JP2015218304A - Ratio-type fluorescent probe for intracellular temperature measurement - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorophore-incorporated polyacrylamide fluorescent temperature sensor that is capable of short time quantitative measurement and high time resolution in fluorescence life measurement.SOLUTION: Provided is a temperature-sensitive probe including a copolymer comprising a heat-sensitive unit, cationic unit, and fluorescent unit. The heat-sensitive unit has a repeating structure derived from a monomer represented by formula (a). In the formula (a), R1 is H and C1-3 alkyl; R4 and R5 are independently H and C1-20 alkyl which may have a substituent, or R4 and R5 form a 4 to 8-membered nitrogen-containing heterocyclic ring with the bonded nitrogen atom, and the heterocyclic ring may be substituted by one or more substituent selected from C1-6 alkyl, C1-6 alkoxy, nitro, halogen atom, C1-10 alkylcarbonylamino, and arylcarbonylamino.

Description

本発明は、新規な蛍光性共重合体および当該共重合体を用いた細胞内温度の簡便な測定方法に関する。   The present invention relates to a novel fluorescent copolymer and a simple method for measuring intracellular temperature using the copolymer.

細胞が栄養源を取り込み、代謝によってエネルギーを取り出す過程で生じる多くの化学反応は、温度に大きく依存している。つまり、細胞の数々の機能や反応は、細胞内外の温度によって制御されている、と言える。例えば、温度という物性を利用した研究は、医療研究に多く見られ、がん細胞での異常な熱発生などが報告されている(非特許文献1:Scand. J.Haematol.1986年,第36巻,第353〜357頁)。代謝活性の高いガン細胞と、そうでない正常細胞の識別に、熱発生を用いることが可能である。これを利用して、熱発生をターゲットにした治療法や創薬等の開発も検討されている。   Many chemical reactions that occur as cells take up nutrients and extract energy through metabolism are highly temperature dependent. In other words, it can be said that many functions and reactions of cells are controlled by temperature inside and outside the cells. For example, research utilizing the physical property of temperature is often seen in medical research, and abnormal heat generation in cancer cells has been reported (Non-patent Document 1: Scand. J. Haematol. 1986, 36th). Volume, pages 353-357). Heat generation can be used to distinguish cancer cells with high metabolic activity from normal cells that are not. Utilizing this, development of therapeutic methods and drug discovery targeting heat generation is also being studied.

医療研究のみならず、温度制御による細胞の代謝活性制御技術は、発酵などの微生物を利用した食品業界でも重要である。例えば、酒類醸造においては、酵母から発生する熱量とエタノールの産生量に相関があることが研究されている(非特許文献2:Biotech.Bioeng. 1989年,第34巻,第86〜101頁)。   In addition to medical research, cell metabolic activity control technology by temperature control is important in the food industry using microorganisms such as fermentation. For example, in alcoholic brewing, it has been studied that there is a correlation between the amount of heat generated from yeast and the amount of ethanol produced (Non-patent Document 2: Biotech. Bioeng. 1989, 34, 86-101). .

一方で、温度が生物学的な重要な指標になっていることに加え、細胞内の重要な反応の多くは細胞内で行われているにも関わらず、細胞内の温度を測定しようという試みは非常に少ない。それは細胞レベルでの微小領域の温度測定法が確立されていないことが1つの要因であった。しかしながら、近年の研究で、温度の変化に伴って物性が変化する分子の温度センサーとしての使用が検討され始め(非特許文献3:Photochem.Photobiol.1995年,第62巻,第416〜425頁;非特許文献4:J.Phys.D:Appl.Phys.2004年,第37巻,第2938〜2943頁;非特許文献5:Anal.Chem.2006年,第78巻,第5094〜5101頁;非特許文献6:Appl.Phys.Lett.2005年,第87巻,第201102頁;非特許文献7:Biophys.J.1998年,第74巻,第82〜89頁)、特に最小機能単位を1分子とする高機能な分子温度センサーが開発され、細胞への応用が検討され始めた。   On the other hand, in addition to temperature being an important biological indicator, attempts to measure the temperature inside a cell, even though many of the important reactions in the cell take place inside the cell. Are very few. One factor was the lack of established methods for measuring microregional temperatures at the cellular level. However, recent studies have begun to consider the use of molecules whose physical properties change with changes in temperature as temperature sensors (Non-patent Document 3: Photochem. Photobiol. 1995, Vol. 62, pp. 416-425). Non-Patent Document 4: J. Phys.D: Appl.Phys.2004, 37, 2938-2943; Non-patent Document 5: Anal.Chem. 2006, 78, 5094-5101 Non-Patent Document 6: Appl.Phys.Lett.2005, 87, 20112; Non-patent Document 7: Biophys.J.1998, 74, 82-89), especially the smallest functional unit A highly functional molecular temperature sensor with a single molecule has been developed, and its application to cells has begun to be studied.

分子温度センサーの一例として、感熱性ポリマーであるポリアクリルアミドに環境応答性の蛍光団である2,1,3−ベンゾオキサジアゾリル基を組み込むという原理に基づいた蛍光性温度センサーが既に報告されている(非特許文献8:Anal.Chem.2003年,第75巻,第5926〜5935頁)。この蛍光性温度センサーは、主鎖であるポリアクリルアミドの熱による相転移により、水性溶液中で温度上昇に伴って蛍光強度が増加するという特性を有するため、蛍光強度を測定することにより系中の温度の変化を観測することができる。   As an example of a molecular temperature sensor, a fluorescent temperature sensor based on the principle of incorporating 2,1,3-benzooxadiazolyl group, which is an environmentally responsive fluorophore, into polyacrylamide, which is a thermosensitive polymer, has already been reported. (Non-Patent Document 8: Anal. Chem. 2003, Vol. 75, pages 5926-5935). This fluorescent temperature sensor has the property that the fluorescence intensity increases with increasing temperature in an aqueous solution due to the heat-induced phase transition of polyacrylamide, which is the main chain. Therefore, by measuring the fluorescence intensity, Changes in temperature can be observed.

また、ポリマーの製造時に架橋剤を添加して得られる、蛍光団が組み込まれたポリアクリルアミドのマイクロゲルの、蛍光性温度センサーとしての使用についても報告されている(非特許文献9:J.Mater.Chem.2005年,第15巻,第2796〜2800頁;非特許文献10:J.Am.Chem.Soc.2009年,第131巻,第2766〜2767頁)。さらに、イオン性官能基をポリマー内部に入れ込むことによって、凝集を防ぎ、かつ測定温度範囲を広くすることが可能となることが報告されている(特許文献1:国際公開第2008/029770号)。   In addition, the use of a polyacrylamide microgel incorporating a fluorophore obtained by adding a crosslinking agent during the production of a polymer as a fluorescent temperature sensor has also been reported (Non-Patent Document 9: J. Mater). Chem. 2005, 15, 2796-2800; Non-Patent Document 10: J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2766-2767). Furthermore, it has been reported that by incorporating an ionic functional group into the polymer, aggregation can be prevented and the measurement temperature range can be widened (Patent Document 1: International Publication No. 2008/029770). .

また、感熱性応答部位として用いる主鎖のアクリルアミドの側鎖の構造を変えることにより、水溶液中でセンサーが応答する温度領域を自由に変化できることは既に報告されており(非特許文献11:Anal.Chem.2004年,第76巻,第1793〜1798頁)、測定対象の温度領域に応じて、感熱性応答部位に複数のアクリルアミド分子を使用することも可能であった。   In addition, it has already been reported that the temperature range to which the sensor responds in an aqueous solution can be freely changed by changing the structure of the side chain of the main chain acrylamide used as the thermosensitive response site (Non-Patent Document 11: Anal. Chem. 2004, Vol. 76, pp. 1793 to 1798), it was also possible to use a plurality of acrylamide molecules in the thermosensitive response site depending on the temperature range of the measurement object.

また、より細胞内温度を簡便に測定する技術として、細胞と接触させるだけでセンサーを細胞内に導入することができるカチオン型の蛍光温度センサー(特許文献2:国際公開第2013/094748号)も、報告されている。   In addition, as a technique for more easily measuring the intracellular temperature, a cationic fluorescent temperature sensor (Patent Document 2: International Publication No. 2013/094748) that can introduce the sensor into the cell simply by contacting with the cell is also available. ,It has been reported.

Scand. J.Haematol.1986年,第36巻,第353〜357頁Scand. J. Haematol. 1986, 36, 353-357 Biotech.Bioeng. 1989年,第34巻,第86〜101頁Biotech. Bioeng. 1989, 34, 86-101 Photochem.Photobiol.1995年,第62巻,第416〜425頁Photochem. Photobiol. 1995, 62, 416-425. J.Phys.D:Appl.Phys.2004年,第37巻,第2938〜2943頁J. et al. Phys. D: Appl. Phys. 2004, 37, 2938-2943 Anal.Chem.2006年,第78巻,第5094〜5101頁Anal. Chem. 2006, 78, 5094-5101 Appl.Phys.Lett.2005年,第87巻,第201102頁Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 20112 Biophys.J.1998年,第74巻,第82〜89頁Biophys. J. et al. 1998, 74, 82-89 Anal.Chem.2003年,第75巻,第5926〜5935頁Anal. Chem. 2003, 75, 5926-5935 J.Mater.Chem.2005年,第15巻,第2796〜2800頁J. et al. Mater. Chem. 2005, Vol. 15, pp. 2796-2800 J.Am.Chem.Soc.2009年,第131巻,第2766〜2767頁J. et al. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2766-2767 Anal.Chem.2004年,第76巻,第1793〜1798頁Anal. Chem. 2004, 76, 1793-1798.

国際公開第2008/029770号International Publication No. 2008/029770 国際公開第2013/094748号International Publication No. 2013/094748

蛍光団が組み込まれた直鎖型または架橋型のポリアクリルアミドを利用する蛍光性温度センサーに関して、既に報告されているポリマーは、細胞と混ぜるだけで導入でき、蛍光強度変化から温度変化を定性的に捉えられる利点はあったが、一方で、精度の高い測定を行うにはポリマーの濃度に影響を受けない蛍光寿命測定を行う必要性があった。しかしながら、蛍光寿命測定は、特殊な装置を必要とし、特に細胞を扱うような生物学研究施設には、あまり普及されていないものであるため、汎用的ではなかった。また、蛍光寿命測定は、定量に時間がかかるため、時間分解能が低く、細胞内の速い現象を捉えるのには適していない。   With respect to fluorescent temperature sensors that use linear or cross-linked polyacrylamides with built-in fluorophores, polymers that have already been reported can be introduced simply by mixing with cells. On the other hand, there was a need to perform fluorescence lifetime measurement that is not affected by the polymer concentration in order to perform highly accurate measurement. However, the fluorescence lifetime measurement is not general-purpose because it requires a special device and is not widely used particularly in biological research facilities that handle cells. In addition, since the fluorescence lifetime measurement takes time for quantification, the time resolution is low and it is not suitable for capturing a fast phenomenon in a cell.

さらに言えば、蛍光寿命以外にもセンサーの濃度に依らない測定方法として蛍光強度比による測定が知られているが、一般的には異なる構造の蛍光性ユニットを2つ用いなければいけないことや、採用する2つの蛍光波長に大きな重なりがある場合などは感度が低くなるため、高感度の測定が難しいという現状もあった。   Furthermore, measurement by fluorescence intensity ratio is known as a measurement method that does not depend on the concentration of the sensor other than the fluorescence lifetime, but generally two fluorescent units with different structures must be used, In some cases, such as when there is a large overlap between the two fluorescence wavelengths to be adopted, the sensitivity is low, making it difficult to measure with high sensitivity.

また、より汎用的な測定ということを追求すれば、1つの励起波長で2蛍光色素が同時に励起されることが望ましく、例えば、Caイオン測定で用いられるFura−2のような2波長励起1波長蛍光検出型のようなレシオ型測定方法もあるが、同時に多波長励起する顕微鏡や光度計、あるいはプレートリーダーのような機器は高価であり、利用が限られる。   Further, if pursuing a more general measurement, it is desirable that two fluorescent dyes are simultaneously excited at one excitation wavelength. For example, two wavelengths excitation one wavelength such as Fura-2 used in Ca ion measurement There is also a ratio type measurement method such as a fluorescence detection type, but instruments such as a microscope, a photometer, or a plate reader that simultaneously excite multiple wavelengths are expensive and their use is limited.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を進めたところ、従来アクリルアミド型の蛍光性温度センサーで用いていた2,1,3−ベンゾオキサジアゾリル基と同じ波長で励起可能で、かつ2,1,3−ベンゾオキサジアゾリル基とは異なる蛍光波長を示す新たな蛍光性ユニットを追加してポリマー鎖に組み入れることで、2つの蛍光色素由来の蛍光強度比をとることにより、精度良く、かつ簡便に細胞内の温度を測定できることを見出した。さらに、本共重合体を用いることで、細胞内の温度分布を可視化し、定量することも可能で、これらの計測は一般的な蛍光顕微鏡でも充分計測可能な簡便な手法であることも明らかにした。本発明はこれら知見に基づくものである。   As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors can excite at the same wavelength as the 2,1,3-benzooxadiazolyl group conventionally used in acrylamide type fluorescent temperature sensors. In addition, by adding a new fluorescent unit having a fluorescence wavelength different from that of the 2,1,3-benzooxadiazolyl group and incorporating it into the polymer chain, the fluorescence intensity ratio derived from the two fluorescent dyes is taken, It has been found that the intracellular temperature can be measured accurately and easily. Furthermore, by using this copolymer, it is possible to visualize and quantify the temperature distribution in the cell, and it is clear that these measurements are simple methods that can be measured well with a general fluorescence microscope. did. The present invention is based on these findings.

