KR101278542B1 - Water-soluble conjugated polymers and method for selective detection of cysteine using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 술폰산 또는 술폰산염 이온성기의 도입으로 물에 용해되는 특성을 갖는 선형 수용성 공액화 고분자 화합물을 이용하여 화학센서 및 바이오센서로의 응용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 많은 수의 알데하이드 작용기를 고분자 주쇄에 도입하여 알데하이드기와 특정 아미노산의 결합을 바탕으로 화학센서 및 바이오센서로 이용이 가능한 수용성 공액화 고분자 화합물에 관한 것이다. 특히, 아미노산 중에서 시스테인의 선택적인 검출방법에 관한 것이다. The present invention relates to a chemical sensor and a biosensor using a linear water-soluble conjugated polymer compound having a property of dissolving in water by the introduction of sulfonic acid or sulfonate ionic groups, and more particularly, a large number of aldehyde functional groups. The present invention relates to a water-soluble conjugated polymer compound that can be used as a chemical sensor and a biosensor based on the combination of an aldehyde group and a specific amino acid by introducing into a polymer main chain. In particular, it relates to a method for the selective detection of cysteines among amino acids.
스트립센서는 제작 방법에 따라 그 크기 및 물질이 다양하며 고상에서 쉽게 모니터링을 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 특징을 바탕으로 본 발명에서는 여과지를 이용한 스트립센서를 제작하여 시스테인을 보다 쉽고 빠르게 검출하는 방법을 이용하였다.
Strip sensors vary in size and material depending on the manufacturing method and have the advantage of easy monitoring in solid phase. Based on these characteristics, the present invention used a method of making cysteine easier and faster by making a strip sensor using filter paper.
우리의 일상생활에 밀접한 관련을 맺고 있는 고분자는 기존에 인식되어 온 플라스틱, 고무와 같은 범용적인 고분자를 벗어나 유기박막트랜지스터(organic thin film transistor), 유기발광소자(organic light emitting diode), 화학·바이오센서(chemical·biosensor) 등 전자 재료 및 분석화학 등과 같은 특정분야의 응용 재료로 각광 받고 있다(J. H, Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns, A. B. Holmes, Nature 347, 539-541, 1990; C. D. Dimitrakopolous, P. Malenfant, Adv. Mater. 14, 99, 2002; F. Garnier, Acc. Chem. Res. 32, 209-215, 1999; P. Peumans, A. Yakimov, S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 93, 3693-3723, 2003).Polymers that are closely related to our daily lives go beyond conventional polymers such as plastics and rubbers to organic thin film transistors, organic light emitting diodes, and chemical and biotechnology. Electronic materials such as chemical and biosensors, and applied materials in specific fields such as analytical chemistry (J. H, Burroughes, DDC Bradley, AR Brown, RN Marks, K. Mackay, RH Friend, PL Burns, AB) Holmes, Nature 347, 539-541, 1990; CD Dimitrakopolous, P. Malenfant, Adv. Mater. 14, 99, 2002; F. Garnier, Acc. Chem. Res. 32, 209-215, 1999; P. Peumans, A. Yakimov, SR Forrest, J. Appl. Phys. 93, 3693-3723, 2003).
현대 사회를 살아가면서 현대인들은 많은 질병에 노출되어 있다. 그로 인하여 다양한 질병에 대해 신속 정확하게 분석할 필요가 있다. 이러한 분석에는 특정 질병에 선택성이 있는 물질을 이용한 다양한 바이오센서 물질들이 사용되며, 센서의 일반적인 감지 신호는 전기, 저항, 전위차 등의 전기적 성질이나 색채, 형광 등의 광학적 성질을 이용한다. 이중에서 색의 변화 및 형광의 변화는 육안으로 쉽게 판별이 가능하므로 특별한 장비가 없어도 측정이 용이한 방법 중의 하나이다. 특히 색채 및 형광의 변화를 나타내는 센서로는 일반적으로 공액화 고분자의 사용이 두드러지고 있다.Living in modern society, modern people are exposed to many diseases. As a result, there is a need for rapid and accurate analysis of various diseases. In this analysis, various biosensor materials using materials that are selective for a particular disease are used. The general sensing signal of the sensor uses electrical properties such as electricity, resistance, and potential difference, or optical properties such as color and fluorescence. Among these, color change and fluorescence change can be easily identified by the naked eye, so it is one of the easy methods to measure even without special equipment. In particular, as a sensor showing a change in color and fluorescence, the use of conjugated polymers is generally prominent.
