Vを一定値印加し、その後、尿中で酸化電流ピークが生じる+0.2 Vを20秒間印加するプロトコルを考案した(図19)。還元電位の印加に際しては、再現性を得るために、作用電極に印加される電荷量を一定値-2 mCに定めた。
To demonstrate the concentration-dependent change in the oxidation current of triamterene reduction, we devised a protocol in which a constant potential of −1.5 V was applied, at which triamterene undergoes reduction, followed by a potential of +0.2 V, at which the oxidation current peak occurs in urine, for 20 seconds (Figure 19). To ensure reproducibility, the charge applied to the working electrode was fixed at −2 mC during the reduction potential application.

還元されたトリアムテレンは、尿中では酸化電位+0.2 V印加によって酸化された。そのときの酸化電流値の時間変化を図20に示す。酸化電流値は濃度依存的に増大した。各濃度3回ずつ試行し、電流値に対する濃度の線形的な変化を検量線にプロットすると、+0.2V印加後2秒~2.5秒における検量線のばらつきが小さかった。縦軸を酸化電位印加2.5秒後における還元物の酸化電流値、横軸を濃度の平方根として引き直した検量線を図21に示す。バックグラウンド電流の標準偏差の3倍の値を検量線の傾きで割った値を2乗することでLODを求めた。得られたLODは7.80 nMであった。なお、濃度対電流値をプロットすることで検量線を作成することもできる。 In urine, reduced triamterene was oxidized by applying an oxidation potential of +0.2 V. Figure 20 shows the time course of the oxidation current. The oxidation current increased in a concentration-dependent manner. Each concentration was tested three times, and the linear change in concentration versus current was plotted on a calibration curve. The calibration curve showed little variation between 2 and 2.5 seconds after application of +0.2 V. Figure 21 shows the calibration curve, redrawn with the vertical axis representing the oxidation current value of the reduced product 2.5 seconds after application of the oxidation potential and the horizontal axis representing the square root of the concentration. The LOD was calculated by dividing three times the standard deviation of the background current by the slope of the calibration curve and squaring the result. The LOD obtained was 7.80 nM. A calibration curve can also be created by plotting concentration versus current.

他の薬物の検出
非特許文献1の40頁のSupplementary Table 2には、BDD電極での種々の化合物の電気化学的測定が報告されている。本発明者らは最近の研究において、ブメタニド及びフロセミドが、-1.5V~+0.5Vの範囲で電気化学的反応を起こすことを確認している。そのため、本開示に従い、印加する電位等を適宜設定しブメタニド及びフロセミドを実尿サンプルから前処理なしにて電気化学的測定により検出し得ると考えられる。また、非特許文献2にはメチルコバラミンの測定報告がある。また、非特許文献3にはアセトアミノフェノン測定の記載があり、+0.4V付近での測定が報告されている。さらに、第93回日本薬理学会年会のセッションID: 93_1-YIA-18(DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.93.0_1-YIA-18)では、ダイヤモンドセンサを用いた血漿中分子標的薬濃度の迅速な測定法が発表され、パゾパニブ測定が報告された。また、第93回日本薬理学会年会のセッションID: 93_1-P-133(DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.93.0_1-P-133)では、ダイヤモンドセンサによる血漿中バンコマイシンの迅速測定が発表された。また、第92回日本薬理学会年会のセッションID: 92_1-P-131(DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.92.0_1-P-131)では、ダイヤモンドセンサによる血漿中の分子標的薬イマチニブの迅速測定が報告された。また、第92回日本薬理学会年会のセッションID: 92_1-P-130(DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.92.0_1-P-130)では、ダイヤモンドセンサを用いた血漿中の分子標的薬の迅速な測定法の開発が発表され、レンバチニブ測定が報告された。これらの化合物も同様に、本開示に従い印加する電位等を適宜設定し、実尿サンプルから前処理なしにて電気化学的測定により検出し得ると考えられる。
Detection of Other Drugs Supplementary Table 2 on page 40 of Non-Patent Document 1 reports the electrochemical measurement of various compounds using a BDD electrode. In recent studies, the inventors have confirmed that bumetanide and furosemide undergo electrochemical reactions in the range of −1.5 V to +0.5 V. Therefore, by appropriately setting the applied potential and other parameters according to the present disclosure, it is believed that bumetanide and furosemide can be detected by electrochemical measurement from actual urine samples without pretreatment. Non-Patent Document 2 also reports the measurement of