すなわち、本発明の第一の側面によれば、感熱性ユニット、カチオン性ユニットおよび蛍光性ユニットを含む共重合体を含んでなる温度感受性プローブであって、
相互に異なる最大蛍光波長を有する第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットを含んでなり、
感熱性ユニットが、以下の式(a):
[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
およびRは、独立に、水素原子およびC1−20アルキルから選択され、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、C1−6アルコキシ、およびアリールから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく、またはRおよびRはそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成し、ここで当該ヘテロ環は、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ニトロ、ハロゲン原子、C1−10アルキルカルボニルアミノおよびアリールカルボニルアミノから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい]
で表される1種または2種以上のモノマーに由来する1種または2種以上の繰り返し構造であり、
カチオン性ユニットが、以下の式(b):
[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
Wは、芳香環または−X−C(=O)−(ここで、Qに直接結合するのはXである)であり;
は、O、S、またはN−R11であり;
11は、水素原子、C1−6アルキル、または−Q−Yであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
は、独立に、C1−20アルキレン、C3−20アルケニレン、またはC3−20アルキニレンから選択され、ここで前記アルキレンは、1以上の個所において、O、S、−O−P(=O)(−OH)−O−またはフェニレンが独立に挿入されていてもよく;
Yは、独立に、1以上の正電荷を有しうるイオン性官能基であって、−N212223 、−C(=NR41)−NR4243、および下式:
により表される基から選択され;
およびX はカウンターアニオンであり;
21、R22、およびR23は、独立に、C1−10アルキル、およびC7−14アラルキルから選択され、またはR21およびR22は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよく;
24は、C1−10アルキル、またはC7−14アラルキルであり;
41、R42およびR43は、独立に、水素原子およびC1−10アルキルから選択され、またはR41およびR42は、それぞれが結合する窒素原子および炭素原子と一緒になって、2つの窒素原子を含む5〜7員ヘテロ環を形成してもよく、またはR42およびR43は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよい]
で表される1種または2種以上のモノマーに由来する1種または2種以上の繰り返し構造である、温度感受性プローブが提供される。
That is, according to the first aspect of the present invention, a temperature-sensitive probe comprising a copolymer comprising a thermosensitive unit, a cationic unit, and a fluorescent unit,
Comprising a first fluorescent unit and a second fluorescent unit having different maximum fluorescence wavelengths from each other;
The thermosensitive unit has the following formula (a):
Wherein R 1 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
R 4 and R 5 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-20 alkyl, wherein the alkyl is substituted with one or more substituents selected from hydroxy, C 1-6 alkoxy, and aryl Or R 4 and R 5 together with the nitrogen atom to which they are attached form a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle, where the heterocycle is C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, nitro, halogen atom, optionally substituted by one or more substituents selected from C 1-10 alkylcarbonylamino and arylcarbonylamino]
Is one or two or more repeating structures derived from one or more monomers represented by:
The cationic unit is represented by the following formula (b):
[Wherein R 2 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
W is an aromatic ring or —X 1 —C (═O) — (where X 1 is directly attached to Q 1 );
X 1 is O, S, or N—R 11 ;
R 11 is a hydrogen atom, C 1-6 alkyl, or —Q 1 -Y, wherein the alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkyl Optionally substituted by one or more substituents selected from sulfinyl, and C 1-6 alkylsulfonyl;
Q 1 is independently selected from C 1-20 alkylene, C 3-20 alkenylene, or C 3-20 alkynylene, wherein the alkylene is O, S, —O—P () at one or more points. ═O) (— OH) —O— or phenylene may be independently inserted;
Y is independently an ionic functional group that may have one or more positive charges, and is —N + R 21 R 22 R 23 X e , —C (═NR 41 ) —NR 42 R 43 , and The following formula:
Selected from the group represented by
X e and X f are counter anions;
R 21 , R 22 , and R 23 are independently selected from C 1-10 alkyl and C 7-14 aralkyl, or R 21 and R 22 together with the nitrogen atom to which A 7-membered nitrogen-containing heterocycle may be formed;
R 24 is C 1-10 alkyl, or C 7-14 aralkyl;
R 41 , R 42 and R 43 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-10 alkyl, or R 41 and R 42 together with the nitrogen and carbon atoms to which each is attached, nitrogen atom may form a 5- to 7-membered heterocyclic ring containing or R 42 and R 43, together with the nitrogen atom to which they are attached may form a 5- to 7-membered nitrogen-containing heterocycle]
A temperature-sensitive probe is provided that is one or more repeating structures derived from one or more monomers represented by:

さらに、本発明の第二の側面によれば、細胞内の温度を測定する方法が提供され、該方法は、(a)本発明の第一の側面による温度感受性プローブを溶媒中で細胞と混合することにより、該温度感受性プローブを細胞内に導入する工程、(b)励起光照射下、第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットのそれぞれに由来する蛍光の強度を測定する工程、および(c)測定された2つの蛍光強度の比を算出する工程を含む。   Furthermore, according to the second aspect of the present invention, there is provided a method for measuring the temperature in a cell, the method comprising (a) mixing a temperature sensitive probe according to the first aspect of the present invention with a cell in a solvent. A step of introducing the temperature-sensitive probe into the cell, (b) a step of measuring the intensity of fluorescence derived from each of the first fluorescent unit and the second fluorescent unit under irradiation with excitation light, And (c) calculating a ratio of the two measured fluorescence intensities.

本発明の温度感受性プローブによれば、高い精度で、簡便かつ短時間に細胞内の温度を測定することが可能となる。さらに、本発明の温度感受性プローブによれば、細胞内の温度分布を可視化し、定量することも可能である。さらに、これらの温度測定には特殊な機器は必要とされず、一般的な蛍光顕微鏡でも充分に計測を行うことができる。また、本発明の温度感受性プローブは、共重合体中のカチオン性基の存在により、特殊な方法を使わずとも細胞内に入り込むため、細胞内の温度を測定する蛍光温度センサーとして好適に使用することができる。よって、本発明は、酵母等の微生物、動物細胞、植物細胞など、多種多様な細胞に応用できる。また、本発明の温度感受性プローブによれば、共重合体の濃度に依存しない、より正確な温度測定を行うことが可能である。   According to the temperature sensitive probe of the present invention, it is possible to measure the temperature in a cell easily and in a short time with high accuracy. Furthermore, according to the temperature sensitive probe of the present invention, the temperature distribution in the cell can be visualized and quantified. In addition, no special equipment is required for these temperature measurements, and even a general fluorescent microscope can be sufficiently measured. The temperature-sensitive probe of the present invention can be suitably used as a fluorescent temperature sensor for measuring the temperature in the cell because it enters the cell without using a special method due to the presence of the cationic group in the copolymer. be able to. Therefore, the present invention can be applied to a wide variety of cells such as microorganisms such as yeast, animal cells, and plant cells. Moreover, according to the temperature sensitive probe of the present invention, it is possible to perform more accurate temperature measurement independent of the copolymer concentration.

化合物2の150mM塩化カリウム水溶液中での蛍光スペクトルの変化(0.01w/v%、励起波長458nm)を25℃(点線)、40℃(実線)、55℃(太線)の各温度で示した一例である。Changes in the fluorescence spectrum of Compound 2 in a 150 mM potassium chloride aqueous solution (0.01 w / v%, excitation wavelength 458 nm) are shown at each temperature of 25 ° C. (dotted line), 40 ° C. (solid line), and 55 ° C. (thick line). It is an example. 化合物1〜4(黒丸:化合物1、黒菱形:化合物2、白三角:化合物3、白丸:化合物4)の150mM塩化カリウム水溶液中での蛍光強度比(580nm/515nm)の感熱応答性試験結果(0.01w/v%、励起波長458nm)の一例である。Thermal response test results of fluorescence intensity ratios (580 nm / 515 nm) of compounds 1 to 4 (black circle: compound 1, black rhombus: compound 2, white triangle: compound 3, white circle: compound 4) in a 150 mM potassium chloride aqueous solution ( 0.01 w / v%, excitation wavelength 458 nm). 化合物1、5、6(黒丸:化合物1、白四角:化合物5、黒四角:化合物6)の150mM塩化カリウム水溶液中での蛍光強度比(580nm/515nm)の感熱応答性試験結果(0.01w/v%、励起波長458nm)の一例である。Thermal sensitivity test result of compound 1, 5, 6 (black circle: compound 1, white square: compound 5, black square: compound 6) in a fluorescence intensity ratio (580 nm / 515 nm) in a 150 mM potassium chloride aqueous solution (0.01 w / V%, excitation wavelength 458 nm). 化合物1、7、8(黒丸:化合物1、)の150mM塩化カリウム水溶液中での蛍光強度比(580nm/515nm)の感熱応答性試験結果(0.01w/v%、励起波長458nm)の一例である。Example of thermal response test results (0.01 w / v%, excitation wavelength 458 nm) of fluorescence intensity ratio (580 nm / 515 nm) in 150 mM potassium chloride aqueous solution of compounds 1, 7, 8 (black circle: compound 1) is there. pH6および9の150mM塩化カリウム水溶液中における化合物1(いずれも0.01w/v%、励起波長458nm、)の感熱応答性試験(黒三角:pH6、白丸:pH7、白四角:pH9)の一例である。In an example of a thermal sensitivity test (black triangle: pH 6, white circle: pH 7, white square: pH 9) of compound 1 (both 0.01 w / v%, excitation wavelength 458 nm) in 150 mM potassium chloride aqueous solution at pH 6 and 9. is there. 125、150および175mM塩化カリウム水溶液中における化合物1(いずれも0.01w/v%、励起波長458nm、蛍光強度比(580nm/515nm))の感熱応答性試験の結果(黒三角:175mM KCl中、白四角:150mM KCl中、黒丸:125mM KClを示す)の一例である。Results of thermal response test of Compound 1 (all 0.01 w / v%, excitation wavelength 458 nm, fluorescence intensity ratio (580 nm / 515 nm)) in 125, 150 and 175 mM potassium chloride aqueous solution (black triangle: in 175 mM KCl, White square: 150 mM KCl, black circle: 125 mM KCl). 化合物1〜9をそれぞれ5%グルコース溶液中でMOLT−4 (ヒト急性リンパ芽球性白血病T細胞)と混合(25℃、10分)し、顕微鏡で観察(励起光:473nm、蛍光:500nm〜600nm)を行った写真の一例である。Compounds 1 to 9 were mixed with MOLT-4 (human acute lymphoblastic leukemia T cells) in a 5% glucose solution (25 ° C., 10 minutes) and observed with a microscope (excitation light: 473 nm, fluorescence: 500 nm to It is an example of the photograph which performed 600 nm. MOLT−4 (ヒト急性リンパ芽球性白血病T細胞)細胞中の化合物1の蛍光強度比(580nm/515nm)の感熱応答性試験の結果の一例である。It is an example of the result of the thermal sensitivity test of the fluorescence intensity ratio (580 nm / 515 nm) of the compound 1 in MOLT-4 (human acute lymphoblastic leukemia T cell) cells. MOLT−4 (ヒト急性リンパ芽球性白血病T細胞)細胞中の化合物1の蛍光強度比(580nm/515nm)の感熱応答性試験から算出した温度分解能の結果の一例である。It is an example of the result of the temperature resolution computed from the thermosensitive response test of the fluorescence intensity ratio (580 nm / 515 nm) of the compound 1 in a MOLT-4 (human acute lymphoblastic leukemia T cell) cell. MOLT−4 (ヒト急性リンパ芽球性白血病T細胞)細胞中の前化合物9の蛍光強度比(560nm/580nm)の感熱応答性試験結果と、そのグラフから算出した温度分解能の結果の一例である。It is an example of the thermal resolution test result of the fluorescence intensity ratio (560 nm / 580 nm) of the pre-compound 9 in MOLT-4 (human acute lymphoblastic leukemia T cell) cells, and the result of the temperature resolution calculated from the graph. . 化合物1をHEK293T(ヒト由来胎児腎細胞)細胞に導入し、共焦点レーザー顕微鏡で観察し(励起波長473nm)、蛍光波長490−530nmの蛍光像(P1)と蛍光波長570−610nmの蛍光像(P2)の比をとることにより得られた蛍光像(P2/P1)の一例である。Compound 1 was introduced into HEK293T (human-derived fetal kidney cells) cells, and observed with a confocal laser microscope (excitation wavelength: 473 nm). A fluorescence image (P1) with a fluorescence wavelength of 490-530 nm and a fluorescence image with a fluorescence wavelength of 570-610 nm ( It is an example of the fluorescence image (P2 / P1) obtained by taking the ratio of P2). 図11の細胞の一部の断面図(左図の黒線部分)を、横軸:黒線左端からの距離、縦軸:レシオ像の白黒値(強度)として表した図の一例である。FIG. 12 is an example of a cross-sectional view of a part of the cell in FIG. 11 (black line part in the left figure) as a horizontal axis: distance from the left end of the black line, and a vertical axis: black and white value (intensity) of the ratio image. 化合物1をHEK293T(ヒト由来胎児腎細胞)細胞に導入し、共焦点レーザー顕微鏡で観察し(励起波長473nm)、蛍光波長510−520nmの蛍光像(P1)と蛍光波長580−590nmの蛍光像(P2)の比をとることにより得られた蛍光像(P2/P1)の細胞質と核の平均蛍光強度比の違い(9細胞の平均)を温度別に示した一例である。Compound 1 was introduced into HEK293T (human-derived fetal kidney cells) cells and observed with a confocal laser microscope (excitation wavelength: 473 nm). A fluorescence image (P1) with a fluorescence wavelength of 510-520 nm and a fluorescence image with a fluorescence wavelength of 580-590 nm ( This is an example showing the difference in the average fluorescence intensity ratio between the cytoplasm and nucleus (average of 9 cells) of the fluorescence image (P2 / P1) obtained by taking the ratio of P2) according to temperature. 筋管細胞へと分化誘導したC2C12(マウス筋芽細胞由来、ECACC)を0.45mM CaClを含んだ5%グルコース溶液中で化合物1と混合(終濃度0.03%)し、細胞にダメージを与えることなく、化合物1を導入した。さらに共焦点レーザー顕微鏡で観察し(励起波長473nm)、温度を変化させたときのレシオ像(570−670nm/485−545nm)の変化を示した一例である。C2C12 (derived from mouse myoblast, ECACC) induced to differentiate into myotube cells was mixed with compound 1 in 5% glucose solution containing 0.45 mM CaCl 2 (final concentration 0.03%) to damage the cells. Compound 1 was introduced without giving Furthermore, it is an example which showed the change of the ratio image (570-670 nm / 485-545 nm) when observing with a confocal laser microscope (excitation wavelength 473 nm) and changing temperature.