분석 화학에 있어 공액화 고분자의 사용은 정성적, 정량적 측면에서 발전을 가져왔다. 그 이유는 공액화 고분자의 기본적 특성이 환경의 변화에 따라 민감한 변화를 가져오기 때문이다. 특히 분자나 이온인식기능을 가진 공액화 고분자가 표적을 인식하여 산화-환원의 전위차, 흡수나 발광 스펙트럼의 변화를 가져오면 센서로서의 응용이 가능하다. 센서로의 다양한 응용 중에서도 색변이 유도체 화합물들을 센서 및 패터닝 구현 등에 사용하는 연구가 진행되고 있다. 최근 화학 및 바이오 분야의 응용을 위한 색변이 및 전기화학적, 또는 광 응답을 통한 이온을 인식할 수 있는 분자들에 대하여 많은 관심이 이루어지고 있는 가운데, 기존의 형광 응답 신호의 변화를 이용한 센서재료는 감지물질 응답특성에 있어서는 뛰어난 응답을 보이지만, 외부로의 형광 응답 신호를 인식하기 위하여 추가로 인식기기가 필요하므로, 최근에는 사용 목적에 맞게 인간의 눈으로 식별이 가능한 색변이 유도체 화합물들이 많이 연구되고 있다(A. P. De silva, H. Q. N. Gunaratne, T. Gunnlaugsson, A. J. M. Huxley, C. P. McCoy, J. T. Rademacher, T. E. Rice, Chem. Rev. 97, 1515-1566, 1997; D. Esteban-Gomez, L. Fabbrizzi, M. Licchelli, J. Org. Chem. 70, 5717-5720, 2005).The use of conjugated polymers in analytical chemistry has evolved qualitatively and quantitatively. The reason is that the basic properties of conjugated polymers bring about a sensitive change according to the change of environment. In particular, if a conjugated polymer having a molecule or ion recognition function recognizes a target and causes a change in the potential difference, absorption, or emission spectrum of redox, it can be applied as a sensor. Among various applications to the sensor, research is being used to use the color-shifting derivative compounds in the implementation of sensors and patterning. Recently, a lot of attention has been paid to molecules capable of recognizing ions through color shifts, electrochemical or optical responses for applications in the chemical and bio fields. Although the response of the sensing material shows an excellent response, an additional recognition device is needed to recognize the fluorescent response signal to the outside. Therefore, a lot of color-shifting compounds that can be identified by the human eye have been studied recently according to the purpose of use. (AP De silva, HQN Gunaratne, T. Gunnlaugsson, AJM Huxley, CP McCoy, JT Rademacher, TE Rice, Chem. Rev. 97, 1515-1566, 1997; D. Esteban-Gomez, L. Fabbrizzi, M. Licchelli , J. Org.Chem. 70, 5717-5720, 2005).
한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0096042호(2010.09.01.), 제10-2010-0098480호(2010.09.07.), 제10-2010-0096041호(2010.09.01.) 및 제10-2010-0044528호(2010.04.30.)에는 벤조싸이아다이아졸 또는 비스싸이에닐벤조싸이아다이아졸을 함유하는 수용성 공액화 고분자 화합물을 이용하여 단백질 중 하나인 라이소자임을 검출하는 바이오센서에 대하여 기재되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0094034호(2010.08.26.)에는 정전기적 자기조립을 이용하여 단백질, 특히 스트렙타비딘을 검출하는 바이오센서에 대하여 기재되어 있다.Meanwhile, Republic of Korea Patent Publication Nos. 10-2010-0096042 (2010.09.01.), 10-2010-0098480 (2010.09.07.), 10-2010-0096041 (2010.09.01.) And 10th -2010-0044528 (April 30, 2010) describes a biosensor that detects lysozyme, which is one of proteins, by using a water-soluble conjugated polymer compound containing benzothiadiazole or bisthienylbenzothiadiazole. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0094034 (2010.08.26.) Describes a biosensor for detecting proteins, particularly streptavidin, using electrostatic self-assembly.