methylcobalamin. Non-Patent Document 3 also describes the measurement of acetaminophenone, reporting measurements at around +0.4 V. Furthermore, at the 93rd Annual Meeting of the Japanese Pharmacological Society, Session ID: 93_1-YIA-18 (DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.93.0_1-YIA-18), a rapid method for measuring plasma concentrations of molecularly targeted drugs using a diamond sensor was presented, and pazopanib measurement was reported. Furthermore, at the 93rd Annual Meeting of the Japanese Pharmacological Society, Session ID: 93_1-P-133 (DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.93.0_1-P-133), a presentation was given on the rapid measurement of vancomycin in plasma using a diamond sensor.Furthermore, at the 92nd Annual Meeting of the Japanese Pharmacological Society, Session ID: 92_1-P-131 (DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.92.0_1-P-131), a report was given on the rapid measurement of the molecular targeted drug imatinib in plasma using a diamond sensor. Furthermore, at the 92nd Annual Meeting of the Japanese Pharmacological Society, Session ID: 92_1-P-130 (DOI https://doi.org/10.1254/jpssuppl.92.0_1-P-130), the development of a rapid measurement method for molecular targeted drugs in plasma using a diamond sensor was presented, and the measurement of lenvatinib was reported. It is believed that these compounds can also be detected by electrochemical measurement from actual urine samples without pretreatment by appropriately setting the applied potential, etc., according to the present disclosure.

参考文献
1. 大日本住友製薬株式会社, 医薬品インタビューフォーム トリテレン・カプセル50 mg 1-21 (2013).
2. 2019 Anti-Doping Testing Figures Samples Analyzed and Reported by Accredited Laboratories in ADAMS, World Anti-doping Agency 1-28 (2019).
3. A. Nezhadali, M. Mojarrab, Journal of Electroanalytical Chemistry 744, 85-94 (2015).
4. Y. Asahi, M. Tanaka, N. Yamamoto, Chem. Pharm. Bull. 44(5), 1115-1118 (1996).
5. T. A. Ivandini, T. N. Rao, A. Fujishima, Y. Einaga, Anal. Chem. 78, 3467-3471 (2006).
6. E. Popa, H. Notsu, T. Miwa, D. A. Tryk, A. Fujishima, Electrochem. Solid-State Lett. 2(1), 49-51 (1999).
7. K. Asai, T. A. Ivandini, Y. Einaga, Sci. Rep. 6, 32429 (2016).
8. S. Kasahara, K. Natsui, T. Watanabe, Y. Yokota, Y. Kim, S. Iizuka, Y. Tateyama, Y. Einaga, Anal. Chem. 89, 11341-11347 (2017).
9. T. Yano, D.A. Tryk, K. Hashimoto, A. Fujishima, J. Electrochem. Soc. 145(6), 1870-1876 (1998).
10.D. S. Hughes, A. Delori, A. Rehman, W. Jones, Chemistry Central Journal 11(3), 1-19 (2017).
11. M. C. Etter, J. Phys. Chem. 95, 4601-4610 (1991).
12. A. Rehman, A. Delori, D. S. Hughes, W. Jones, IUCrJ 5, 309-324 (2018)
Reference 1. Sumitomo Dainippon Pharma Co., Ltd., Pharmaceutical Interview Form Triterene Capsules 50 mg 1-21 (2013).
2. 2019 Anti-Doping Testing Figures Samples Analyzed and Reported by Accredited Laboratories in ADAMS, World Anti-doping Agency 1-28 (2019).
3. A. Nezhadali, M. Mojarrab, Journal of Electroanalytical Chemistry 744, 85-94 (2015).
4. Y. Asahi, M. Tanaka, N. Yamamoto, Chem. Pharm. Bull. 44(5), 1115-1118 (1996).
5. TA Ivandini, TN Rao, A. Fujishima, Y. Einaga, Anal. Chem. 78, 3467-3471 (2006).
6. E. Popa, H. Notsu, T. Miwa, DA Tryk, A. Fujishima, Electrochem. Solid-State Lett. 2(1), 49-51 (1999).
7. K. Asai, TA Ivandini, Y. Einaga, Sci. Rep. 6, 32429 (2016).
8. S. Kasahara, K. Natsui, T. Watanabe, Y. Yokota, Y. Kim, S. Iizuka, Y. Tateyama, Y. Einaga, Anal. Chem. 89, 11341-11347 (2017).