発明の具体的説明Detailed description of the invention

本発明の第一の側面による温度感受性プローブとして用いられる共重合体は、相互に異なる最大蛍光波長を有する第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットを含む。本発明の温度感受性プローブを用いた温度測定では、第一の蛍光性ユニットに由来する蛍光の強度と、第二の蛍光性ユニットに由来する蛍光の強度との比を算出し、これと実際の温度とを対応させることにより、高い精度で、簡便かつ短時間に温度を測定することが可能となる。また、本発明の温度感受性プローブとして用いられる共重合体は、感熱性ユニットおよび蛍光性ユニットに加えて、カチオン性ユニットを含む。これにより、該共重合体を溶媒中で細胞と混合することにより、該共重合体を細胞内に導入することが可能となる。   The copolymer used as a temperature sensitive probe according to the first aspect of the present invention includes a first fluorescent unit and a second fluorescent unit having different maximum fluorescence wavelengths. In the temperature measurement using the temperature-sensitive probe of the present invention, the ratio of the fluorescence intensity derived from the first fluorescence unit and the fluorescence intensity derived from the second fluorescence unit is calculated, and this is actually measured. By matching the temperature, it is possible to measure the temperature with high accuracy in a simple and short time. The copolymer used as the temperature sensitive probe of the present invention contains a cationic unit in addition to the heat sensitive unit and the fluorescent unit. This makes it possible to introduce the copolymer into cells by mixing the copolymer with cells in a solvent.

第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットは、同一波長の励起光の照射によって相互に異なる最大蛍光波長の蛍光を生じるものであることが望ましい。また、第一の蛍光性ユニットの最大蛍光波長と、第二の蛍光性ユニットの最大蛍光波長との差は、2つの波長における蛍光強度を同時に測定する上で、測定器によって十分に識別される程度に離れていればよく、特に制限されないが、好ましくは50nm以上とされる。   It is desirable that the first fluorescent unit and the second fluorescent unit generate fluorescence having different maximum fluorescence wavelengths when irradiated with excitation light having the same wavelength. Also, the difference between the maximum fluorescence wavelength of the first fluorescence unit and the maximum fluorescence wavelength of the second fluorescence unit is sufficiently discriminated by the measuring instrument when simultaneously measuring the fluorescence intensity at the two wavelengths. Although it should just be separated to a certain extent and it does not restrict | limit in particular, Preferably it shall be 50 nm or more.

本発明の好ましい実施態様によれば、第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットのいずれか一方は、温度の上昇に応じて蛍光強度が上昇するものであり、他方は、温度の上昇に応じて蛍光強度が不変あるいは下降するものであり、望ましくは下降するものとされる。   According to a preferred embodiment of the present invention, either one of the first fluorescent unit and the second fluorescent unit has an increase in fluorescence intensity with an increase in temperature, and the other has an increase in temperature. The fluorescence intensity does not change or decreases according to the above, and preferably decreases.

本発明の特に好ましい実施態様によれば、第一の蛍光性ユニットは、以下の式(c):
[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
は、O、S、またはN−R12であり;
は、直接結合、O、S、SO、SO、N(−R13)、CON(−R16)、N(−R16)CO、N(−R17)CON(−R18)、SON(−R19)またはN(−R19)SOであり;
は、C1−20アルキレン、C3−20アルケニレン、またはC3−20アルキニレンから選択され、ここで前記アルキレンは、1以上の個所において、O、Sまたはフェニレンが独立に挿入されていてもよく;
Arは、6〜18員芳香族炭素環基、または5〜18員芳香族ヘテロ環基から選択され、ここで当該芳香族炭素環基および芳香族ヘテロ環基は、含まれる環の1以上が芳香族環である縮合環を含んでいてもよく、当該芳香族炭素環基および芳香族ヘテロ環基に環原子として存在する−CH−は−C(O)−に置換されていてもよく、さらに当該芳香族炭素環基および芳香族ヘテロ環基は、ハロゲン原子、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、C1−6アルキルスルホニル、ニトロ、シアノ、C1−6アルキルカルボニル、C1−6アルコキシカルボニル、カルボキシ、ホルミル、−NR、および−SONR1415から選択される1以上の置換基により置換されていてもよく(ここで前記C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、C1−6アルキルスルホニル、C1−6アルキルカルボニルおよびC1−6アルコキシカルボニルに含まれるアルキルは、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、C1−6アルキルアミノ、ジ(C1−6アルキル)アミノ、アリール、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい);
およびRは、独立に、水素原子、C1−10アルキル、アリール、C1−10アルキルカルボニル、アリールカルボニル、C1−10アルキルスルホニル、アリールスルホニル、カルバモイル、N−(C1−10アルキル)カルバモイル、およびN,N−ジ(C1−10アルキル)カルバモイルから選択され、ここで前記C1−10アルキル、C1−10アルキルカルボニル、C1−10アルキルスルホニル、N−(C1−10アルキル)カルバモイル、およびN,N−ジ(C1−10アルキル)カルバモイルに含まれるアルキルは、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、C1−6アルキルアミノ、ジ(C1−6アルキル)アミノ、アリール、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく、さらに前記アリール、アリールカルボニル、およびアリールスルホニルに含まれるアリールは、ハロゲン原子、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;または
およびRはそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成し、ここで当該ヘテロ環は、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ニトロ、ハロゲン原子、C1−10アルキルカルボニルアミノおよびアリールカルボニルアミノから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
12は、水素原子、C1−6アルキル、または−Q−X−Arであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
13は、水素原子、またはC1−6アルキルであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
14およびR15は、独立に、水素原子、およびC1−6アルキルから選択され;またはR14およびR15はそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成し;
16、R17、R18およびR19は、独立に、水素原子、およびC1−6アルキルから選択され、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい]
で表されるモノマーに由来する繰り返し構造であり、
第二の蛍光性ユニットは、以下の式(d):
[式中、R55は、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
51、R52、R53およびR54は、独立に、水素原子およびC1−6アルキルから選択され;
は、直接結合、フェニレン、−Q4−O−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)、−Q4−N(−R61)−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)であり;
61は、水素原子およびC1−6アルキルから選択され;
は、C1−20アルキレン、フェニレン、およびナフチレンから選択され、該フェニレンおよびナフチレンは、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい]
で表されるモノマーに由来する繰り返し構造とされる。
According to a particularly preferred embodiment of the invention, the first fluorescent unit has the following formula (c):
[Wherein R 3 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
X 2 is O, S, or N—R 12 ;
X 3 is a direct bond, O, S, SO, SO 2 , N (—R 13 ), CON (—R 16 ), N (—R 16 ) CO, N (—R 17 ) CON (—R 18 ). , SO 2 N (—R 19 ) or N (—R 19 ) SO 2 ;
Q 2 is selected from C 1-20 alkylene, C 3-20 alkenylene, or C 3-20 alkynylene, wherein the alkylene has O, S, or phenylene independently inserted at one or more points. Well;
Ar is selected from a 6 to 18-membered aromatic carbocyclic group or a 5 to 18-membered aromatic heterocyclic group, wherein the aromatic carbocyclic group and the aromatic heterocyclic group include at least one of the included rings. A condensed ring which is an aromatic ring may be included, and —CH 2 — present as a ring atom in the aromatic carbocyclic group and aromatic heterocyclic group may be substituted with —C (O) —. In addition, the aromatic carbocyclic group and aromatic heterocyclic group include a halogen atom, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, C 1-6 alkylsulfonyl. , nitro, cyano, C 1-6 alkylcarbonyl, C 1-6 alkoxycarbonyl, carboxy, formyl, -NR 6 R 7, and by one or more substituents selected from -SO 2 NR 14 R 15 May be conversion (the C 1-6 alkyl, where, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, C 1-6 alkylsulfonyl, C 1-6 alkylcarbonyl and C The alkyl contained in 1-6 alkoxycarbonyl is 1 selected from a halogen atom, C 1-6 alkoxy, hydroxy, amino, C 1-6 alkylamino, di (C 1-6 alkyl) amino, aryl, and carboxy. Optionally substituted by the above substituents);
R 6 and R 7 independently represent a hydrogen atom, C 1-10 alkyl, aryl, C 1-10 alkylcarbonyl, arylcarbonyl, C 1-10 alkylsulfonyl, arylsulfonyl, carbamoyl, N— (C 1-10 Alkyl) carbamoyl, and N, N-di (C 1-10 alkyl) carbamoyl, wherein said C 1-10 alkyl, C 1-10 alkylcarbonyl, C 1-10 alkylsulfonyl, N- (C 1 -10 alkyl) carbamoyl and alkyl contained in N, N-di (C 1-10 alkyl) carbamoyl are a halogen atom, C 1-6 alkoxy, hydroxy, amino, C 1-6 alkylamino, di (C 1 -6 alkyl) location amino, aryl, and optionally one or more substituents selected from carboxy May be aryl contained further in the aryl, arylcarbonyl and arylsulfonyl, a substituted, halogen atom, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, and by one or more substituents selected from carboxy Or R 6 and R 7 together with the nitrogen atom to which they are attached form a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle, where the heterocycle is C 1-6 alkyl, Optionally substituted by one or more substituents selected from C 1-6 alkoxy, nitro, halogen atoms, C 1-10 alkylcarbonylamino and arylcarbonylamino;
R 12 is a hydrogen atom, C 1-6 alkyl, or —Q 2 —X 3 —Ar, wherein the alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1 Optionally substituted by one or more substituents selected from -6 alkylsulfinyl, and C 1-6 alkylsulfonyl;
R 13 is hydrogen atom or C 1-6 alkyl, wherein said alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, and C 1- Optionally substituted by one or more substituents selected from 6 alkylsulfonyl;
R 14 and R 15 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl; or R 14 and R 15 together with the nitrogen atom to which they are attached, a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle Forming;
R 16 , R 17 , R 18 and R 19 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl, wherein the alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 Optionally substituted by one or more substituents selected from alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, and C 1-6 alkylsulfonyl]
Is a repeating structure derived from a monomer represented by
The second fluorescent unit has the following formula (d):
Wherein R 55 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
R 51 , R 52 , R 53 and R 54 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl;
X 4 is a direct bond, phenylene, —Q 4 —O—C (═O) — (where Q 4 is directly bonded to the boron dipyrromethene skeleton), —Q 4 —N (—R 61 ) -C (= O)-(wherein Q 4 is directly bonded to the boron dipyrromethene skeleton);
R 61 is selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl;
Q 4 is selected from C 1-20 alkylene, phenylene, and naphthylene, wherein the phenylene and naphthylene are substituted by one or more substituents selected from a halogen atom, C 1-6 alkoxy, hydroxy, amino, and carboxy It may be done]
It is set as the repeating structure derived from the monomer represented by these.

本発明に用いられる共重合体に含まれる感熱性ユニットは、温度に応じてその形状が変化する繰り返し構造であり、以下の式(a)で表される1種または2種以上のモノマーに由来する1種または2種以上の繰り返し構造である:
[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
およびRは、独立に、水素原子およびC1−20アルキルから選択され、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、C1−6アルコキシ、およびアリールから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく、またはRおよびRはそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成し、ここで当該ヘテロ環は、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ニトロ、ハロゲン原子、C1−10アルキルカルボニルアミノおよびアリールカルボニルアミノから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい]。
The thermosensitive unit contained in the copolymer used in the present invention is a repeating structure whose shape changes depending on the temperature, and is derived from one or more monomers represented by the following formula (a). Is one or more repeating structures:
Wherein R 1 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
R 4 and R 5 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-20 alkyl, wherein the alkyl is substituted with one or more substituents selected from hydroxy, C 1-6 alkoxy, and aryl Or R 4 and R 5 together with the nitrogen atom to which they are attached form a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle, where the heterocycle is C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, nitro, halogen atom, optionally substituted by one or more substituents selected from C 1-10 alkylcarbonylamino and arylcarbonylamino].