시스테인(cysteine)은 많은 단백질들에 소량으로 존재하는 황 함유 아미노산이다. 시스테인은 20개의 기본 아미노산 중에서 유일하게 싸이올기를 포함하고 있다. 싸이올기는 시스테인이 산화되어 시스틴(cystine)을 형성할 때 산화 환원 반응을 겪는다. 산화 환원에 관여할 수 있는 이 능력 때문에, 시스테인은 항산화 능력을 갖고 있으며, 인간의 대사작용에 있어서 황의 주요한 근원이 된다. 그래서 시스테인은 비필수 아미노산의 분류에 속해있지만, 어린이, 노인, 그리고 특정한 대사장애나, 황의 흡수장애에 걸린 사람들에게는 필수적이다. 그리고 다음과 같은 많은 장점이 있다. 시스테인은 손톱, 피부, 머리카락의 주요 구성성분인 α-케라틴에 존재하고, 콜라겐의 구성성분이며, 피부의 탄력을 유지시켜 준다. 류마티스 관절염 치료에 효과적이며, 킬레이트 능력이 있어 체내에 금속 이온을 제거, 지방 분해와 근육 생성에 관여한다. 반대로 시스테인보다 하나의 알킬기를 더 갖고 있는 호모시스테인(homocysteine)은 농도가 높아지면 혈액 응고를 일으키고 나쁜-콜레스테롤의 산화를 일으켜 동맥에 침전되게 한다. 또한 치매, 신경관 결함, 임신 중 합병증, 염증성 장 질환, 그리고 골다공증을 유발한다. 이러한 특정을 갖는 호모시스테인 또는 시스테인을 검출하기 위하여 쿠마린을 이용한 형광 검출이 보고되었다(R. P. M. Steegerstheunissen, G. H. J. Boers, Trijbels, F. J. M. Trijbels, T. K. A. B. N. Eskes, N. Engl. J. Med. 324, 199-200, 1991; P. M. Ueland, S. E. Vollset, Clin. Chem. 50, 1293-1295, 2004; K. -S. Lee, T. -K. Kim, J. H. Lee, H. -J. Kim, J. I. Hong, Chem. Commun. 6173-6175, 2008; X. Zhang, X. Ren, Q. H. Xu, K. P. Loh, and Z. K. Chen, Org. Lett. 11, 1257-1260, 2009).Cysteine is a sulfur-containing amino acid present in small amounts in many proteins. Cysteine contains only thiol groups among the 20 basic amino acids. The thiol group undergoes a redox reaction when the cysteine is oxidized to form cystine. Because of this ability to be involved in redox, cysteine has antioxidant capacity and is a major source of sulfur in human metabolism. Thus, cysteine belongs to the class of non-essential amino acids, but is essential for children, the elderly, and people with certain metabolic or sulfur absorption disorders. And there are many advantages such as: Cysteine is present in α-keratin, a major component of nails, skin, and hair, a component of collagen, and maintains skin elasticity. It is effective in treating rheumatoid arthritis and has chelating ability to remove metal ions in the body, which is involved in lipolysis and muscle production. Conversely, homocysteine, which has one more alkyl group than cysteine, causes blood coagulation at higher concentrations, causing oxidation of bad-cholesterol and causing it to precipitate in arteries. It also causes dementia, neural tube defects, complications during pregnancy, inflammatory bowel disease, and osteoporosis. Fluorescence detection with coumarin has been reported to detect homocysteine or cysteine with this specificity (RPM Steegerstheunissen, GHJ Boers, Trijbels, FJM Trijbels, TKABN Eskes, N. Engl. J. Med. 324, 199-200, 1991; PM Ueland, SE Vollset, Clin. Chem. 50, 1293-1295, 2004; K.-S. Lee, T.-K. Kim, JH Lee, H.-J. Kim, JI Hong, Chem. Commun. 6173 -6175, 2008; X. Zhang, X. Ren, QH Xu, KP Loh, and ZK Chen, Org.Lett. 11, 1257-1260, 2009).
이처럼 아미노산의 결합 특성을 바탕으로 색변화에 의한 센서로 아미노산을 감지하려는 실험은 저분자와 고분자 물질을 이용하여 많이 시도되었다. 이들은 용액 상태에서 금속이온과 반응할 수 있는 수용기(receptor)를 갖는 색소 화합물이 금속이온과 반응하여 색이나 형광색이 변하고, 다시 아미노산이 첨가됨에 따라 처음에 결합된 금속이온과 아미노산의 반응을 통하여 2차적으로 색소 화합물의 색이나 형광색의 변화를 유도하는 것으로 알려져 있다. 이러한 아미노산의 감지는 대부분 물에서 행해진 것이 아니고, 유기용매 상에서 진행된 것이기 때문에, 응용성이 제한적이게 된다. 또한 물에서 행해지는 경우는 물의 화학적 구조에서 수소에 의한 수소결합이 반응하려 하는 물질에 방해를 하는 경우가 있어 바이오센서로의 활용의 또 다른 어려움으로 작용하고 있다. As described above, experiments to detect amino acids with sensors based on color change based on amino acid binding characteristics have been attempted using low molecular weight and high molecular materials. The pigment compound having a receptor capable of reacting with the metal ion in the solution state reacts with the metal ion to change color or fluorescence color, and as the amino acid is added again, It is known to induce the change of the color and fluorescent color of a pigment compound. The detection of these amino acids is not carried out mostly in water, but in an organic solvent, and therefore the applicability is limited. In addition, when the reaction is performed in water, hydrogen bonding by hydrogen in the chemical structure of water may interfere with a substance to be reacted, which is another difficulty of using as a biosensor.
