The development of Fluorescent Chemosensors for Lys, Hcy and Metal ions

Abstract

In chapter I, New Rhodamine hydrazone sensors bearing thiophene group are developed. First one is a selective fluorescent chemodosimeters for Hg^(2+). Second one is a colorimetric chemosensor for Cu^(2+). The fluorescent selectivity for Hg^(2+) was confirmed by large “off-on” enhancement in aqueous-organic media. Both two probes’ significant colorimetric enhancement was observed upon the addition of Cu^(2+). These metal ions induced the change of spectra. From a unique fluorescent rational increase, the detection limit was respectively calculated as 2.58ⅹ10^(-8) for probe 1 and 2.31ⅹ10^(-8) M for probe 2. Finally, those were further applied to the cell-imaging of Hg^(2+) using HeLa cells. In chapter II, The fluorescent chemosensor derived from coumarin was developed to detect Hcy and Cys in aqueous media (pH 7.4, 20 mM HEPES). This described that the probe shows a selective “off-on” fluorescence enhancement with Homocysteine (Hcy) and Cysteine (Cys). Finally, we developed a ratiometric chemosensor toward Hcy, Cys among other amino acids. During its retention time, the target sample’s fluorescent signal increased regularly from the base line. After 2 hours’ response time, we compared with other amino acids’ sample. The fluorescent signals of Hcy and Cys larged about 13-fold and 9-fold, respectively. So, the selectivity and sensitivity are obviously confirmed as a sensor. And then, the probe’s detection limit for Hcy was calculated as 1.70 × 10^(-7)M. In chapter III, We reported a unique fluorescent chemosensor bearing pyrene units which shows different selectivity for Lysine among other amino acids. It is important to discriminate only lysine among other amino acids in living system and it may help in early diagnosis and prevention of such diseases. This new pyrene-based fluorescent probe is a good enhancement to detect only Lysine in PBS (pH 7.4, 10mM) containing 80% dimethyl sulfoxide. To compare other amino acids, a clear bar graph explains that Lysine induced the higher fluorescent change. The signal of Lys-added one is calculated about 11-fold enhancement from a control. From the results, Probe 1 has a large possibility to be developed as a bioavailable Lys-targeting sensor.;1장에서는 수용액 (pH 7.4, 20 mM HEPES) 상에서 수은 이온과 구리이온을 검출할 수 있는 로다민 유도체를 합성하였다. thiophene moiety의 개수가 다른 두 프로브로 수은 이온에 대한 형광과 색 변화, 구리 이온에 대한 색 변화를 선택적으로 볼 수 있었다. 두 프로브는 같은 환경, 동일 양에서 다른 금속 이온과 결합 반응을 하지 않았다. 또한, HeLa cell에 본 형광화학센서와 수은 2가 이온을 배양해 본 이후 뚜렷한 붉은색의 형광이 관찰되었다. 2장에서는 유기용매와 수용액 (pH 7.4, 20 mM HEPES) 상에서 호모시스테인을 검출하여 형광 변화를 나타내는 쿠마린 유도체를 개발하고, 검출 한계 또한 얻을 수 있었다. 시간에 따른 형광 신호가 매우 균일하게 증가하는 그래프를 얻을 수 있었고, 반응은 2시간 내에 완결되었다. 동일 시간 반응 시, 다른 아미노산과의 형광 신호를 비교, 분석한 결과를 토대로, 쿠마린 센서의 세포 내 응용 가능성을 마련하였다. 3장에서는 체내의 pH와 유사한 환경에서, 유기용매와 수용액(PBS, pH7.4) 상에서 라이신 선택성의 센서를 개발하였다. 이 센서는 약 2시간일 때 최대 형광 신호를 보였으며, guest의 당량과 함께 signal에 중요한 영향을 끼치는 것은 반응 시간이었다. 파장 영역 또한 이동하여 푸른색의 형광을 관찰하였다. 반응 시간에 따른 최대 형광 신호를 분석하여 1차 반응 속도 상수를 계산하였으며, 그 값은 0.0563 s^(-1) 이었다.