本発明に用いられる共重合体に組み込まれるカチオン性ユニットは、1以上の正電荷を有するイオン性官能基を含むモノマーに由来する繰り返し構造であり、以下の式(b)で表される1種または2種以上のモノマーに由来する1種または2種以上の繰り返し構造である:

[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
Wは、芳香環または−X−C(=O)−(ここで、Qに直接結合するのはXである)であり;
は、O、S、またはN−R11であり;
11は、水素原子、C1−6アルキル、または−Q−Yであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
は、独立に、C1−20アルキレン、C3−20アルケニレン、またはC3−20アルキニレンから選択され、ここで前記アルキレンは、1以上の個所において、O、S、−O−P(=O)(−OH)−O−またはフェニレンが独立に挿入されていてもよく;
Yは、独立に、1以上の正電荷を有しうるイオン性官能基であって、−N212223 、−C(=NR41)−NR4243、および下式:
により表される基から選択され;
およびX はカウンターアニオンであり;
21、R22、およびR23は、独立に、C1−10アルキル、およびC7−14アラルキルから選択され、またはR21およびR22は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよく;
24は、C1−10アルキル、またはC7−14アラルキルであり;
41、R42およびR43は、独立に、水素原子およびC1−10アルキルから選択され、またはR41およびR42は、それぞれが結合する窒素原子および炭素原子と一緒になって、2つの窒素原子を含む5〜7員ヘテロ環を形成してもよく、またはR42およびR43は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよい]。
The cationic unit incorporated in the copolymer used in the present invention is a repeating structure derived from a monomer containing an ionic functional group having one or more positive charges, and is represented by the following formula (b) Or one or more repeating structures derived from two or more monomers:

[Wherein R 2 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
W is an aromatic ring or —X 1 —C (═O) — (where X 1 is directly attached to Q 1 );
X 1 is O, S, or N—R 11 ;
R 11 is a hydrogen atom, C 1-6 alkyl, or —Q 1 -Y, wherein the alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkyl Optionally substituted by one or more substituents selected from sulfinyl, and C 1-6 alkylsulfonyl;
Q 1 is independently selected from C 1-20 alkylene, C 3-20 alkenylene, or C 3-20 alkynylene, wherein the alkylene is O, S, —O—P () at one or more points. ═O) (— OH) —O— or phenylene may be independently inserted;
Y is independently an ionic functional group that may have one or more positive charges, and is —N + R 21 R 22 R 23 X e , —C (═NR 41 ) —NR 42 R 43 , and The following formula:
Selected from the group represented by
X e and X f are counter anions;
R 21 , R 22 , and R 23 are independently selected from C 1-10 alkyl and C 7-14 aralkyl, or R 21 and R 22 together with the nitrogen atom to which A 7-membered nitrogen-containing heterocycle may be formed;
R 24 is C 1-10 alkyl, or C 7-14 aralkyl;
R 41 , R 42 and R 43 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-10 alkyl, or R 41 and R 42 together with the nitrogen and carbon atoms to which each is attached, nitrogen atom may form a 5- to 7-membered heterocyclic ring containing or R 42 and R 43, together with the nitrogen atom to which they are attached may form a 5- to 7-membered nitrogen-containing heterocycle] .

本発明の好ましい実施態様によれば、本発明に用いられる共重合体は、式(a)で表されるモノマー、式(b)で表されるモノマー、式(c)で表されるモノマー、および式(d)で表されるモノマーのそれぞれに由来する繰り返し構造を含む共重合体とされる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the copolymer used in the present invention comprises a monomer represented by the formula (a), a monomer represented by the formula (b), a monomer represented by the formula (c), And a copolymer containing a repeating structure derived from each of the monomers represented by the formula (d).

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、本発明に用いられる共重合体は、式(I)、式(II)、式(III)および式(XIII):
[式中、R、RおよびR、ならびにR、Y、WおよびQ、ならびにR、X、X、QおよびAr、ならびにR55、X、R51、R52、R53およびR54は、既に定義したとおりであり、a、b、cおよびdは、各繰り返し単位の比を表す0より大きい数である]
で表される繰り返し単位を含む共重合体とされる。この共重合体では、aおよびbの和は100であり、bは、好ましくは2〜10とされ、cは、好ましくは0.3〜2とされ、dは、好ましくは0.03〜1とされる。また、この共重合体は、物質そのものとして本発明の一つの側面をなす。
According to a further preferred embodiment of the present invention, the copolymer used in the present invention has the formula (I), the formula (II), the formula (III) and the formula (XIII):
[Wherein R 1 , R 4 and R 5 , and R 2 , Y, W and Q 1 , and R 3 , X 2 , X 3 , Q 2 and Ar, and R 55 , X 4 , R 51 , R 52 , R 53 and R 54 are as defined above, and a, b, c and d are numbers greater than 0 representing the ratio of each repeating unit]
It is set as the copolymer containing the repeating unit represented by these. In this copolymer, the sum of a and b is 100, b is preferably 2 to 10, c is preferably 0.3 to 2, and d is preferably 0.03 to 1. It is said. Further, this copolymer constitutes one aspect of the present invention as a substance itself.

本発明の好ましい実施態様によれば、前記共重合体は2種以上の感熱性ユニットを含むものとされる。感熱性ユニットには様々な種類のものがあり、その種類に応じて、最も高い温度反応性を示す温度域が異なる。この実施態様では、2種以上の感熱性ユニットを組み合わせることにより、所望の温度域において共重合体の温度反応性が高くなるように調整することができる。本発明のより好ましい実施態様によれば、前記共重合体は、前記式(a)で表される2種以上の感熱性ユニットを含むものとされる。また、一つの実施態様では、2種類の感熱性ユニットが用いられる。例えば、動物細胞の一般的な培養温度である35℃付近の測定では、N−n−プロピルアクリルアミド(NNPAM)とN−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)との組み合わせを用いることが好ましい。また、酵母等の微生物の発酵をモニターする等の目的で25℃以下の温度領域の測定が必要になる場合には、N―tert-ブチルアクリルアミド(NTBAM)とNNPAMとの組み合わせを用いることが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, the copolymer includes two or more heat-sensitive units. There are various types of thermosensitive units, and the temperature range showing the highest temperature reactivity varies depending on the type. In this embodiment, it can adjust so that the temperature reactivity of a copolymer may become high in a desired temperature range by combining 2 or more types of thermosensitive units. According to a more preferred embodiment of the present invention, the copolymer includes two or more heat-sensitive units represented by the formula (a). In one embodiment, two types of heat sensitive units are used. For example, it is preferable to use a combination of Nn-propylacrylamide (NNPAM) and N-isopropylacrylamide (NIPAM) for measurement at around 35 ° C., which is a general culture temperature for animal cells. In addition, when it is necessary to measure a temperature range of 25 ° C. or lower for the purpose of monitoring fermentation of microorganisms such as yeast, it is preferable to use a combination of N-tert-butylacrylamide (NTBAM) and NNPAM. .

式(I)におけるaは、感熱性ユニット全体の総和を表すものであり、2種以上の感熱性ユニットを用いた場合には、全ての感熱性ユニットの繰り返し単位数の比率の和を意味する。   A in formula (I) represents the total sum of the thermosensitive units, and when two or more thermosensitive units are used, it means the sum of the ratios of the number of repeating units of all thermosensitive units. .

本発明の好ましい実施態様によれば、上述の共重合体において、Arは、下式:
により表される基から選択される芳香族炭素環基または芳香族ヘテロ環基であり、これらの基は当該環上をハロゲン原子、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、C1−6アルキルスルホニル、ニトロ、シアノ、C1−6アルキルカルボニル、C1−6アルコキシカルボニル、カルボキシ、ホルミル、−NR、および−SONR1415から選択される1以上の置換基により置換されていてもよく(ここで前記C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、C1−6アルキルスルホニル、C1−6アルキルカルボニルおよびC1−6アルコキシカルボニルに含まれるアルキルは、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、C1−6アルキルアミノ、ジ(C1−6アルキル)アミノ、アリール、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい);
10は、O、SまたはSeから選択され;
は、水素原子、C1−10アルキル、およびアリールから選択され、当該アルキルは、
ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、C1−6アルキルアミノ、ジ(C1−6アルキル)アミノ、アリール、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく、さらに前記アリールは、ハロゲン原子、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい。
According to a preferred embodiment of the present invention, in the above-mentioned copolymer, Ar is represented by the following formula:
An aromatic carbocyclic group or an aromatic heterocyclic group selected from the group represented by the formula: These groups are halogen atoms, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, C 1-6 on the ring. alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, C 1-6 alkylsulfonyl, nitro, cyano, C 1-6 alkylcarbonyl, C 1-6 alkoxycarbonyl, carboxy, formyl, -NR 6 R 7, and -SO 2 NR 14 It may be substituted by one or more substituents selected from R 15 (wherein said C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, C 1- 6 alkylsulfonyl, alkyl, halogen atom contained in C 1-6 alkylcarbonyl and C 1-6 alkoxycarbonyl, C 1 6 alkoxy, hydroxy, amino, C 1-6 alkylamino, di (C 1-6 alkyl) amino, aryl, and optionally substituted by one or more substituents selected from carboxy);
X 10 is selected from O, S or Se;
R 8 is selected from a hydrogen atom, C 1-10 alkyl, and aryl, wherein the alkyl is
Optionally substituted by one or more substituents selected from a halogen atom, C 1-6 alkoxy, hydroxy, amino, C 1-6 alkylamino, di (C 1-6 alkyl) amino, aryl, and carboxy Furthermore, the aryl may be substituted with one or more substituents selected from a halogen atom, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, and carboxy.

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、Arは、下式:
により表される基から選択される芳香族炭素環基または芳香族ヘテロ環基であり、これらの基は当該環上をハロゲン原子、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、C1−6アルキルスルホニル、ニトロ、C1−6アルキルカルボニルアミノ、アリールカルボニルアミノ、シアノ、ホルミル、C1−6アルキルカルボニル、C1−6アルコキシカルボニル、カルボキシおよび−SONR1415から選択される1以上の置換基により置換されていてもよい。
According to a further preferred embodiment of the present invention, Ar is represented by the following formula:
An aromatic carbocyclic group or an aromatic heterocyclic group selected from the group represented by the formula: These groups are halogen atoms, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, C 1-6 on the ring. alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, C 1-6 alkylsulfonyl, nitro, C 1-6 alkylcarbonylamino, arylcarbonylamino, cyano, formyl, C 1-6 alkylcarbonyl, C 1-6 alkoxycarbonyl, carboxy and It may be substituted with one or more substituents selected from —SO 2 NR 14 R 15 .

本明細書において「C1−3アルキル」とは、炭素数1〜3の直鎖状、分岐鎖状、または環状のアルキル基を意味し、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、シクロプロピルが含まれる。 In the present specification, “C 1-3 alkyl” means a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, cyclo Contains propyl.

本明細書において「C1−6アルキル」とは、炭素数1〜6の直鎖状、分岐鎖状、環状または部分的に環状のアルキル基を意味し、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、s−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、3−メチルブチル、2−メチルブチル、1−メチルブチル、1−エチルプロピル、n−ヘキシル、4−メチルペンチル、3−メチルペンチル、2−メチルペンチル、1−メチルペンチル、3−エチルブチル、および2−エチルブチル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、およびシクロプロピルメチルなどが含まれ、例えば、C1−4アルキルおよびC1−3アルキルなども含まれる。 As used herein, “C 1-6 alkyl” means a linear, branched, cyclic or partially cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl. I-propyl, n-butyl, s-butyl, i-butyl, t-butyl, n-pentyl, 3-methylbutyl, 2-methylbutyl, 1-methylbutyl, 1-ethylpropyl, n-hexyl, 4-methylpentyl , 3-methylpentyl, 2-methylpentyl, 1-methylpentyl, 3-ethylbutyl, and 2-ethylbutyl, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclopropylmethyl, and the like, for example, C 1-4 alkyl And C 1-3 alkyl are also included.

本明細書において「C1−10アルキル」とは、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状、環状または部分的に環状のアルキル基を意味し、例えば、既に定義したC1−6アルキルおよびC1−3アルキルなどが含まれる。 In the present specification, “C 1-10 alkyl” means a linear, branched, cyclic or partially cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, for example, C 1-6 as defined above. Alkyl and C 1-3 alkyl and the like are included.

本明細書において「C1−20アルキル」とは、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、環状または部分的に環状のアルキル基を意味し、例えば、既に定義したC1−10アルキル、C1−6アルキルおよびC1−3アルキルなどが含まれる。 In the present specification, the “C 1-20 alkyl” means a linear, branched, cyclic or partially cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. For example, the previously defined C 1-10 Alkyl, C 1-6 alkyl, C 1-3 alkyl and the like are included.

本明細書において「C1−6アルコキシ」とは、アルキル部分として既に定義した炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルオキシ基を意味し、例えば、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、s−ブトキシ、i−ブトキシ、t−ブトキシ、n−ペントキシ、3−メチルブトキシ、2−メチルブトキシ、1−メチルブトキシ、1−エチルプロポキシ、n−ヘキシルオキシ、4−メチルペントキシ、3−メチルペントキシ、2−メチルペントキシ、1−メチルペントキシ、3−エチルブトキシ、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ、シクロプロピルメチルオキシなどが含まれ、例えば、C1−4アルコキシおよびC1−3アルコキシなども含まれる。 In the present specification, “C 1-6 alkoxy” means an alkyloxy group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which has already been defined as an alkyl moiety. For example, methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy N-butoxy, s-butoxy, i-butoxy, t-butoxy, n-pentoxy, 3-methylbutoxy, 2-methylbutoxy, 1-methylbutoxy, 1-ethylpropoxy, n-hexyloxy, 4-methylpen Toxic, 3-methylpentoxy, 2-methylpentoxy, 1-methylpentoxy, 3-ethylbutoxy, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, cyclopropylmethyloxy, etc. are included, for example, C 1-4 alkoxy and C 1 -3 alkoxy and the like are also included.

本明細書において「アリール」とは、6〜10員芳香族炭素環基を意味し、例えば、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチルなどが含まれる。   In the present specification, “aryl” means a 6 to 10 membered aromatic carbocyclic group, and includes, for example, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl and the like.

本明細書において「C7−14アラルキル」とはアリール基を含む炭素数が7〜14のアリールアルキル基を意味し、例えば、ベンジル、1−フェネチル、2−フェネチル、1−ナフチルメチル、2−ナフチルメチルなどが含まれる。 In the present specification, “C 7-14 aralkyl” means an arylalkyl group having 7 to 14 carbon atoms including an aryl group, such as benzyl, 1-phenethyl, 2-phenethyl, 1-naphthylmethyl, 2- Naphthylmethyl and the like are included.

本明細書においてハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子などが挙げられる。   In this specification, examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.

本明細書において「C1−20アルキレン」とは、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、環状または部分的に環状のアルキレン基を意味し、例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレンなど、さらにC1−10アルキレンおよびC1−6アルキレンなどが含まれる。 In the present specification, “C 1-20 alkylene” means a linear, branched, cyclic or partially cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, such as methylene, ethylene, propylene, butylene. In addition, C 1-10 alkylene and C 1-6 alkylene are included.