본 발명자들은 수용액상에서 아미노산 검출이 수소결합 등에 의하여 방해받지 않게 하기 위하여, 종이 등의 기질에 도입된 스트립센서의 역할을 수행하는 선형 공액화 고분자 화합물을 합성하고, 종이의 특성을 이용하여 용액의 흡수를 통해 감지물질과 센서와의 접촉을 더욱 용이하게 하여 빠르고 정확한 검출을 유도하고자 하였다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기의 시스템을 이용하여 고분자와 시스테인과의 반응으로 인한 고분자의 형광 변화를 통하여 시스테인을 검출하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The inventors have synthesized a linear conjugated polymer compound which plays a role of a strip sensor introduced into a substrate such as paper so that amino acid detection in an aqueous solution is not hindered by hydrogen bonding or the like, and absorbs the solution using the characteristics of the paper. Through to facilitate the contact between the sensing material and the sensor to induce a quick and accurate detection. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for detecting cysteine through the fluorescence change of the polymer due to the reaction of the polymer and cysteine using the above system.
또한 본 발명은 아미노산 중에서 시스테인만을 선택적으로 인지하여 색과 형광강도의 변화로써 감지 신호를 나타내는 화학센서 및 바이오센서로의 응용이 가능한 선형 공액화 고분자 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide a linear conjugated polymer compound capable of being applied to a chemical sensor and a biosensor that selectively detects only cysteine among amino acids and shows a detection signal by changing color and fluorescence intensity.
본 발명은 술폰산 또는 술폰산염의 이온성기의 도입으로 친수성이 증진된 스트립센서로서 고상에서의 화학센서 및 바이오센서용 선형 공액화 고분자 화합물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측쇄에 친수성을 부여하기 위한 많은 수의 음이온성기를 가지고 있어 고상에서도 보다 나은 아미노산과의 접촉을 통한 화학센서 및 바이오센서로 이용이 가능한 선형 공액화 고분자 화합물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 선형 공액화 고분자를 이용한 시스테인의 선택적인 검출방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a linear conjugated polymer compound for chemical sensors and biosensors in a solid phase as a strip sensor having improved hydrophilicity by introducing an ionic group of sulfonic acid or sulfonic acid salt. The present invention relates to a linear conjugated polymer compound having an anionic group, which can be used as a chemical sensor and a biosensor through contact with amino acids even in a solid phase. The present invention also relates to a method for the selective detection of cysteines using linear conjugated polymers.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 선형 공액화 고분자 화합물은 술폰산 또는 술폰산염을 공액화 고분자 측쇄에 도입하여 친수성을 증가시켜 종이 등의 기질에 도입된 스트립센서로 작용할 수 있도록 종이 등 기질에 함유된 후에도 친수성이 유지되도록 하였으며, 시스테인과의 반응성을 부여하기 위하여 알데하이드 작용기를 도입한 것을 특징으로 한다. 또한 이전에 연구되어진 고분자와는 다른 형광 변화를 유도하기 위하여 고분자의 주쇄에 벤조싸이아다이아졸 단위를 첨가되었으며, 하기 화학식 1로 표시된다. In the linear conjugated polymer compound of the present invention, sulfonic acid or sulfonate is introduced into the conjugated polymer side chain to increase hydrophilicity so that hydrophilicity is maintained even after it is contained in a substrate such as paper to act as a strip sensor introduced into a substrate such as paper. In order to impart reactivity with cysteine, an aldehyde functional group is introduced. In addition, in order to induce a fluorescence change different from the previously studied polymer, a benzothiazole unit was added to the main chain of the polymer, and is represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
[상기 화학식 1에서, R은 각각 말단에 술폰산 또는 술폰산염이 치환된 직 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기이고, m, n 및 l은 몰분율로, m은 0.01 내지 0.3의 실수이고, n은 0.01 내지 0.1의 실수이며, l은 1 - (m + n)이다.][In Formula 1, R is a linear or branched C1 to C6 alkyl group substituted with sulfonic acid or sulfonate at each terminal, m, n and l are mole fractions, m is a real number of 0.01 to 0.3, and n is A real number from 0.01 to 0.1, where l is 1-(m + n).]
상기 R의 알킬기의 말단은 술폰산 또는 술폰산염으로 치환되어 있으며, R은 각각 메틸, 에틸, i-프로필, n-프로필, i-부틸, n-부틸, t-부틸, n-펜틸, i-펜틸 또는 n-헥실이다.The terminal of the alkyl group of R is substituted with sulfonic acid or sulfonate, R is methyl, ethyl, i-propyl, n-propyl, i-butyl, n-butyl, t-butyl, n-pentyl, i-pentyl, respectively Or n-hexyl.
본 발명에 따른 선형 공액화 고분자 화합물의 분자량은 원칙적으로 제한이 없으나, 수평균 분자량(Mn)으로 3,000 내지 100,000이 바람직하고, 그 용도에 요구되는 특성에 따라 그 범위를 적절히 조절하여 사용할 수 있다.
