Polydiacetylene-Based Chemosensors for the Detection of pH and Amino Alcohols

Abstract

Polydiacetylenes (PDAs) based colorimetric chemosensors for the detection of pH and amino alcohols were designed. In chapter I, the colorimetric sensor for acid and base based on polydiacetylenes, PDA-1 bearing imidazole, PDA-2 bearing triazole were designed. Imidazole- and triazole-derivatives have extensive spectra of interesting because they can be protonated and deprotonated with pKa and form strong hydrogen bonds. when pH was lower than 5.0, the blue-to-red color change of PDA-1 was displayed. And when pH was higher than 11.5, the clear blue-to-red color change of PDA-2 was displayed. This phase transition is monitored by naked eye and UV-visible spectroscopy. By spin-coated PDA-1 on glass, it can detect HCl gas conveniently. In chapter II, the chiral and colorimetric sensor for amino alcohols was designed. The Bis-PDA-Binol exhibits blue color and its color changes to red when it reacts with amino alcohols such as D-, L-phenylglycinol, D-, L-valinol. By using SEM images, we can discriminate D-form of amino alcohols from L-form of these due to square-shaped images of L-form of amino alcohols. Also, UV-visible spectroscopy and Fluorescence spectroscopy experiments were carried out to support the results. ;폴리디아세틸렌(Polydiacetylenes, PDAs) 은 공액 고분자 중 하나로 널리 연구되고 있다. PDAs 는 자기 조립된 디아세틸렌(diacetylene, DA) 단량체에 UV광이나 감마선을 조사하여 손쉽게 중합할 수 있는 공액고분자이다. 이 과정에서 촉매나 개시제가 필요하지 않아, 높은 순도의 고분자를 얻을 수 있다. 이렇게 중합된 PDAs는 수용액에서 막 소포체나 필름 형태를 보여, 바이오센서로의 응용가능성을 가진다. 또한, 외부 자극에 의해 최대 흡수파장 650nm의 청색에서 최대 흡수파장 540nm의 적색으로 확연한 색 변화를 보이며, 이는 맨눈이나 흡광 광도계로 쉽게 관찰할 수 있다. 이러한 색변화와 함께 형광증가 또한 일어난다. 이러한 PDAs의 독특한 특성을 이용하여 온도, 각종 기체, 수분, 탄화수소, 금속 이온, 음이온, 효소, 계면활성제, 박테리아 등을 검출하는 센서들이 발표되었다. 1장에서는 산, 염기 상태를 색 변화로 검출할 수 있는 폴리디아세틸렌 고분자 센서를 개발하였다. 이미다졸 인식자리를 갖는 센서는 염화 수소에 의해 양자화되고, 트라이아졸 인식자리를 갖는 센서는 수산화나트륨에 의해 비양자화되어 각각 파란색에서 빨간색으로 색전이를 한다. 또한, 이 센서가 유리 기판에 스핀 코팅되면 높은 이동성을 가지며, 염화 수소 가스를 육안으로 검출 가능하다는 장점을 가진다. 2장에는 아미노 알코올을 색 변화로 검출할 수 있는 폴리디아세틸렌 센서를 개발하였다. 이 센서가 D,L-페닐글리시놀(phenylglycinol)과 D,L-발리놀(valinol)과 같은 아미노 알코올을 검출하면 파란색에서 빨간색으로 색 변화를 한다. 이 사실은 육안뿐만 아니라 흡광 광도계, 형광 광도계를 이용하여 확인할 수 있다. 또한, 주사전자현미경을 통해 얻은 이미지를 보면, L-페닐글리시놀, L-발리놀에 노출되었을 때만 사각형 모양의 결정구조를 띄기 때문에 D-형태의 아미노 알코올과 L-형태의 아미노 알코올을 구분할 수 있다.