本明細書において「C3−20アルケニレン」とは、炭素数3〜20の直鎖状、分岐鎖状、環状または部分的に環状のアルケニレン基を意味し、例えば、プロペニレン、ブテニレンなど、さらにC3−10アルケニレンおよびC3−6アルケニレンなどが含まれる。 In the present specification, “C 3-20 alkenylene” means a linear, branched, cyclic or partially cyclic alkenylene group having 3 to 20 carbon atoms, such as propenylene, butenylene, and the like. 3-10 alkenylene, C 3-6 alkenylene and the like are included.

本明細書において「C3−20アルキニレン」とは、炭素数3〜20の直鎖状、分岐鎖状、環状または部分的に環状のアルキニレン基を意味し、例えば、プロピニレン、ブチニレンなど、さらにC3−10アルキニレンおよびC3−6アルキニレンなどが含まれる。 As used herein, “C 3-20 alkynylene” means a linear, branched, cyclic or partially cyclic alkynylene group having 3 to 20 carbon atoms, such as propynylene, butynylene, and the like. 3-10 alkynylene, C 3-6 alkynylene and the like are included.

本明細書において「C1−6アルキルチオ」とは、アルキル部分として既に定義した炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルチオ基を意味し、例えば、メチルチオ、エチルチオ、n−プロピルチオ、i−プロピルチオ、n−ブチルチオ、s−ブチルチオ、i−ブチルチオ、t−ブチルチオなどが含まれる。 As used herein, “C 1-6 alkylthio” means an alkylthio group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms already defined as the alkyl moiety, and examples thereof include methylthio, ethylthio, n-propylthio, i-propylthio, n-butylthio, s-butylthio, i-butylthio, t-butylthio and the like are included.

本明細書において「C1−6アルキルスルフィニル」とは、アルキル部分として既に定義した炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルスルフィニル基を意味し、例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、n−プロピルスルフィニル、i−プロピルスルフィニル、n−ブチルスルフィニル、s−ブチルスルフィニル、i−ブチルスルフィニル、t−ブチルスルフィニルなどが含まれる。 In the present specification, “C 1-6 alkylsulfinyl” means an alkylsulfinyl group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms already defined as an alkyl moiety, such as methylsulfinyl, ethylsulfinyl, n-propylsulfinyl. I-propylsulfinyl, n-butylsulfinyl, s-butylsulfinyl, i-butylsulfinyl, t-butylsulfinyl and the like.

本明細書において「C1−6アルキルスルホニル」とは、アルキル部分として既に定義した炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルスルホニル基を意味し、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、n−プロピルスルホニル、i−プロピルスルホニル、n−ブチルスルホニル、s−ブチルスルホニル、i−ブチルスルホニル、t−ブチルスルホニルなどが含まれる。 As used herein, “C 1-6 alkylsulfonyl” means an alkylsulfonyl group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms already defined as the alkyl moiety, and examples thereof include methylsulfonyl, ethylsulfonyl, n-propylsulfonyl. I-propylsulfonyl, n-butylsulfonyl, s-butylsulfonyl, i-butylsulfonyl, t-butylsulfonyl and the like.

本明細書において「6〜18員芳香族炭素環基」とは、例えば、フェニル、ナフチル、アントラセニル、ピレニル、インダニル、テトラリニルなどが含まれる。   In the present specification, the “6- to 18-membered aromatic carbocyclic group” includes, for example, phenyl, naphthyl, anthracenyl, pyrenyl, indanyl, tetralinyl and the like.

本明細書において「5〜18員芳香族ヘテロ環基」とは、酸素、窒素および硫黄から選択される1以上のヘテロ原子を有する芳香族ヘテロ環であり、例えば、ピロリル、ピラゾリル、イミダゾリル、ピリジル、インドリル、キノリル、キノキサリニル、キナゾリニル、ベンゾフラニル、ベンゾチエニル、ベンゾピラニル、ベンゾクロメニルなどが含まれる。   In the present specification, the “5- to 18-membered aromatic heterocyclic group” is an aromatic heterocyclic ring having one or more heteroatoms selected from oxygen, nitrogen and sulfur. For example, pyrrolyl, pyrazolyl, imidazolyl, pyridyl , Indolyl, quinolyl, quinoxalinyl, quinazolinyl, benzofuranyl, benzothienyl, benzopyranyl, benzochromenyl and the like.

本明細書において「C2−6アルケニルスルホニル」とは、アルケニル部分として既に定義したC2−6アルケニル基を有するアルケニルスルホニル基を意味し、例えばビニルスルホニル、アリルスルホニルなどが含まれる。 As used herein, “C 2-6 alkenylsulfonyl” means an alkenylsulfonyl group having a C 2-6 alkenyl group already defined as an alkenyl moiety, and includes, for example, vinylsulfonyl, allylsulfonyl and the like.

本明細書において「C2−6アルケニルカルボニル」とは、アルケニル部分として既に定義したC2−6アルケニル基を有するアルケニルカルボニル基を意味し、例えばアクリロイル、メタクリロイルなどが含まれる。 As used herein, “C 2-6 alkenylcarbonyl” means an alkenylcarbonyl group having a C 2-6 alkenyl group already defined as an alkenyl moiety, and includes, for example, acryloyl, methacryloyl, and the like.

本明細書において「C2−6アルキニルカルボニル」とは、アルキニル部分として既に定義したC2−6アルキニル基を有するアルキニルカルボニル基を意味し、例えばエチニルカルボニルなどが含まれる。 As used herein, “C 2-6 alkynylcarbonyl” means an alkynylcarbonyl group having a C 2-6 alkynyl group which has already been defined as an alkynyl moiety, and includes, for example, ethynylcarbonyl and the like.

本明細書において「C1−6アルキルカルボニル」とは、基−CO(C1−6アルキル)を表し、ここで当該C1−6アルキルは既に定義したとおりである。 As used herein, “C 1-6 alkylcarbonyl” refers to a group —CO (C 1-6 alkyl), where the C 1-6 alkyl is as previously defined.

本明細書において「C1−6アルコキシカルボニル」とは、基−CO(C1−6アルコキシ)を表し、ここで当該C1−6アルコキシは既に定義したとおりである。 In the present specification, “C 1-6 alkoxycarbonyl” represents a group —CO (C 1-6 alkoxy), wherein the C 1-6 alkoxy is as defined above.

本明細書において「C1−6アルキルカルボニルアミノ」とは、基−NHCO(C1−6アルキル)を表し、ここで当該C1−6アルキルは既に定義したとおりである。 As used herein, “C 1-6 alkylcarbonylamino” refers to the group —NHCO (C 1-6 alkyl), where C 1-6 alkyl is as previously defined.

本明細書において「C1−6アリールカルボニルアミノ」とは、基−NHCO(アリール)を表し、ここで当該アリールは既に定義したとおりである。 As used herein, “C 1-6 arylcarbonylamino” refers to the group —NHCO (aryl), where aryl is as previously defined.

本明細書における「5〜7員含窒素ヘテロ環」には、例えば、ピロール環、ピロリジン環、ピペリジン環、ホモピペリジン環、ピペラジン環、ホモピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環など飽和ヘテロ環が含まれる。   Examples of the “5- to 7-membered nitrogen-containing heterocycle” in the present specification include saturated heterocycles such as pyrrole ring, pyrrolidine ring, piperidine ring, homopiperidine ring, piperazine ring, homopiperazine ring, morpholine ring, and thiomorpholine ring. included.

本明細書における「4〜8員含窒素ヘテロ環」には、例えば、ピロール環、アゼチジン環、ピロリジン環、ピペリジン環、ホモピペリジン環、ピペラジン環、ホモピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環など、および5〜7員含窒素ヘテロ環が含まれる。   Examples of the “4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle” in the present specification include a pyrrole ring, an azetidine ring, a pyrrolidine ring, a piperidine ring, a homopiperidine ring, a piperazine ring, a homopiperazine ring, a morpholine ring, and a thiomorpholine ring. And 5- to 7-membered nitrogen-containing heterocycles.

本明細書における「2つの窒素原子を含む5〜7員ヘテロ環」には、例えば、イミダゾリジン、テトラヒドロピリミジンなどが含まれる。   In the present specification, the “5- to 7-membered heterocycle containing two nitrogen atoms” includes, for example, imidazolidine, tetrahydropyrimidine and the like.

本明細書において、アルキレンが1以上の個所においてOが挿入されている場合、当該アルキレン鎖は主鎖中にエーテル結合を含むことになり、当該挿入は安定な構造となるために、−O−O−および−O−CH−O−の構造とならないように行われることは当業者であれば容易に理解するはずである。以上のことはアルキレンへのSの挿入においても当てはまる。 In this specification, when alkylene is inserted at one or more sites, the alkylene chain contains an ether bond in the main chain, and the insertion becomes a stable structure. Those skilled in the art should readily understand that the process is performed so as not to form O— and —O—CH 2 —O— structures. The above also applies to the insertion of S into alkylene.

本明細書において、共重合体とは、各ユニットにあたるモノマーを混ぜ、重合反応をしてできた高分子鎖の集合体である。ポリマーとは、モノマーユニットが結合し連なった高分子鎖を示す。   In this specification, the copolymer is an aggregate of polymer chains formed by mixing monomers corresponding to each unit and performing a polymerization reaction. The polymer refers to a polymer chain in which monomer units are connected and connected.

本明細書において「カウンターアニオン」とは、有機化学の技術分野で有機化合物のカウンターアニオンとして通常用いられるアニオンであれば特に制限されず、例えば、ハロゲン化物アニオン(塩化物イオン、臭化物イオン、フッ化物イオン、ヨウ化物イオン)、有機酸の共役塩基(例えば酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン)、硝酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオンなどが含まれる。本発明において好ましいカウンターアニオンとしては、例えば、塩化物イオン、硝酸イオンなどが挙げられる。   In the present specification, the “counter anion” is not particularly limited as long as it is an anion usually used as a counter anion of an organic compound in the technical field of organic chemistry. For example, a halide anion (chloride ion, bromide ion, fluoride) Ions, iodide ions), organic acid conjugate bases (eg, acetate ions, trifluoroacetate ions), nitrate ions, sulfate ions, carbonate ions, and the like. Preferred counter anions in the present invention include, for example, chloride ions and nitrate ions.

なお、カウンターアニオンが2価以上である場合、それに対応する個数のイオン性官能基とイオン結合を形成することは当業者により容易に理解されるとおりである。   It should be noted that when the counter anion is divalent or more, it is easily understood by those skilled in the art to form ionic bonds with the corresponding number of ionic functional groups.

本発明において、R、R、RおよびR55は、好ましくは、水素原子およびメチルから選択される。 In the present invention, R 1 , R 2 , R 3 and R 55 are preferably selected from a hydrogen atom and methyl.

式(a)および式(I)における−NRは、特には限定されないが、例えば、Rが水素原子であり、RはC2−10アルキルであってもよい。また、RおよびRはそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成する場合、例えば、ピロリジン環、ピペリジン環、ホモピペリジン環、ピペラジン環、ホモピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環などを形成してもよい。 -NR 4 R 5 in the formula (a) and Formula (I) is, is not particularly limited, for example, R 4 is a hydrogen atom, R 5 may be C 2-10 alkyl. In addition, when R 4 and R 5 together with the nitrogen atom to which they are bonded form a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle, for example, pyrrolidine ring, piperidine ring, homopiperidine ring, piperazine ring, homopiperazine A ring, a morpholine ring, a thiomorpholine ring, or the like may be formed.

式(b)および式(II)におけるWは、芳香環および−X−C(=O)−(ここで、Qに直接結合するのはXである)のいずれであってもよい。Wにより表される芳香環は、好ましくはC6−18芳香環、より好ましくはベンゼン環とされる。Wは、好ましくは−X−C(=O)−(ここで、Qに直接結合するのはXである)とされる。X1は、好ましくはO、NHまたはN(C1−6アルキル)とされる。 W in the formula (b) and formula (II), the aromatic ring and -X 1 -C (= O) - may be any of (here, is X 1 to bind directly to the Q 1) . The aromatic ring represented by W is preferably a C 6-18 aromatic ring, more preferably a benzene ring. W is preferably —X 1 —C (═O) — (where X 1 is directly bonded to Q 1 ). X 1 is preferably O, NH or N (C 1-6 alkyl).

式(b)および式(II)における−Q1−は、好ましくはC2−10アルキレンとされる。 -Q 1 in the formula (b) and Formula (II) - is preferably a C 2-10 alkylene.

式(c)および式(III)における−X−Q−は、好ましくは、Xは、O、NHまたはN(C1−6アルキル)であり、QはC2−10アルキレンである。 -X 2 -Q 2- in formula (c) and formula (III) is preferably X 2 is O, NH or N (C 1-6 alkyl), and Q 2 is C 2-10 alkylene. is there.

式(c)および式(III)における−Arは、好ましくは、下式(V)〜(XII):
[式中、R31は水素原子、ハロゲン原子、ニトロ、シアノ、および−SONR1415から選択され;R32はC1−6アルキルであり;X11は、N−R33、OまたはSであり;R33は水素原子またはC1−6アルキルであり;X10、R14およびR15は、既に定義したとおりである]
から選択される基である。
-Ar in formula (c) and formula (III) is preferably the following formulas (V) to (XII):
Wherein R 31 is selected from a hydrogen atom, a halogen atom, nitro, cyano, and —SO 2 NR 14 R 15 ; R 32 is C 1-6 alkyl; X 11 is N—R 33 , O Or S; R 33 is a hydrogen atom or C 1-6 alkyl; X 10 , R 14 and R 15 are as defined above.
Is a group selected from

式(V)について好ましいXとしては、例えば、直接結合、CON(−R16)、N(−R16)CO、SON(−R19)またはN(−R19)SOが挙げられる。 Preferred X 3 for formula (V) includes, for example, a direct bond, CON (—R 16 ), N (—R 16 ) CO, SO 2 N (—R 19 ) or N (—R 19 ) SO 2. It is done.