Although the molecular weight of the linear conjugated polymer compound according to the present invention is not limited in principle, the number average molecular weight (Mn) is preferably 3,000 to 100,000, and the range can be appropriately adjusted according to the characteristics required for the use.
본 발명에서는 시스테인을 보다 쉽고 빠르게 검출하기 위하여 제작 방법에 따라 그 크기 및 물질이 다양하며 고상에서 쉽게 모니터링을 할 수 있는 장점을 가지고 있는 스트립센서를 이용하였다. 본 발명에서는 여과지를 이용한 스트립센서를 제작하여 시스테인을 보다 쉽고 빠르게 검출하였다.In the present invention, in order to detect cysteine more easily and quickly, a strip sensor having an advantage of being easily monitored in a solid phase has a variety of sizes and materials depending on the manufacturing method. In the present invention, the cysteine was detected more easily and quickly by fabricating a strip sensor using filter paper.
본 발명에 따른 화학식 1의 선형 공액화 고분자 화합물 또는 이를 구성 성분으로 하는 화학센서 또는 바이오센서는 고분자 측쇄에 도입된 술폰산 또는 술폰산염으로 인하여 수용성이 부여되거나, 고상에서의 친수성이 증진되었으며, 또한, 알데하이드 작용기의 도입으로 인하여 아미노산, 특히 시스테인과의 반응성이 부여됨으로서, 시스테인을 검출하는데 유용하다. 시스테인의 싸이올기와 본 발명에 따른 화학식 1의 선형 공액화 고분자 화합물 내 알데하이드기의 반응 특성을 이용하여 구조적 변화, 즉 시스테인의 싸이올과 본 발명의 화학식 1의 선형 공액화 고분자 화합물의 알데하이드가 반응하여 싸이아졸리딘의 형성에 의하여, 기존에 유지되던 전자 주개-받개의 구조가 변하게 되면서 그에 따른 고분자의 색 및 형광 변화로 시스테인을 감지할 수 있다.
The linear conjugated polymer compound of Chemical Formula 1 or the chemical sensor or biosensor comprising the same according to the present invention is imparted with water solubility or has improved hydrophilicity in a solid phase due to sulfonic acid or sulfonate introduced into the polymer side chain. The introduction of aldehyde functional groups imparts reactivity with amino acids, in particular cysteine, which is useful for detecting cysteine. The structural change, ie, the reaction between the thiol of cysteine and the linear conjugated polymer compound of Formula 1 of the present invention, by the reaction characteristics of the aldehyde group in the linear conjugated polymer compound of Formula 1 according to the present invention By the formation of the thiazolidine, the structure of the electron donor-retainer previously maintained is changed, and thus cysteine can be detected by the color and fluorescence change of the polymer.
또한 분자 구조 특성상 다수의 알데하이드 작용기를 함유하는 화학식 1의 선형 공액화 고분자 화합물과 감지성능을 비교하기 위한 비교 화합물은 하기 화학식 2로 표시한다. In addition, the comparative compound for comparing the detection performance and the linear conjugated polymer compound of Formula 1 containing a large number of aldehyde functional groups due to the molecular structure characteristics are represented by the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
[상기 화학식 2에서, R은 각각 말단에 술폰산 또는 술폰산염이 치환된 직 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기이고, m, n 및 l은 몰분율로, m은 0.01 내지 0.3의 실수이고, n은 0.01 내지 0.1의 실수이며, l은 1 - (m + n)이다.][In Formula 2, R is a linear or branched C1 to C6 alkyl group substituted with sulfonic acid or sulfonate at each terminal, m, n and l are mole fractions, m is a real number of 0.01 to 0.3, and n is A real number from 0.01 to 0.1, where l is 1-(m + n).]
상기 화학식 2의 알데하이드기를 포함하지 않는 공액화 고분자 화합물 또는 이를 구성 성분으로 하는 화학센서 및 바이오센서 역시 측쇄에 술폰산 또는 술폰산염을 도입하여 정전기적 작용을 이용하였으나, 알데하이드기가 없기 때문에 시스테인과의 반응할 수 없으며, 그에 따른 형광변화를 감지 할 수 없었다.
Conjugated polymer compound containing no aldehyde group of Chemical Formula 2 or a chemical sensor and a biosensor using the same also used sulfonic acid or sulfonate in the side chain to use electrostatic action, but because there is no aldehyde group, it reacts with cysteine. Could not detect the resulting fluorescence change.
이상과 같이 본 발명에 따른 선형 공액화 고분자 화합물 즉, 시스테인과 쉽게 결합할 수 있는 알데하이드기가 다수 도입된 선형 공액화 고분자 화합물은 고상에서 특정 바이오물질에 대한 인지 물질로 사용할 수 있으며, 시스테인에 대한 선택성이 높아서 화학센서 및 바이오센서로 다양하게 사용할 수 있고, 진단, 의학연구, 임상실험, 화학분석 등에 널리 사용될 수 있다.
