Small-molecule Fluorescent Probes for Detecting and Imaging few Important Biomolecules

Abstract

I장에서는 초분자 화학, 분자 인식, 발광 원리 등을 포함한 기본 개념과 몇 개의 성공적인 생체 분자 형광 센서를 간단히 소개하였다. II장에서는 rhodamine 유도체에 기반한 새로운 종류의 비색계 및 형광 "turn-on" 프로브 개발을 다루었다. 이 프로브는 수소 결합 상호 작용을 통해 adenosine-5’-triphosphate(ATP)를 검출할 수 있다. 프로브 RB-1은 5 mM ATP 첨가시 65 배의 형광 강도 증가를 나타내었고 무색에서 적색으로의 색 변화를 보였다. 또한 프로브 RB-2는 ATP의 존재 하에서 매우 확연한 색 변화 및 형광 방출을 보였다. 또한 이 두 가지의 프로브는 다른 음이온, 금속 이온 및 ADP보다 ATP에 대해 높은 특이성을 나타냈다. 살아있는 Hela 세포에서의 형광 이미징 실험을 통해 RB-2가 세포 투과성을 가지고 있으며 주로 미토콘드리아에 위치한다는 것을 확인하였다. III장에서는 Ma 교수가 제안한 새로운 티로시나제 인식 물질에 영감을 받아 티로시나제 검출을 위한 cyclometalated Pt (II) 복합체를 소개하였다. 이 프로브는 광 조사에 의해 효과적으로 일 중항 산소를 생성하며 초기 반응 속도가 높은 효과적인 프로브이다. IV장에서는 소개한 bis-pyrene 유도체는 엑시머 / 단량체 방출을 조절하는 능력으로 인해 RNA 화학 센서로 합성되었다. 프로브 1은 두 개의 피렌 잔기를 에테르 연결부를 통해 연결시킴으로써 합성되었다. RNA와 반응 하면 pH 7.4의 수용액에서 엑시머가 방출된다. 이 프로브는 생물학적 조건에서 사용하기에 적합하며 RNA만을 특이적으로 표적화 한다. 최종적으로 프로브1을 이용하여 살아있는HeLa 세포에서 RNA를 이미징 하는 것에 성공하였다. V장에서는 Amino substituted naphthalimide 가 새로운 음이온-유도 CO2 화학 센서로 개발되었다.이 프로브는 hydrainecarbothiourea 와 hydrazine carboxylate 그룹을 음이온 인식부로 사용한다. F-의 첨가는 뚜렷한 색 변화 및 형광 "턴 - 오프 (turn-off)"를 유발하고, 이는 CO2 의 첨가에 의해 회복된다. 또한 프로브는 이러한 색 변화뿐만 아니라 Hydrazine carboxylate group을 organo gelator로 사용하여 특별한 sol-gel 전이를 보인다.;In chapter I, from supramolecular chemistry, molecular recognition, the principle of luminescence to several successful biomolecular fluorescence sensors were briefly introducted. In chapter II, a new kind of colorimetric and fluorescence “turn-on” probes based on rhodamine derivatives for adenosine-5’-triphosphate (ATP) detection through hydrogen bond interactions were developed. The probe RB-1 showed a 65-fold fluorescence intensity enhancement and the colorless to pink change upon addition of 5 mM ATP. The probe RB-2 also showed very obvious color change and fluorescence emission with the presence of ATP. And this kind of probes had high specificity towards ATP over other anions, metal ions and other nucleoside polyphosphates except ADP. The live cell imaging experiments in Hela cells indicated that RB-2 has cell permeability and mainly located to mitochondria. In chapter III, inspired by a new tyrosinase-recognition moiety, 3-hydroxybenzyloxy, suggested by professor Ma’s group, a cyclometalated Pt(II) complex with tyrosinase-recognition moiety for tyrosinase detection and generating the singlet oxygen by light irradiation was developed. This probe Pt-tyro with high Michaelis constant (Km = 355 M), high maximum of initial reaction rate (Vmax = 9.17 M min-1) and reasonable singlet oxygen generation ability. In chapter IV, a bis-pyrene derivative was synthesized as RNA chemosensor due to its tunable excimer/ monomer emission. The probe 1 was developed by linking two pyrene moieties through an ether linker. After reacting with total RNA, excimer emission turn on in the 100% aqueous solution of pH 7.4. This probe is suited for biological conditions and is designed to specifically target RNA out of many other biological molecules. Cell imaging of RNA was also successfully performed in HeLa cells. In chapter V, two amino substituted naphthalimides were developed as new anion-induced CO2 selective chemosensors. They contained a hydrazinecarbothiourea and a hydrazinecarboxylate group respectively to serve as an anion recognition site. The addition of F- induced a distinct color change and a fluorescence “turn-off”, which was revived by addition of CO2. The naphthalimide bearing a hydrazinecarboxylate group (NAP-chol2) served as an organo gelator, which showed a unique sol-gel transition as well as color/fluorescent changes with F- and CO2.