9. T. Yano, DA Tryk, K. Hashimoto, A. Fujishima, J. Electrochem. Soc. 145(6), 1870-1876 (1998).
10. DS Hughes, A. Delori, A. Rehman, W. Jones, Chemistry Central Journal 11(3), 1-19 (2017).
11. MC Etter, J. Phys. Chem. 95, 4601-4610 (1991).
12. A. Rehman, A. Delori, DS Hughes, W. Jones, IUCrJ 5, 309-324 (2018)

本開示の方法及び装置により、尿サンプルを前処理することなくそのまま薬物を電気化学的に測定することができる。 The disclosed method and device allow for electrochemical measurement of drugs directly from urine samples without pretreatment.

1 電気化学的測定装置
2 作用電極
3 対極
4 参照電極
5 サンプル
6 制御部
7 塩橋
1 Electrochemical measurement device 2 Working electrode 3 Counter electrode 4 Reference electrode 5 Sample 6 Control unit 7 Salt bridge

Claims (8)

導電性ダイヤモンド電極を用いて尿中の薬物を検出する電気化学的測定方法であって、尿が前処理されていない実尿サンプルであり、
i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程、及び、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程、
を含む、前記方法であって、
前記i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程が、
目的の尿中の薬物を還元する第1の電位を印加し、次いで、
還元された前記尿中の薬物を酸化する第2の電位を印加する工程を含み、
前記ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、前記第2の電位を印加したときの薬物の酸化電流を尿のサイレント領域において測定することを含む、前記方法
An electrochemical measurement method for detecting drugs in urine using a conductive diamond electrode, the urine being a real urine sample that has not been pretreated;
i) applying a potential to the untreated real urine sample using a conductive diamond electrode; and
ii) measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine;
The method comprising:
i) applying a potential to a non-pretreated real urine sample using a conductive diamond electrode;
applying a first potential that reduces the drug in the urine of interest; and
applying a second potential to oxidize the reduced drug in the urine;
The method, wherein the step ii) of measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine comprises measuring the oxidation current of the drug in the silent region of urine when the second potential is applied .
尿のサイレント領域として、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲において電気化学的測定を行う、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein electrochemical measurements are performed in the silent region of urine, within a potential range of -1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl). 導電性ダイヤモンド電極を用いて尿中の薬物を検出する電気化学的測定方法であって、尿が前処理されていない実尿サンプルであり、
i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程、及び、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程、
を含む、前記方法であって、
前記i)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程が、
目的の尿中の薬物を酸化する第1の電位を印加し、次いで、
酸化された前記尿中の薬物を還元する第2の電位を印加する工程を含み、
前記ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、前記第2の電位を印加したときの薬物の還元電流を尿のサイレント領域において測定することを含む、前記方法。
An electrochemical measurement method for detecting drugs in urine using a conductive diamond electrode, the urine being a real urine sample that has not been pretreated;
i) applying a potential to the untreated real urine sample using a conductive diamond electrode; and
ii) measuring the oxidation and/or reduction current of the drug in the silent region of urine;
The method comprising:
i) applying a potential to a non-pretreated real urine sample using a conductive diamond electrode;
applying a first potential that oxidizes the drug in the urine of interest; and
applying a second potential that reduces the oxidized drug in the urine;
The method, wherein the step ii) of measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine comprises measuring the reduction current of the drug in the silent region of urine when the second potential is applied.