As described above, the linear conjugated polymer compound according to the present invention, that is, the linear conjugated polymer compound having a large number of aldehyde groups that can be easily combined with cysteine can be used as a recognition material for a specific biomaterial in a solid phase, and has a selectivity for cysteine. Due to its high level, it can be used in various ways as a chemical sensor and a biosensor, and can be widely used for diagnosis, medical research, clinical experiment, and chemical analysis.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the present invention is not limited thereto.
[실시예 1] 알데하이드기를 포함한 선형Example 1 Linear with Aldehyde Group 공액화 고분자 화합물의 제조Preparation of Conjugated Polymer Compound
1,4-다이브로모벤젠-2,5-비스-4-부톡시술폰산염 0.200 g (0.348 mmol)과 1,4-벤젠다이보론산 비스(피나콜) 에스터 0.165 g (0.500 mmol)과 (4-비스(4-브로모페닐)아미노)벤잘데하이드 0.038 g (0.087 mmol)과 4,7-비스(5-브로모싸이오페닐)벤조-2,1,3-싸이아다이아졸 0.016g (0.035mmol), 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.047 g (0.04 mmol)을 습기가 제거된 15 mL의 톨루엔과 8 ml의 2M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고 90 ℃에서 40시간동안 환류하였다. 반응 후 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 결정을 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 고체를 3차 증류수에 녹인 후 삼투막을 이용한 여과로 수평균 분자량이 10,000이상인 수용성 공액화 고분자 화합물을 얻었다. 이를 원소분석 한 결과 l은 0.78 m은 0.19 그리고 n은 0.03의 몰분율을 차지하는 것을 알 수 있었다.0.200 g (0.348 mmol) of 1,4-dibromobenzene-2,5-bis-4-butoxysulfonate and 0.165 g (0.500 mmol) of 1,4-benzenediboronic acid bis (pinacol) ester (4 0.038 g (0.087 mmol) of -bis (4-bromophenyl) amino) benzaldehyde and 0.016 g (0.035) of 4,7-bis (5-bromothiophenyl) benzo-2,1,3-thiadiazole mmol), and 0.047 g (0.04 mmol) of tetrakis (triphenylphosphine) palladium catalyst are dissolved in a mixed solution of dehumidified 15 mL of toluene and 8 ml of 2M K 2 CO 3 for 40 hours at 90 ° C. It was refluxed. After the reaction, the mixture was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate crystals, and the precipitate was filtered. The solid obtained by filtration was dissolved in tertiary distilled water and then filtered using an osmosis membrane to obtain a water-soluble conjugated polymer compound having a number average molecular weight of 10,000 or more. Elemental analysis showed that l is 0.78 m, 0.19, and n occupies 0.03 mole fraction.
1H NMR (300 MHz, DMSO) δ=7.7~6.6(16H, 방향족), 4.2~3.7(8H, 알킬기), 3.2~ 2.8(8H, 알킬기), 2.1~1.6(14H, 알킬기) 9.0~9.5(1H 알데하이드기)ppm
1 H NMR (300 MHz, DMSO) δ = 7.7-6.6 (16H, aromatic), 4.2-3.7 (8H, alkyl), 3.2-2.8 (8H, alkyl), 2.1-1.6 (14H, alkyl) 9.0-9.5 ( 1H aldehyde) ppm
[비교예 1] 알데하이드기를 포함하지 않는 수용성 공액화 고분자 화합물의 제조Comparative Example 1 Preparation of Water-Soluble Conjugated Polymer Compound Without Aldehyde Group
1,4-다이브로모벤젠-2,5-비스-4-부톡시술폰산염 0.200 g (0.348 mmol)과 1,4-벤젠다이보론산 비스(피나콜) 에스터 0.165 g (0.500 mmol)과 N,N-비스(4-브로모페닐)벤젠아민 0.035g (0.087 mmol)과 4,7-비스(5-브로모싸이오페닐)벤조-2,1,3-싸이아다이아졸 0.016g (0.035mmol), 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.047 g (0.04 mmol)을 습기가 제거된 30 mL의 톨루엔과 18 ml의 2M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고 90 ℃에서 48시간동안 환류하였다. 반응 후 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 결정을 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 고체를 3차 증류수에 녹인 후 삼투막을 이용한 여과로 수평균 분자량이 10,000이상인 수용성 공액화 고분자 화합물을 얻었다. 0.200 g (0.348 mmol) of 1,4-dibromobenzene-2,5-bis-4-butoxysulfonate and 0.165 g (0.500 mmol) of 1,4-benzenediboronic acid bis (pinacol) ester and N, 0.035 g (0.087 mmol) of N-bis (4-bromophenyl) benzeneamine and 0.016 g (0.035 mmol) of 4,7-bis (5-bromothiophenyl) benzo-2,1,3-thiadiazole And 0.047 g (0.04 mmol) of tetrakis (triphenylphosphine) palladium catalyst was dissolved in a dehydrated 30 mL of toluene and 18 ml of 2M K 2 CO 3 , and refluxed at 90 ° C. for 48 hours. . After the reaction, the mixture was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate crystals, and the precipitate was filtered. The solid obtained by filtration was dissolved in tertiary distilled water and then filtered using an osmosis membrane to obtain a water-soluble conjugated polymer compound having a number average molecular weight of 10,000 or more.
