The Development of Colorimetric Chemodosimeter and Fluorescent Chemosensors for Thiols

Abstract

In chapter I, a phenolphthalein-based colorimetric probe for the detection of thiophenol (PhSH) was developed. In this work, we investigated the optical properties of the phenolphthalein-based chemosensor, which contained dinitrobenzene group. With PhSH, Probe 1 shows a color change from colorless to pink induced by basic pH condition. Using PhSH and base as inputs and color change by naked eye as an output, Probe 1 can be utilized as an AND logic gate. Therefore, the chemosensor probe 1 is proved as a colorimetric indicator for thiophenol. In chapter II, two coumarin-based fluorescent sensors which are called ORCl and CRCl were developed for cysteine and homocysteine detection. The fluorescence selectivity of these two probes was confirmed by addition of other analytes and the fluorescence sensitivity was varied with the addition of various concentrations of cysteine and homocysteine. ORCl showed large selectivity for Cys and little amount for Hcy. CRCl showed the selectivity for only Cys. The detection limit of ORCl for Cys was 5.9156  10-6 M and that of ORCl for Hcy was 4.6025 10-6 M. The detection limit of CRCl for Cys was 6.6834  10-6 M. Lastly, we carried out and confirmed by the bioimaging in HeLa cells for Cys and Hcy detection with ORCl and CRCl.;1장에서는 싸이오페놀(thiophenol)을 검출하는 페놀프탈레인을 기반으로 하는 색 변환 센서를 개발하였다. 본 연구에서는 광학적 특성을 이용하는 dinitrobenzene 그룹을 포함하는 페놀프탈레인 기반의 색 변환 센서를 소개한다. 다른 싸이올류와는 달리 싸이오페놀에만 선택적인 probe 1은 염기성 용액 조건하에서 무색에서 분홍색으로의 색 변화를 보인다. 필터 페이퍼에의 적용으로 probe 1의 응용가능성 역시 관찰하였다. 또한, 싸이오페놀과 염기성 용액을 두 가지의 입력으로 전제하고 육안으로 관찰 가능한 색 변화라는 출력을 바탕으로, probe 1은 AND 로직 게이트로 설명이 가능하다. 이처럼 본 연구에서는 화학센서인 probe 1이 이러한 결과를 바탕으로 싸이오페놀에 선택적인 지표가 되는 센서임을 증명하였다. 2장에서는 두 개의 쿠마린을 기반으로 하는 형광 화학센서를 개발하였다. ORCl 센서는 시스테인에 반응하며 468nm에서 큰 형광 증대를 보이고, 호모시스테인에도 약간의 선택성을 보였다. 또한, CRCl 센서는 475nm에서 시스테인에만 뛰어난 선택성을 보였다. ORCl의 검출한계는 시스테인에 대해 5.9156 μM, 호모시스테인에 대해 4.6025 μM이고, CRCl의 시스테인에 대한 검출한계는 6.6834 μM이었다. 또한, 반응 메커니즘은 michael addition을 이용한 치환-재배열 반응과 nucleophilic attack 반응을 통해 이중결합을 지닌 알데히드기와 염소가 바이오티올과 반응할 것이라 예상하였다. 마지막으로, 살아있는 세포 내에서의 응용 가능성을 알아보기 위하여 HeLa cell을 통한 두 센서의 시스테인과 호모시스테인에 대한 형광 선택성을 확인하였다.