尿中の薬物がトリアムテレン、ゲンタマイシン、ジヒドロストレプトマイシン、バンコマイシン、セファレキシン、アンピシリン、セフトリアキソン、アモキシシリン、テイコプラニン、リファンピシン、テオフィリン、フロセミド、ブメタニド、塩酸キニーネ、ラモトリギン、カルバマゼピン、トピラマート、ドキソルビシン、パゾパニブ、レンバチニブ、イマチニブ、ノルトリプチリン、アセトアミノフェン、アスコルビン酸、メチルコバラミン、及びシアノコバラミンからなる群より選択される、請求項1~のいずれか1項に記載の方法。 4. The method of claim 1, wherein the drug in the urine is selected from the group consisting of triamterene, gentamicin, dihydrostreptomycin, vancomycin, cephalexin, ampicillin, ceftriaxone, amoxicillin, teicoplanin, rifampicin, theophylline, furosemide, bumetanide, quinine hydrochloride, lamotrigine, carbamazepine, topiramate, doxorubicin, pazopanib, lenvatinib, imatinib, nortriptyline , acetaminophen, ascorbic acid, methylcobalamin, and cyanocobalamin. 尿中の薬物がトリアムテレンであり、
i)トリアムテレンを還元する第1の電位を-1.5Vにて印加し、次いで、還元されたトリアムテレンを酸化する第2の電位を+0.2Vにて印加する工程を含み、
ii)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を尿のサイレント領域において測定する工程が、第2の電位を+0.2Vにて印加したときの酸化電流を測定することを含む、請求項に記載の方法。
The drug in the urine was triamterene,
i) applying a first potential at −1.5 V to reduce triamterene, and then applying a second potential at +0.2 V to oxidize the reduced triamterene;
ii) The method of claim 1 , wherein the step of measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine comprises measuring the oxidation current when a second potential of +0.2 V is applied.
導電性ダイヤモンド電極、対極、及び、参照電極、並びに、
請求項1~のいずれか1項に記載の電気化学的測定方法を実行するプロトコル又はアルゴリズムを実装したソフトウェア又はプログラムを格納した記憶媒体、
を備えてなる、尿中の薬物を検出するための電気化学的測定装置。
A conductive diamond electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and
A storage medium storing software or a program that implements a protocol or algorithm for executing the electrochemical measurement method according to any one of claims 1 to 5 ;
An electrochemical measurement device for detecting drugs in urine, comprising:
導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出することができるか否かを決定するスクリーニング方法であって、
(i)候補薬物を含む尿であって前処理されていない実尿サンプルを用意する工程、
(ii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルについてサイクリックボルタモグラムを取得する工程、
(iii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されておらず、候補薬物を含まない健常者の実尿サンプルについて取得されたサイクリックボルタモグラムを用意する工程、
(iv)前記(ii)のサイクリックボルタモグラムを(iii)のサイクリックボルタモグラムと比較し、(iii)のサイクリックボルタモグラムと比べて(ii)のサイクリックボルタモグラムにおいて識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が尿のサイレント領域に観測されるか否かを確認する工程、並びに
(v)前記の工程(iv)において、(ii)のサイクリックボルタモグラム中に識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲の尿のサイレント領域に観測された場合、当該酸化電流及び/又は還元電流が観測された電位を、電気化学的測定を行う電位として決定する工程、
を含む、前記方法。
A screening method for determining whether a drug in urine can be detected without pretreatment by electrochemical measurement using a conductive diamond electrode, comprising:
(i) providing a real urine sample containing a drug candidate that has not been pretreated;
(ii) obtaining a cyclic voltammogram of the unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode;
(iii) preparing a cyclic voltammogram obtained using a conductive diamond electrode on a real urine sample from a healthy subject that is not pretreated and does not contain a candidate drug;
(iv) comparing the cyclic voltammogram of (ii) with the cyclic voltammogram of (iii) to determine whether or not a discernible oxidation current and/or reduction current of the candidate drug is observed in the silent region of urine in the cyclic voltammogram of (ii) compared with the cyclic voltammogram of (iii);
(v) in the step (iv), when an identifiable oxidation current and/or reduction current of the candidate drug in the cyclic voltammogram of (ii) is observed in the silent region of urine in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl), determining the potential at which the oxidation current and/or reduction current is observed as the potential at which electrochemical measurement is performed;
The method comprising:
導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出することができるか否かを決定するスクリーニング方法を行い、当該スクリーニング方法により決定された電位において電気化学的測定を行う、導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出する方法であって、
前記スクリーニング方法は、
(i)候補薬物を含む尿であって前処理されていない実尿サンプルを用意する工程、