1H NMR (300 MHz, DMSO) δ=7.7~6.8(16H, 방향족), 4.2~3.7(8H, 알킬기), 3.2~ 2.8(8H, 알킬기), 2.1~1.6(14H, 알킬기) ppm.
1 H NMR (300 MHz, DMSO) δ = 7.7 to 6.8 (16H, aromatic), 4.2 to 3.7 (8H, alkyl group), 3.2 to 2.8 (8H, alkyl group), 2.1 to 1.6 (14H, alkyl group) ppm.
[실험예] 선형 공액화 고분자 화합물의 시스테인 센서로의 성능 평가Experimental Example Evaluation of Linear Conjugated Polymer Compound as a Cysteine Sensor
실시예 1과 비교예 1에 의하여 제조된 공액화 고분자 화합물들의 시스테인에 대한 생화학적 검출 능력을 비교 확인하기 위해, 상기 고분자 화합물을 증류수에 녹여 1 x 10-3M로 만든 용액에 여과지를 침지하여 스트립센서를 만들었다. 실험에 사용된 아미노산은 시스테인을 포함하여 총 19가지가 실험에 사용되었으며, 시스테인을 제외한 나머지 18가지 아미노산의 경우에는 싸이올기를 포함하고 있지 않았다. 아미노산을 1x10-3, 1x10-4, 1x10-5, 1x10-6, 1x10-7, 1x10-8 및 1x10-9 몰농도로 총 7가지 농도가 다른 용액을 만들어, 상기 제조된 스트립센서를 각각 침지시켜 스트립센서의 색 및 형광색 변화를 UV-vis 분광기와 형광광도계를 이용하여 관찰하였다.To compare and confirm the biochemical detection ability of the conjugated polymer compounds prepared in Example 1 and Comparative Example 1 for cysteine, the polymer compound was dissolved in distilled water and immersed in filter paper in a solution made of 1 × 10 -3 M. I made a strip sensor. A total of 19 amino acids including cysteine were used in the experiment, and 18 amino acids except cysteine did not contain a thiol group. Amino acid was prepared in 7 different concentrations of 1x10 -3 , 1x10 -4 , 1x10 -5 , 1x10 -6 , 1x10 -7 , 1x10 -8, and 1x10 -9 molarity, and the immersed strip sensor was prepared. The color and fluorescence color of the strip sensor were observed by using a UV-vis spectrophotometer and a fluorophotometer.
상기 실시예 1의 선형 공액화 고분자 화합물을 포함하는 스트립센서와 비교예 1의 고분자 화합물을 포함하는 스트립센서를 각각 상기 아미노산 용액에 침지시킨 후 건조하여 광학적 특성을 확인한 결과, 각각 다른 형광변화를 나타냄을 관측할 수 있었다. Linear of Example 1 When the strip sensor including the conjugated polymer compound and the strip sensor including the polymer compound of Comparative Example 1 were immersed in the amino acid solution and dried, respectively, and the optical properties were confirmed, it was observed that different fluorescence changes were observed.
형광광도계에 의한 형광을 측정한 결과, 실시예 1의 선형 공액화 고분자 화합물을 포함하는 스트립센서의 경우, 시스테인에 1분간 노출함에 따라 시스테인 첨가 전 고분자의 형광에 비하여 450 nm와 620 nm에서 형광이 증가 하는 것을 확인 할 수 있었으며, 아미노산의 농도가 1 × 10-9M부터 형광이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 아미노산의 농도가 진해질수록 형광 광도는 점차 증가했으며, 아미노산의 농도가 1 × 10-3M일 때, 최대 형광 광도 증가비율이 450nm에서 3배, 620nm에서 5배까지 증가하는 현상을 보였다.. 시스테인을 제외한 나머지 18가지 아미노산(라이신, 알라닌, 티로신, 글리신, 루신, 트립토판, 아스파라긴, 발린, 아스파트산, 아르지닌, 세린, 아이소루신, 트레오닌, 메싸이오닌, 클루타민, 페닐알라닌, 글루탐산 및 히스티딘)의 경우에는 동일 조건에서 측정하였을 때 특별한 형광변화를 관찰할 수 없었다. 이를 바탕으로 본 발명의 선형 공액화 고분자 화합물과 시스테인이 반응하였다는 것을 확인하였다. As a result of measuring the fluorescence by the fluorescence photometer, the strip sensor including the linear conjugated polymer compound of Example 1 exhibited a fluorescence at 450 nm and 620 nm compared to the fluorescence of the polymer before cysteine addition by exposure to cysteine for 1 minute. It was confirmed that the increase, the concentration of fluorescence from the amino acid concentration of 1 × 10 -9 M was confirmed to increase. As the concentration of amino acids increased, the fluorescence intensity gradually increased, and when the concentration of amino acids was 1 × 10 -3 M, the maximum fluorescence intensity increase rate was increased three times at 450 nm and five times at 620 nm. 18 other amino acids except cysteine (lysine, alanine, tyrosine, glycine, leucine, tryptophan, asparagine, valine, aspartic acid, arginine, serine, isoleucine, threonine, methionine, glutamine, phenylalanine, glutamic acid and histidine In the case of), no special fluorescence change was observed under the same conditions. Based on this, it was confirmed that the linear conjugated polymer compound of the present invention and cysteine reacted.