式(VI)について好ましいXとしては、例えば、N−R13(ここで、好ましいR13としてはメチルなどのC1−3アルキルが挙げられる)、またはSが挙げられる。 Preferred X 3 for formula (VI) includes, for example, N—R 13 (wherein preferred R 13 includes C 1-3 alkyl such as methyl), or S.

式(VII)について好ましいXとしては、例えば、直接結合、CON(−R16)、N(−R16)CO、SON(−R19)またはN(−R19)SOが挙げられる。 Preferred X 3 for formula (VII) includes, for example, a direct bond, CON (—R 16 ), N (—R 16 ) CO, SO 2 N (—R 19 ) or N (—R 19 ) SO 2. It is done.

式(VIII)について好ましいXとしては、例えば、直接結合、CON(−R16)、N(−R16)CO、SON(−R19)またはN(−R19)SOが挙げられる。 Preferred X 3 for formula (VIII) includes, for example, a direct bond, CON (—R 16 ), N (—R 16 ) CO, SO 2 N (—R 19 ) or N (—R 19 ) SO 2. It is done.

式(IX)について好ましいXとしては、例えば、直接結合が挙げられる。 Preferred X 3 for formula (IX) includes, for example, a direct bond.

式(X)について好ましいXとしては、例えば、直接結合が挙げられる。 Preferred X 3 for formula (X) includes, for example, a direct bond.

式(XI)について好ましいXとしては、例えば、CO、SO、SON(−R19)またはCON(−R16)(ここで前記SON(−R19)およびCON(−R16)は、それぞれ硫黄原子および炭素原子がArに結合する)が挙げられる。 Preferred X 3 for the formula (XI) is, for example, CO, SO 2 , SO 2 N (—R 19 ) or CON (—R 16 ) (wherein the SO 2 N (—R 19 ) and CON (—R) 16 ) includes a sulfur atom and a carbon atom bonded to Ar, respectively.

式(XII)について好ましいXとしては、例えば、CO、SO、SON(−R19)またはCON(−R16)(ここで前記SON(−R19)およびCON(−R16)は、それぞれ硫黄原子および炭素原子がArに結合する)が挙げられる。 Preferred X 3 for formula (XII) is, for example, CO, SO 2 , SO 2 N (—R 19 ) or CON (—R 16 ) (wherein the SO 2 N (—R 19 ) and CON (—R) 16 ) includes a sulfur atom and a carbon atom bonded to Ar, respectively.

本発明において、基−X−Arは環境応答性の蛍光団として機能し、例えば、式(V)または(VII)の蛍光団を使用した場合は温度の上昇に伴い蛍光強度が低下する温度センサーが、式(VI)または(VIII)〜(XII)の蛍光団を使用した場合は、温度の上昇に伴い蛍光強度も上昇する温度センサーが得られる。 In the present invention, the group —X 3 —Ar functions as an environmentally responsive fluorophore. For example, when a fluorophore of the formula (V) or (VII) is used, the temperature at which the fluorescence intensity decreases with increasing temperature. When the sensor uses a fluorophore of formula (VI) or (VIII) to (XII), a temperature sensor is obtained in which the fluorescence intensity increases as the temperature increases.

式(d)および式(XIII)におけるR51、R52、R53およびR54は、好ましくは水素原子およびメチル基から独立に選択される。 R 51 , R 52 , R 53 and R 54 in formula (d) and formula (XIII) are preferably independently selected from a hydrogen atom and a methyl group.

式(d)および式(XIII)における好ましいXは、例えば、直接結合、フェニレン、−Q4−O−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)、または−Q4−NH−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)である。 Preferred X 4 in formula (d) and formula (XIII) is, for example, a direct bond, phenylene, —Q 4 —O—C (═O) — (where Q 4 is bonded directly to the boron dipyrromethene skeleton. Or —Q 4 —NH—C (═O) — (wherein Q 4 is directly bonded to the boron dipyrromethene skeleton).

式(d)および式(XIII)におけるQは、好ましくはフェニレンとされる。 Q 4 in formula (d) and formula (XIII) is preferably phenylene.

本発明の特に好ましい実施態様によれば、Rは、水素原子、メチルおよびエチルから選択され;Rは、n−プロピル、イソプロピルおよびt−ブチルから選択され、Rは水素原子であり;Rは、水素原子、メチルおよびエチルから選択され;Wは、芳香環または−X−C(=O)−(ここで、Qに直接結合するのはXである)であり;Xは、O、S、またはN−R11であり;R11は、水素原子、C1−6アルキル、または−Q−Yであり;Qは、C1−20アルキレンであり、ここで前記アルキレンは、1以上の個所において、O、S、−O−P(=O)(−OH)−O−またはフェニレンが独立に挿入されていてもよく;Yは、独立に、1以上の正電荷を有しうるイオン性官能基であって、−N212223 、−C(=NR41)−NR4243、および下式:
により表される基から選択され;X およびX はカウンターアニオンであり;R21、R22、およびR23は、独立に、C1−10アルキルであり、またはR21およびR22は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよく;R24は、C1−10アルキルであり;R41、R42およびR43は、独立に、水素原子およびC1−10アルキルから選択され、またはR41およびR42は、それぞれが結合する窒素原子および炭素原子と一緒になって、2つの窒素原子を含む5〜7員ヘテロ環を形成してもよく、またはR42およびR43は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよく;Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;Xは、O、またはN−R12であり;Xは、直接結合、O、N(−R13)、CON(−R16)、N(−R16)CO、またはN(−R17)CON(−R18)であり;Qは、C1−20アルキレン、C3−20アルケニレン、またはC3−20アルキニレンから選択され、ここで前記アルキレンは、1以上の個所において、O、Sまたはフェニレンが独立に挿入されていてもよく;Arは、下式:
により表される基から選択される芳香族炭素環基または芳香族ヘテロ環基であり、これらの基は当該環上をハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ニトロ、シアノ、−NR、および−SONR1415から選択される1以上の置換基により置換されており、さらに、C1−6アルキルにより置換されていてもよく;X10は、O、SまたはSeから選択され;Rは、水素原子、C1−10アルキル、およびアリールから選択され;RおよびRは、独立に、水素原子、C1−10アルキル、アリール、C1−10アルキルカルボニル、アリールカルボニル、C1−10アルキルスルホニル、アリールスルホニル、およびカルバモイルから選択され;またはRおよびRはそれらが結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成し、ここで当該ヘテロ環は、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ニトロ、およびハロゲン原子から選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;R12は、水素原子、C1−6アルキル、または−Q−X−Arであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシおよびハロゲン原子から選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;R13は、水素原子、またはC1−6アルキルであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシおよびハロゲン原子から選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;R14およびR15は、独立に、水素原子、およびC1−6アルキルから選択され;またはR14およびR15はそれらが結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成し;R16、R17およびR18は、独立に、水素原子、およびC1−6アルキルから選択され、ここで当該アルキルは、ヒドロキシおよびハロゲン原子から選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;R51、R52、R53、R54およびR55は、水素原子およびメチル基から独立して選択され;Xは、直接結合、フェニレン、−Q4−O−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)、または−Q4−NH−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)とされ、Qはフェニレンとされる。
According to a particularly preferred embodiment of the invention, R 1 is selected from a hydrogen atom, methyl and ethyl; R 4 is selected from n-propyl, isopropyl and t-butyl and R 5 is a hydrogen atom; R 2 is selected from a hydrogen atom, methyl and ethyl; W is an aromatic ring or —X 1 —C (═O) — (wherein X 1 is directly attached to Q 1 ); X 1 is O, S, or N—R 11 ; R 11 is a hydrogen atom, C 1-6 alkyl, or —Q 1 —Y; Q 1 is C 1-20 alkylene, Here, in the alkylene, O, S, —O—P (═O) (— OH) —O— or phenylene may be independently inserted at one or more points; Y is independently 1 An ionic functional group that can have the above positive charge, and is —N + R 21 R 22 R 23 X e - , -C (= NR 41) -NR 42 R 43, and the following formula:
X e and X f are counter anions; R 21 , R 22 , and R 23 are independently C 1-10 alkyl, or R 21 and R 22. May combine with the nitrogen atom to form a 5-7 membered nitrogen-containing heterocycle; R 24 is C 1-10 alkyl; R 41 , R 42 and R 43 are independently Each selected from a hydrogen atom and C 1-10 alkyl, or R 41 and R 42 together with the nitrogen and carbon atoms to which they are attached, a 5- to 7-membered heterocycle containing two nitrogen atoms, R 42 and R 43 together with the nitrogen atom to which they are attached may form a 5-7 membered nitrogen-containing heterocycle; R 3 is a hydrogen atom and C 1-3 Selected from alkyl X 2 is O or N—R 12 ; X 3 is a direct bond, O, N (—R 13 ), CON (—R 16 ), N (—R 16 ) CO, or N (— R 17 ) CON (—R 18 ); Q 2 is selected from C 1-20 alkylene, C 3-20 alkenylene, or C 3-20 alkynylene, wherein said alkylene is at one or more points: O, S or phenylene may be inserted independently; Ar is represented by the following formula:
An aromatic carbocyclic group or an aromatic heterocyclic group selected from the group represented by formula (1), and these groups have a halogen atom, C 1-6 alkoxy, nitro, cyano, —NR 6 R 7 on the ring, And is substituted by one or more substituents selected from —SO 2 NR 14 R 15 and may be further substituted by C 1-6 alkyl; X 10 is selected from O, S or Se R 8 is selected from a hydrogen atom, C 1-10 alkyl, and aryl; R 6 and R 7 are independently a hydrogen atom, C 1-10 alkyl, aryl, C 1-10 alkylcarbonyl, arylcarbonyl; , C 1-10 alkylsulfonyl, selected arylsulfonyl, and carbamoyl; or R 6 and R 7 together with the nitrogen atom to which they are attached , To form a 5- to 7-membered nitrogen-containing heterocycle, wherein said heterocycle, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, optionally substituted by one or more substituents selected nitro, and halogen atoms R 12 is a hydrogen atom, C 1-6 alkyl, or —Q 2 —X 3 —Ar, wherein the alkyl is substituted with one or more substituents selected from hydroxy and halogen atoms R 13 is a hydrogen atom or C 1-6 alkyl, where the alkyl may be substituted with one or more substituents selected from hydroxy and halogen atoms; R 14 and R 15 are independently selected from hydrogen, and C 1-6 alkyl; or R 14 and R 15 together with the nitrogen atom to which they are attached, 5 Membered nitrogen-containing heterocyclic ring to form; R 16, R 17 and R 18 are independently selected from hydrogen, and C 1-6 alkyl, wherein the alkyl is 1 is selected from hydroxy and halogen atom Optionally substituted by the above substituents; R 51 , R 52 , R 53 , R 54 and R 55 are independently selected from a hydrogen atom and a methyl group; X 4 is a direct bond, phenylene,- Q 4 —O—C (═O) — (where Q 4 is directly bonded to the boron dipyrromethene skeleton), or —Q 4 —NH—C (═O) — (where Boron dipyrro Q 4 is directly bonded to the methene skeleton, and Q 4 is phenylene.

式(I)、式(II)、式(III)および式(XIII)におけるa、b、cおよびdは式中の各繰り返し単位の比を表す0より大きい数であり、特に限定されないが、例えば、a+b=100としたときに、bは、例えば1以上、好ましくは2以上、より好ましくは2.5以上、より好ましくは3以上とされ、例えば15以下、好ましくは10以下とされる。さらに、a+b=100とした場合のbは、例えば1〜15であり、好ましくは2〜10であり、より好ましくは3〜10とされる。cはaとbの総量(つまり100)に対する割合であって、cは0.05〜10であり、具体的には0.1〜5であり、好ましくは0.2〜2であり、より好ましくは0.3〜1.5である。dはaとbの総量(つまり100)に対する割合であって、dは0.01〜5であり、具体的には0.02〜2であり、好ましくは0.02〜1であり、より好ましくは0.03〜1である。cとdの比を表すc/dは、特に限定されないが、好ましくは0.1〜30、より好ましくは1〜20、さらに好ましくは3〜10とされる。上述のように、aは感熱性ユニットの総和であり、例えば、2種類の感熱性ユニットを使う場合の感熱性ユニットの比は、ある数pを用いて、p:a−pとなる。例えば、a+b=100とした場合のbが2.5となるように共重合体を作製し、かつ、2種類の感熱性ユニット(例えば、N−n−プロピルアクリルアミドとN−イソプロピルアクリルアミド)を組み合わせて用いる場合には、aは97.5であり、N−n−プロピルアクリルアミドとN−イソプロピルアクリルアミドの比はp:97.5−pで表される。また、本発明の共重合体の重量平均分子量は、特には限定されないが、例えば1000〜100000、好ましくは5000〜50000である。   In formula (I), formula (II), formula (III) and formula (XIII), a, b, c and d are numbers greater than 0 representing the ratio of each repeating unit in the formula, and are not particularly limited. For example, when a + b = 100, b is, for example, 1 or more, preferably 2 or more, more preferably 2.5 or more, more preferably 3 or more, for example, 15 or less, preferably 10 or less. Further, b when a + b = 100 is, for example, 1 to 15, preferably 2 to 10, and more preferably 3 to 10. c is a ratio to the total amount of a and b (that is, 100), and c is 0.05 to 10, specifically 0.1 to 5, preferably 0.2 to 2, Preferably it is 0.3-1.5. d is a ratio with respect to the total amount (that is, 100) of a and b, and d is 0.01-5, specifically 0.02-2, preferably 0.02-1, and more Preferably it is 0.03-1. Although c / d showing ratio of c and d is not specifically limited, Preferably it is 0.1-30, More preferably, it is 1-20, More preferably, it is 3-10. As described above, a is the sum of the thermosensitive units. For example, when two types of thermosensitive units are used, the ratio of the thermosensitive units is p: ap, using a certain number p. For example, a copolymer is prepared so that b is 2.5 when a + b = 100, and two types of heat-sensitive units (for example, Nn-propylacrylamide and N-isopropylacrylamide) are combined. A is 97.5, and the ratio of Nn-propylacrylamide to N-isopropylacrylamide is represented by p: 97.5-p. Moreover, the weight average molecular weight of the copolymer of this invention is although it does not specifically limit, For example, it is 1000-100000, Preferably it is 5000-50000.