(ii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルについてサイクリックボルタモグラムを取得する工程、
(iii)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前処理されておらず、候補薬物を含まない健常者の実尿サンプルについて取得されたサイクリックボルタモグラムを用意する工程、
(iv)前記(ii)のサイクリックボルタモグラムを(iii)のサイクリックボルタモグラムと比較し、(iii)のサイクリックボルタモグラムと比べて(ii)のサイクリックボルタモグラムにおいて識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が尿のサイレント領域に観測されるか否かを確認する工程、並びに
(v)前記の工程(iv)において、(ii)のサイクリックボルタモグラム中に識別可能な候補薬物の酸化電流及び/又は還元電流が、-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲の尿のサイレント領域に観測された場合、当該酸化電流及び/又は還元電流が観測された電位を、電気化学的測定を行う電位として決定する工程、
を含み、
前記導電性ダイヤモンド電極を用いて電気化学的測定により尿中の薬物を前処理なしに検出する方法は、
1)導電性ダイヤモンド電極を用いて、前記の前処理されていない実尿サンプルに電位を印加する工程、ここで、前記の前処理されていない実尿サンプルに印加する電位は、前記スクリーニング方法の工程(v)において決定された電気化学的測定を行う電位である、及び、
2)薬物の酸化電流及び/又は還元電流を-1.5V~+0.5Vの電位(vs Ag/AgCl)の範囲の尿のサイレント領域において測定する工程、
を含む、前記方法。
A method for detecting drugs in urine by electrochemical measurement without pretreatment using a conductive diamond electrode, comprising: performing a screening method for determining whether or not drugs in urine can be detected by electrochemical measurement without pretreatment using a conductive diamond electrode; and performing electrochemical measurement at a potential determined by the screening method,
The screening method comprises:
(i) providing a real urine sample containing a drug candidate that has not been pretreated;
(ii) obtaining a cyclic voltammogram of the unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode;
(iii) preparing a cyclic voltammogram obtained using a conductive diamond electrode on a real urine sample from a healthy subject that is not pretreated and does not contain a candidate drug;
(iv) comparing the cyclic voltammogram of (ii) with the cyclic voltammogram of (iii) to determine whether or not a discernible oxidation current and/or reduction current of the candidate drug is observed in the silent region of urine in the cyclic voltammogram of (ii) compared with the cyclic voltammogram of (iii);
(v) in the step (iv), when an identifiable oxidation current and/or reduction current of the candidate drug in the cyclic voltammogram of (ii) is observed in the silent region of urine in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl), determining the potential at which the oxidation current and/or reduction current is observed as the potential at which electrochemical measurement is performed;
Including,
The method for detecting drugs in urine by electrochemical measurement using the conductive diamond electrode without pretreatment comprises the steps of:
1) applying a potential to the unpretreated real urine sample using a conductive diamond electrode, wherein the potential applied to the unpretreated real urine sample is the potential at which electrochemical measurements are performed determined in step (v) of the screening method; and
2) measuring the oxidation current and/or reduction current of the drug in the silent region of urine in the potential range of −1.5 V to +0.5 V (vs. Ag/AgCl);
The method comprising:
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007114252A1 (en) 2006-03-29 2007-10-11 Horiba, Ltd. Method for measuring protein
JP2011095152A (en) 2009-10-30 2011-05-12 Ritsumeikan Method and device for electrochemical analysis of body fluid
JP2015518137A (en) 2012-03-13 2015-06-25 エレメント シックス テクノロジーズ リミテッド Synthetic diamond material for electrochemical detection applications
JP2017133935A (en) 2016-01-28 2017-08-03 学校法人慶應義塾 Method and apparatus for measuring residual chlorine
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007114252A1 (en) 2006-03-29 2007-10-11 Horiba, Ltd. Method for measuring protein
JP2011095152A (en) 2009-10-30 2011-05-12 Ritsumeikan Method and device for electrochemical analysis of body fluid
JP2015518137A (en) 2012-03-13 2015-06-25 エレメント シックス テクノロジーズ リミテッド Synthetic diamond material for electrochemical detection applications
JP2017133935A (en) 2016-01-28 2017-08-03 学校法人慶應義塾 Method and apparatus for measuring residual chlorine
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