반면, 비교예 1의 공액화 고분자 화합물이 함유된 스트립센서의 경우, 19가지 아미노산 용액에 각각 노출시킨 후 건조하여 광학적 특성을 확인하였지만 시스테인을 포함한 19가지 아미노산에 대하여 형광변화와 같은 광학적 특성은 나타나지 않았다. On the other hand, in the case of the strip sensor containing the conjugated polymer compound of Comparative Example 1, the optical properties were confirmed by drying after exposure to 19 amino acid solutions, but optical properties such as fluorescence change were observed for 19 amino acids including cysteine. Did.
상기 실험예의 결과로 보아, 본 발명의 실시예 1의 선형 공액화 고분자 화합물이 함유된 스트립센서가 비교예 1의 공액화 고분자 화합물이 함유된 스트립센서와는 다르게, 19가지 아미노산 중 시스테인과만 반응하여 형광이 변하였으며, 이는 시스테인의 싸이올과 본 발명의 실시예 1의 선형 공액화 고분자의 알데하이드가 반응하여 싸이아졸리딘이라는 환을 형성하여 기존에 유지되고 있던 전자 주개-받개의 구조가 변하게 되어 형광이 증가하기 때문임을 알 수 있었다.As a result of the experimental example, the strip sensor containing the linear conjugated polymer compound of Example 1 of the present invention, unlike the strip sensor containing the conjugated polymer compound of Comparative Example 1, reacts only with cysteine among 19 amino acids. The fluorescence was changed, and this was caused by the reaction of cysteine thiol with the aldehyde of the linear conjugated polymer of Example 1 of the present invention to form a ring called thiazolidine to change the structure of the electron donor-retainer previously maintained. It was found that the increase in fluorescence.
Claims (6)
[화학식 1]
[상기 화학식 1에서, R은 각각 말단에 술폰산 또는 술폰산염이 치환된 직 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기이고, m, n 및 l은 몰분율로, m은 0.01 내지 0.3의 실수이고, n은 0.01 내지 0.1의 실수이며, l은 1 - (m + n)이다.]
Linear conjugated polymer compound represented by the formula (1).
[Formula 1]
[In Formula 1, R is a linear or branched C1 to C6 alkyl group substituted with sulfonic acid or sulfonate at each terminal, m, n and l are mole fractions, m is a real number of 0.01 to 0.3, and n is A real number from 0.01 to 0.1, where l is 1-(m + n).]
상기 R의 알킬기는 서로 독립적으로 메틸, 에틸, i-프로필, n-프로필, i-부틸, n-부틸, t-부틸, n-펜틸, i-펜틸 또는 n-헥실인 것을 특징으로 하는 선형 공액화 고분자 화합물.
The method of claim 1,
The alkyl group of R is independently a linear ball, characterized in that methyl, ethyl, i-propyl, n-propyl, i-butyl, n-butyl, t-butyl, n-pentyl, i-pentyl or n-hexyl Liquefied high molecular compound.
상기 선형 공액화 고분자 화합물은 수평균 분자량이 3,000 내지 100,000인 것을 특징으로 하는 선형 공액화 고분자 화합물.
The method of claim 1,
The linear conjugated polymer compound has a linear average conjugated polymer compound, characterized in that the number average molecular weight of 3,000 to 100,000.
Strip sensor comprising a linear conjugated polymer compound according to any one of claims 1 to 3.
상기 스트립센서는 형광광도계를 이용한 아미노산의 선택적 검출용인 것을 특징으로 하는 센서.
5. The method of claim 4,
The strip sensor is characterized in that for selective detection of amino acids using a fluorescence photometer.
상기 아미노산은 시스테인인 것을 특징으로 하는 스트립센서.6. The method of claim 5,
The amino acid is a cysteine strip sensor.
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