本発明のポリマーの分子量と使用する蛍光性ユニットのモノマー使用量に応じて、1つのポリマーの中に2つの蛍光性ユニットが必ずしも導入されない場合がある。本ポリマーを温度感受性プローブとして使用する場合には、一般的な励起強度と検出感度の組み合わせを用いれば、溶液中では0.001%(w/v)以上のある程度高い濃度で使用することになり、また細胞内でも、細胞内に蛍光性ユニット由来の蛍光が充分認められる条件で使用することになるため、細胞内には比較的高い濃度、つまり、溶液中で使用する場合と同程度の0.001%(w/v)以上の共重合体が存在することになる。つまり、2つの蛍光性ユニットが2つのポリマーに分かれてしまっている場合でも、観察視野や測定場に1ポリマー分子しかいないような特殊な環境ではない限り、2つの蛍光性ユニットが含まれる別々の2つポリマーは、ほぼ同一の温度環境に置かれるため、それぞれの蛍光性ユニットは、1つのポリマーに2つの蛍光性ユニットが含まれている場合と同じような蛍光強度を示すことになる。したがって、本発明の共重合体は2つの蛍光性ユニットが同一のポリマー分子に含まれる場合に限定されない。   Depending on the molecular weight of the polymer of the present invention and the amount of monomer used in the fluorescent unit used, two fluorescent units may not necessarily be introduced into one polymer. When this polymer is used as a temperature-sensitive probe, if a combination of general excitation intensity and detection sensitivity is used, it will be used at a somewhat high concentration of 0.001% (w / v) or more in the solution. In addition, since it is used in a cell under the condition that the fluorescence derived from the fluorescent unit is sufficiently observed in the cell, the cell has a relatively high concentration, that is, the same level as 0 in the case of using in a solution. More than 0.001% (w / v) copolymer will be present. In other words, even if two fluorescent units are divided into two polymers, unless there is a special environment where there is only one polymer molecule in the observation field or measurement field, two fluorescent units are included separately. Since the two polymers are placed in almost the same temperature environment, each fluorescent unit will exhibit the same fluorescence intensity as when one fluorescent polymer is included in one polymer. Therefore, the copolymer of the present invention is not limited to the case where two fluorescent units are contained in the same polymer molecule.

本発明の共重合体は周囲の温度変化に対して非常に素早く応答し、その構造変化は数ミリ秒程度である。つまり、本発明の温度感受性蛍光プローブは、細胞内の温度変化に敏捷に応答し蛍光強度を変化させるため、顕微鏡などを用いて、細胞内の温度分布を可視化した場合には、その蛍光強度比から細胞内の各微小空間における細胞内の温度を定量することができる。   The copolymers of the present invention respond very quickly to ambient temperature changes, with structural changes on the order of a few milliseconds. That is, since the temperature-sensitive fluorescent probe of the present invention changes the fluorescence intensity in response to the temperature change in the cell, when the temperature distribution in the cell is visualized using a microscope or the like, the fluorescence intensity ratio Thus, the intracellular temperature in each minute space in the cell can be quantified.

本発明に係る共重合体は、高分子合成の技術分野における通常の知識に基づいて合成することができ、例えば、ラジカル重合によるランダム共重合体として得ることができる。その場合に使用することができるラジカル開始剤としては、特に限定はされないが、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、4,4'−アゾビス(4−シアノ吉草酸)などのアゾ化合物が挙げられる。   The copolymer according to the present invention can be synthesized based on ordinary knowledge in the technical field of polymer synthesis, and can be obtained, for example, as a random copolymer by radical polymerization. The radical initiator that can be used in this case is not particularly limited, but persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate; 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) Examples thereof include azo compounds such as hydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, and 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid).

反応開始剤の使用量は、使用するモノマーに対して0.01モル%以上の量であればよく、ラジカル合成が進行する濃度であれば、適量を選択することができる。例えば、0.1モル%以上、好ましくは1モル%以上の反応開始剤を使用することができる。   The reaction initiator may be used in an amount of 0.01 mol% or more with respect to the monomer used, and an appropriate amount can be selected as long as the radical synthesis proceeds. For example, a reaction initiator of 0.1 mol% or more, preferably 1 mol% or more can be used.

重合に使用する反応溶媒は、特に限定されないが、例として、アセトニトリル、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、メタノールなどが挙げられる。ラジカル重合は、特に限定はされないが、例えば0〜100℃、好ましくは50〜70℃の反応温度、および例えば1〜48時間、好ましくは2〜16時間の反応時間で行うことができる。   The reaction solvent used for the polymerization is not particularly limited, and examples include acetonitrile, dioxane, dimethylformamide, methanol and the like. The radical polymerization is not particularly limited, but can be performed, for example, at a reaction temperature of 0 to 100 ° C., preferably 50 to 70 ° C., and a reaction time of 1 to 48 hours, preferably 2 to 16 hours, for example.

本発明の共重合体を含む溶液中のpHや塩濃度に影響を受けずに温度測定を行うために、当該共重合体に含まれるカチオン性官能基は、広範囲のpHにおいてイオン性を維持するという方が望ましい。しかしながら、細胞内温度を測定するという用途に限って言えば、細胞内のpHは2〜9、さらに通常の状態、一般的な動物、植物、微生物細胞であればpH4〜8程度である。このpHでカチオン性が保たれている官能基であればよい。このような観点から、Yは−N212223 が好ましい。 In order to perform temperature measurement without being affected by the pH and salt concentration in the solution containing the copolymer of the present invention, the cationic functional group contained in the copolymer maintains ionicity in a wide range of pH. Is preferable. However, as far as the use for measuring the intracellular temperature is concerned, the intracellular pH is 2 to 9, and it is about 4 to 8 for normal conditions, general animal, plant and microbial cells. Any functional group that is kept cationic at this pH may be used. From this point of view, Y is -N + R 21 R 22 R 23 X e - are preferred.

本発明における「細胞」とは、一般的な分類である原核細胞と真核細胞の両方を含み、特にその生物の種に依らない。例えば、原核細胞は真正細菌と古細菌に分けられるが、真正細菌はその中でも放線菌門のようなグラム陽性菌とプロテオバクテリア門のようなグラム陰性菌に大きく分けられ、ペプチドグリカン層の厚みなどによって、共重合体が適用できる範囲は制限されない。また、真核細胞には、主に真核生物(原生生物、真菌、植物、動物)に属する細胞が当てはまる。例えば、一般的に分子生物学などの研究で利用され、かつ工業的にも利用される酵母は真菌に属する。また、本発明の温度感受性プローブは、浮遊細胞および接着細胞の両方において好適に用いられる。   The “cell” in the present invention includes both general prokaryotic cells and eukaryotic cells, and is not particularly dependent on the species of the organism. For example, prokaryotic cells are divided into eubacteria and archaea, but eubacteria are broadly divided into gram-positive bacteria such as actinomycetes and gram-negative bacteria such as proteobacteria, depending on the thickness of the peptidoglycan layer. The range in which the copolymer can be applied is not limited. In addition, cells belonging to eukaryotes (protists, fungi, plants, animals) mainly apply to eukaryotic cells. For example, yeast that is generally used in research such as molecular biology and industrially belongs to fungi. Moreover, the temperature sensitive probe of the present invention is suitably used in both floating cells and adherent cells.

本発明の共重合体を細胞に導入する際には、イオン強度の低い溶液(溶媒)に置換することが望ましい。このような溶媒としては、例えば、水(好ましくは純水)およびソルビトール水溶液、グルコース溶液などが挙げられる。細胞の種類に応じて、これらグルコース溶液などに0.45mMの塩化カルシウムを添加した溶液なども挙げられる。   When introducing the copolymer of the present invention into cells, it is desirable to substitute a solution (solvent) having a low ionic strength. Examples of such a solvent include water (preferably pure water), a sorbitol aqueous solution, a glucose solution, and the like. Depending on the type of cell, a solution obtained by adding 0.45 mM calcium chloride to the glucose solution or the like may be used.

本発明に従って共重合体を細胞に導入するときの共重合体の濃度は、例えば、共重合体の終濃度を0.001〜1%(w/v)、好ましくは0.01〜0.5%(w/v)になるように調整し、菌体と混ぜることができる。これは微生物菌体のようなものに限らず、接着細胞などの場合にもあてはまる。   The concentration of the copolymer when the copolymer is introduced into the cells according to the present invention is, for example, a final copolymer concentration of 0.001 to 1% (w / v), preferably 0.01 to 0.5. % (W / v) can be adjusted and mixed with bacterial cells. This applies not only to microbial cells but also to adherent cells.

本発明に用いられる共重合体の感熱応答性による蛍光強度の変化は、通常の蛍光強度測定方法により測定することができる。測定での励起波長および測定する蛍光波長は、特に限定はされないが、例えば、測定試料の励起スペクトルを測定した際の最大励起波長またはその付近の波長を使用することができる。また、測定する蛍光波長も特には限定されないが、例えば、ある温度で測定試料の蛍光スペクトルを測定した際の最大蛍光波長またはその付近の波長を使用することができる。   The change in the fluorescence intensity due to the thermal sensitivity of the copolymer used in the present invention can be measured by a usual fluorescence intensity measurement method. The excitation wavelength in measurement and the fluorescence wavelength to be measured are not particularly limited. For example, the maximum excitation wavelength when measuring the excitation spectrum of the measurement sample or a wavelength in the vicinity thereof can be used. In addition, the fluorescence wavelength to be measured is not particularly limited, and for example, the maximum fluorescence wavelength when the fluorescence spectrum of the measurement sample is measured at a certain temperature or a wavelength in the vicinity thereof can be used.

本発明では、ある独立した2つの蛍光波長における蛍光強度を測定してこれらの比をとり、その蛍光強度比から温度に換算するという方法をとることが望ましい。この手法により、共重合体から発せられる蛍光強度が、微小空間内の共重合体の濃度や励起するレーザー強度に起因する可能性を排除し、温度と実験で得られる蛍光強度比を1対1に対応させることが可能である。これにより同一細胞での温度比較だけでなく、同一条件下に置かれた別の細胞の細胞内温度の比較も可能となる。例えば、酵母集団中における個々の細胞温度の違いを測定することにより、各酵母細胞の生理状態を把握することが可能となる。   In the present invention, it is desirable to take a method of measuring the fluorescence intensities at two independent fluorescence wavelengths, taking these ratios, and converting the fluorescence intensity ratios into temperatures. This technique eliminates the possibility that the fluorescence intensity emitted from the copolymer is caused by the concentration of the copolymer in the minute space or the intensity of the excited laser, and the ratio of the fluorescence intensity obtained by experiment and the temperature is 1: 1. It is possible to correspond to. This makes it possible to compare not only the temperature in the same cell but also the intracellular temperature of another cell placed under the same condition. For example, it is possible to grasp the physiological state of each yeast cell by measuring the difference in individual cell temperatures in the yeast population.

蛍光強度比の算出法は、特に限定されるものではなく、異なる波長を含んだ2つの領域の蛍光強度からその比を算出することができる。例えば、一方の領域は第一の蛍光性ユニットから生じる蛍光の最大強度を示す波長を含む20nm程度の波長領域として蛍光強度の積分値をS1とし、他方の領域は第二の蛍光性ユニットから生じる蛍光の最大強度を示す波長を含む20nm程度の波長領域として蛍光強度の積分値をS2とし、S1/S2を蛍光強度比としてよい。さらに、S1およびS2の領域は同じ幅でも異なる幅でもよい。例えば、蛍光強度がノイズを無視できる充分な値を示せば、S1は20nm幅の波長領域を含む一方で、S2は1nm幅の単独波長でもよい。波長の選択基準も特に限定されるものではないが、得られる蛍光強度を考慮すると、温度感受性プローブに含まれるそれぞれの蛍光性ユニットを与えるモノマー(例えば、式(c)または式(d)で示される蛍光モノマー)の常温(約25℃)における水中および水中に近い極性溶媒での励起スペクトルを測定した際の最大蛍光強度を示す波長に基づいて、その周辺の波長から選択することが望ましい。   The method for calculating the fluorescence intensity ratio is not particularly limited, and the ratio can be calculated from the fluorescence intensities of two regions including different wavelengths. For example, one region is a wavelength region of about 20 nm including the wavelength indicating the maximum intensity of fluorescence generated from the first fluorescent unit, and the integrated value of the fluorescence intensity is S1, and the other region is generated from the second fluorescent unit. In a wavelength region of about 20 nm including the wavelength indicating the maximum intensity of fluorescence, the integrated value of fluorescence intensity may be S2, and S1 / S2 may be the fluorescence intensity ratio. Further, the S1 and S2 regions may have the same width or different widths. For example, if the fluorescence intensity shows a value sufficient to ignore noise, S1 may include a wavelength region with a width of 20 nm, while S2 may have a single wavelength with a width of 1 nm. The wavelength selection criteria are not particularly limited, but in consideration of the fluorescence intensity to be obtained, monomers (for example, represented by the formula (c) or the formula (d)) that give each fluorescent unit contained in the temperature-sensitive probe. It is desirable to select the wavelength from the surrounding wavelengths based on the wavelength indicating the maximum fluorescence intensity when measuring the excitation spectrum of water and a polar solvent close to water at room temperature (about 25 ° C.).

