Thiocarbonyl-based organic materials

Abstract

1장에서는 off-on 방식으로 효과적으로 hypochlorite를 감지하는 coumarin 형광체 기반 probe(CZCN-S)를 합성해 이용하였다. Hypochlorite(OCl-)은 인체 내 방어 시스템에 중요한 역할을 한다. 하지만 조절되지 않은 정도의 OCl-이온의 농도는 여러 질병과 관련된다. 장기간의 OCl- 노출은 피부 손상이나 다른 질병을 야기한다. 따라서 OCl-를 감지하는 센서의 중요성이 대두된다. CZCN-S는 hypochlorite(OCl-)과 반응하여 산화적 desulfurization을 통해 CZCN-O가 되며, Coumarin dye(CZCN-O) 는 ACN에서 우수한 양자수율(ΦPL =0.98)을 보이며 강한 형광을 나타낸다. 반면 CZCN-S에서는 계간전이가 일어나 형광은 거의 완전히 quench된다. 양이온, 음이온, 다른 활성산소종과 비교한 결과 선택성이 있고, 50% ACN 수용액에서 계산된 이 프로브의 검출 한계는 0.17μM로 매우 낮아 sensitivity도 우수하다는 결과를 얻었다. HeLa cell을 이용한 in-vitro 결과에서도 Analyte(OCl-)를 넣은 cell 실험군에서 강한 형광을 띄는 것을 관찰할 수 있었다. 기존 연구에서는 Hg2+와도 반응하여 selectivity가 낮았는데, 이 연구에서는 OCl-와만 특정적으로 반응하여 높은 selectivity를 가지는 프로브로 장점을 가진다. 또, 검출한계가 매우 낮으며, cell incubation도 30분 정도로 짧고 dark toxicity도 낮다. Thiocarbonyl(C=S) 결합을 도입한 광감응제는 브롬이나 아이오딘 같은 중원자를 도입하지 않고도 계간전이를 활발하게 만들어 singlet oxygen을 효과적으로 생성한다. 광역학 치료란 빛 조사 후 물질에서 발생하는 활성산소종을 이용해 암세포를 사멸시키는 치료 방법이다. 활성산소종은 암세포 내의 생체분자들을 산화시켜 세포 사멸을 유도한다. 더불어 형광으로 실시간 모니터링도 가능하다는 장점을 가진다. 본 연구에서는 naphthalimde를 형광체로 하여 BS와 NS를 합성해 실험에 이용했다. BS와 NS는 이중작용을 할 수 있는 물질로, 세포 내 적은 OCl-과도 반응하여 강한 형광을 띄어 세포 내 이미징이 가능했고, blue LED light을 5분간 조사했을 때 우수한 광역학 치료 효과를 보였다. 모두 형광이 quench된 상태지만, mtt assay로 물질을 incubation하고 빛을 조사한 경우와 아닌 경우를 비교했다. 생존한 세포를 염색해 흡광을 측정하여 농도에 따른 사멸 비율을 구했고, 빛을 조사하지 않은 경우에 toxicity도 실험했다. 활성산소종 probe DCFH-DA를 처리해 활성산소종을 발생시키는 것을 confocal imaging을 통해 형광 세기로 확인할 수 있었다. 3장에서는 기존에 알려져 있던 계간 전이 활성화를 통한 광감응제를 응용하여 형광을 띄면서 광역학 치료가 가능한 미토콘드리아-표적 thiobase 기반 광감응제를 디자인하고 합성하여 이용하였다. 특히 양이온을 주로 사용했던 기존의 미토콘드리아 표적 광감응제와 다르게 EWG인 CF3 그룹을 도입해 쿠마린 ring에 +δ 효과를 주어 양이온 없이도 미토콘드리아 표적이 가능하게 했다. 또, 이미징에 유리하게 AIE를 통해 수용액 상에서 형광을 띄면서도 효과적인 광역학 치료 효과를 보이는 특성이 있다. 이를 다양한 방법으로 확인하였고, JC-1과 함께 염색하여 미토콘드리아를 통한 세포 사멸을 유도하는 것을 확인하였다.;Thionation of the carbonyl group has been studied in heavy-atom-free sensitizers. It promotes intersystem crossing through lowering HOMO-LUMO energy gap. This phenomenon is promising in various fields so that thiocarbonyl compounds could be applied in sensors and photodynamic agents. In chapter I, in demand for highly selective, sensitive and bioapplicable hypochlorite probe, thiocoumarin based efficient hypochlorite probe(CZCN-S) was designed and synthesized. By substitution of oxygen to sulfur, significant fluorescence enhancement was observed after the reaction with hypochlorite. In chapter II, thionated NPImidazole derivatives dual-functioning as hypochlorite probes and photodynamic agents were developed. These photosensitizers(BS and NS) provoke triple excited states with high level of singlet oxygen quantum yields. The fluorescence emission of BS and NS were quenched and then with the reaction with hypochlorite, enhancement of the fluorescence was observed. BS and NS showed low dark cytotoxicity and high phototoxicity. One of the limitation of heavy-atom-free photosensitizers was that they were not emissive in solution and restricted states. This could be a hurdle for biomedical applications. In chapter III, a sulfur-substituted coumarin (CMS-2) displaying aggregation-induced emission (AIE) was synthesized and used. Instead of introducing cation, electron-withdrawing group CF3 was included to target mitochondria. By confocal imaging, targeting ability toward mitochondria was confirmed. CMS-2 exhibited excellent PDF efficiency compared with commercial control compound.