実験で得られた蛍光強度比から温度を求める際には、自らが作成した検量線を使用することが可能である。具体的に、どの条件で測定した検量線を使用するかは限定されないが、例えば、細胞内を模倣した塩化カリウム溶液中での、共重合体の感熱応答性による蛍光強度の変化をプロットした曲線、共重合体を導入した細胞集団を蛍光光度計に供し、感熱応答性による蛍光強度の変化をプロットした曲線、あるいは共重合体を導入した細胞集団を蛍光顕微鏡に供し、複数の細胞での感熱応答性による蛍光強度の変化の平均値をプロットした曲線などを用いることができる。さらに具体的には、共重合体を導入した細胞集団を用いて、感熱応答性試験を行い、蛍光強度の変化をプロットする際には、細胞は代謝活動を積極的に行わないような状態、例えば、水中や資化することのできない化合物が含まれた緩衝液中に細胞を懸濁した状態で、特定の温度に一定期間保持し、外部温度と細胞内部温度が平衡状態に達したと考えられる状況下で、蛍光強度を測定する方法などが挙げられる。   When obtaining the temperature from the fluorescence intensity ratio obtained in the experiment, it is possible to use a calibration curve created by itself. Specifically, the calibration curve measured under which conditions is not limited, but, for example, a curve plotting the change in fluorescence intensity due to the thermosensitive response of the copolymer in a potassium chloride solution that mimics the inside of a cell. The cell population into which the copolymer has been introduced is subjected to a fluorometer, and the curve plotting the change in fluorescence intensity due to the heat-responsiveness, or the cell population into which the copolymer has been introduced is subjected to a fluorescence microscope to produce heat sensitivity in a plurality of cells. A curve or the like in which an average value of changes in fluorescence intensity due to responsiveness is plotted can be used. More specifically, using a cell population into which the copolymer has been introduced, a thermosensitive response test is performed, and when plotting changes in fluorescence intensity, the cells do not actively undergo metabolic activity, For example, when cells are suspended in water or in a buffer containing a compound that cannot be assimilated, the cells are held at a specific temperature for a certain period of time, and the external temperature and the internal temperature of the cells have reached equilibrium. The method of measuring a fluorescence intensity etc. is mentioned under the situation where it is.

以上に説明した方法を実施するために、必要な試薬等をまとめてキットとすることができる。従って、本発明の他の側面によれば、上述の方法を用いて温度を測定するためのキットが提供され、該キットは、本発明の温度感受性プローブまたは本発明の共重合体を含んでなる。この温度測定用試薬キットは、微小空間内の温度測定、特に細胞内の温度測定に好適に使用することができる。当該試薬キットは、医学・生物学・生物工学等の研究分野、診断・治療等の医療分野において使用することができる。   In order to carry out the method described above, necessary reagents and the like can be collected into a kit. Thus, according to another aspect of the present invention, there is provided a kit for measuring temperature using the method described above, the kit comprising the temperature sensitive probe of the present invention or the copolymer of the present invention. . This reagent kit for temperature measurement can be suitably used for temperature measurement in a minute space, particularly for cell temperature measurement. The reagent kit can be used in research fields such as medicine, biology, and biotechnology, and in medical fields such as diagnosis and treatment.

本発明の方法および温度測定用キットは、様々な研究開発の分野に応用することができる。例えば、生物工学の分野では、微生物を用いた有用物質の発酵生産において、これまで正確な測定が困難であった細胞内温度を解析パラメータに加えることにより、培養条件の検討の効率化が期待される。   The method and temperature measurement kit of the present invention can be applied to various fields of research and development. For example, in the field of biotechnology, in the fermentative production of useful substances using microorganisms, it is expected to improve the efficiency of examination of culture conditions by adding the intracellular temperature, which has been difficult to measure accurately, to analysis parameters. The

本発明の方法および温度測定用キットは、様々な医療用途に応用することができる。例えば、本発明による温度感受性プローブを患者の組織の一部に対して使用することにより、熱産生量が多いとされているがん細胞と、そうでない正常細胞との識別を行うことも可能である。さらにそれを応用する事でより効果的な温熱治療法の開発などにも使える。あるいは、熱産生量が多い褐色脂肪細胞に本発明による温度感受性プローブを導入し、その細胞に様々な素材を添加することによる温度変化を測定することにより、褐色脂肪細胞を活性化する素材をスクリーニングすることも可能である。   The method and temperature measurement kit of the present invention can be applied to various medical uses. For example, by using the temperature-sensitive probe according to the present invention for a part of a patient's tissue, it is possible to discriminate between cancer cells that are said to have high heat production and normal cells that do not. is there. In addition, it can be used to develop more effective thermotherapy. Alternatively, a material that activates brown adipocytes is screened by introducing a temperature-sensitive probe according to the present invention into brown adipocytes that produce a large amount of heat and measuring the temperature changes caused by adding various materials to the cells. It is also possible to do.

本発明の方法および温度測定用キットは、様々な生理現象の解明にも応用可能である。例えば、生体外の温度を感知し、生体反応を引き起こす受容体であるTRPチャネルが細胞内の温度とどのように関連しているのかを調べることで今までとは異なるアプローチでのTRPチャネルの活性化が考えられる。また細胞内温度分布と細胞内外で起こる生体反応との関わりを調べる事により、局所的な温度分布が生体反応に及ぼす影響を調べる事が可能で、赤外線レーザーなどを用いた局所的な加熱による細胞のコントロールを行う事なども可能である。   The method and temperature measurement kit of the present invention can be applied to elucidation of various physiological phenomena. For example, the activity of TRP channels in a different approach by sensing the temperature outside the body and investigating how the TRP channel, which is a receptor that causes a biological response, is related to the intracellular temperature. Can be considered. In addition, by examining the relationship between the intracellular temperature distribution and the biological reaction that occurs inside and outside the cell, it is possible to investigate the effect of the local temperature distribution on the biological reaction. Cells by local heating using an infrared laser, etc. It is also possible to perform control.

本発明による温度測定法および温度感受性プローブの細胞導入法は、in vitroおよびin vivoのいずれにおいても行うことができる。一つの実施態様では、これらの方法はin vitroにおいて行われる。   The temperature measurement method and the cell introduction method of the temperature-sensitive probe according to the present invention can be performed both in vitro and in vivo. In one embodiment, these methods are performed in vitro.

以下に実施例を示すことにより本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in more detail by showing examples below, but the present invention is not limited to these examples.

試薬及びデータ測定
α,α'−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)はメタノールを用いた再結晶、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)はn―ヘキサンを用いた再結晶により精製して用いた。その他の試薬は購入したものをさらに精製することなく使用した。
Reagent and Data Measurement α, α′-Azobisisobutyronitrile (AIBN) was purified by recrystallization using methanol, and N-isopropylacrylamide (NIPAM) was purified by recrystallization using n-hexane. Other reagents were used without further purification.

H−NMRはBRUKER AVANCE400スペクトロメーター(400MHz)を使用して測定し、ケミカルシフトはppmで表示した。数平均分子量および重量平均分子量はJASCO GPC system(JASCO PU−2080ポンプ、JASCO RI−2031示差屈折計、JASCO CO−2060カラムオーブン、Shodex GPC KD−806Mカラム)を使用し、ポリスチレン標準試料により得られる較正曲線を用いて算出した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーには、関東化学silica gel 60N(40−50μm)を使用した。吸光度の測定には、JASCO V−550紫外可視光分光光度計を使用した。 1 H-NMR was measured using a BRUKER AVANCE 400 spectrometer (400 MHz), and chemical shifts were expressed in ppm. The number average molecular weight and the weight average molecular weight are obtained from polystyrene standard samples using JASCO GPC system (JASCO PU-2080 pump, JASCO RI-2031 differential refractometer, JASCO CO-2060 column oven, Shodex GPC KD-806M column). Calculated using a calibration curve. For silica gel column chromatography, Kanto Chemical Silica gel 60N (40-50 μm) was used. A JASCO V-550 ultraviolet-visible light spectrophotometer was used for measuring the absorbance.

実施例1−1:8−(4−アクリルアミドフェニル)−4,4−ジフルオロ−1,3,5,7−テトラメチル−4−ボラ−3a,4a−ジアザ−s−インダセン(BODIPY−AA)の合成Example 1-1: 8- (4-acrylamidophenyl) -4,4-difluoro-1,3,5,7-tetramethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indacene (BODIPY-AA) Synthesis of

アルゴン下、4―アセトアミドベンズアルデヒド(200mg, 1.23mmol)、2,4―ジメチルピロール(253μL, 2.45mmol)をジクロロメタン(70mL、モレキュラーシーブス4Aで脱水)に溶解し、トリフロオロ酢酸を1滴加えて室温で6時間撹拌した。この反応液に2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノ―1,4−ベンゾキノン(DDQ)(278.3mg, 1.23mmol)をジクロロメタン(5mL、モレキュラーシーブス4Aで脱水)に懸濁させて加え、容器をジクロロメタン 3mLで洗浄しそれも加えた。室温で30分撹拌した後、反応液を水(100mL×2)、飽和食塩水で洗い、NaSOで乾燥し溶媒を減圧留去した。得られた粗生成物をアルミナクロマトグラフィー(1回目ジクロロメタン→ジクロロメタン:メタノール=100:1→50:1、2回目ジクロロメタン→ジクロロメタン:メタノール=100:1、3回目ジクロロメタン:メタノール=200:1)で精製し、薄茶色結晶として目的物(化合物1a)を得た(31mg,7.5%)。 Under argon, 4-acetamidobenzaldehyde (200 mg, 1.23 mmol) and 2,4-dimethylpyrrole (253 μL, 2.45 mmol) were dissolved in dichloromethane (70 mL, dehydrated with molecular sieves 4A), and one drop of trifluoroacetic acid was added. Stir at room temperature for 6 hours. To this reaction solution, 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ) (278.3 mg, 1.23 mmol) was suspended in dichloromethane (5 mL, dehydrated with molecular sieves 4A) and added. The vessel was washed with 3 mL of dichloromethane and added as well. After stirring at room temperature for 30 minutes, the reaction solution was washed with water (100 mL × 2) and saturated brine, dried over Na 2 SO 4 , and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained crude product was subjected to alumina chromatography (first dichloromethane → dichloromethane: methanol = 100: 1 → 50: 1, second dichloromethane → dichloromethane: methanol = 100: 1, third dichloromethane: methanol = 200: 1). Purification gave the desired product (Compound 1a) as light brown crystals (31 mg, 7.5%).

化合物1aの1H NMR (400MHz,CDCl)は以下の通り。
δ7.61 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 7.29 (br, 1H), 7.24 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 5.89 (s, 2H), 2.34 (s, 6H), 2.21 (s, 3H), 1.34 (s, 6H)
1H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) of Compound 1a is as follows.
δ 7.61 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 7.29 (br, 1H), 7.24 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 5.89 (s, 2H), 2.34 (s, 6H), 2.21 (s, 3H), 1.34 (s, 6H)

得られた化合物1a(66mg, 0.20mmol)をメタノール10mLに溶解し、1N塩酸を10mL加え、4時間加熱還流した。室温まで冷却した後、2N NaOH溶液で中和した。ジクロロメタンで抽出(100mL×3)後、有機層を水、飽和食塩水で洗い、NaSOで乾燥させて溶媒を減圧留去した。得られた粗生成物をアルミナクロマトグラフィー(ジクロロメタン:メタノール=20:1)により精製することで、薄茶色結晶として目的物(化合物1b)を得た(46mg, 79%)。 The obtained compound 1a (66 mg, 0.20 mmol) was dissolved in 10 mL of methanol, 10 mL of 1N hydrochloric acid was added, and the mixture was heated to reflux for 4 hours. After cooling to room temperature, it was neutralized with 2N NaOH solution. After extraction with dichloromethane (100 mL × 3), the organic layer was washed with water and saturated brine, dried over Na 2 SO 4 , and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained crude product was purified by alumina chromatography (dichloromethane: methanol = 20: 1) to obtain the desired product (compound 1b) as light brown crystals (46 mg, 79%).

化合物1bの1H NMR (400MHz,CDCl)は以下の通り。
δ7.05−7.03 (m, 2H), 6.75−6.73 (m, 2H), 5.89 (s, 2H), 3.76 (br, 2H), 2.34 (s, 6H), 1.42 (s, 6H)
1H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) of Compound 1b is as follows.
δ 7.05-7.03 (m, 2H), 6.75-6.73 (m, 2H), 5.89 (s, 2H), 3.76 (br, 2H), 2.34 (s, 6H), 1.42 (s, 6H)

アルゴン下、化合物1b(20mg, 0.069mmol)をジクロロメタン2 5mLに溶解し、これにトリエチルアミン(200μL)、ボロントリフルオリド - エチルエーテル コンプレックス(200μL)の順に加え室温で2時間撹拌した。反応液を水80mLに注いで反応を停止し、2N NaOH溶液を加えてアルカリ性にした。これをジクロロメタンで抽出し、有機層を飽和食塩水で洗い、NaSOで乾燥させて溶媒を減圧留去した。得られた粗生成物をアルミナクロマトグラフィー(ジクロロメタン:ヘキサン=1:1)により精製することで、赤色結晶として目的物(化合物1c)を得た(22mg, 96%)。 Under argon, compound 1b (20 mg, 0.069 mmol) was dissolved in 25 mL of dichloromethane, and triethylamine (200 μL) and boron trifluoride-ethyl ether complex (200 μL) were sequentially added thereto, followed by stirring at room temperature for 2 hours. The reaction solution was poured into 80 mL of water to stop the reaction, and 2N NaOH solution was added to make it alkaline. This was extracted with dichloromethane, the organic layer was washed with saturated brine, dried over Na 2 SO 4 , and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained crude product was purified by alumina chromatography (dichloromethane: hexane = 1: 1) to obtain the desired product (compound 1c) as red crystals (22 mg, 96%).

化合物1cの1H NMR (400MHz,CDCl)は以下の通り。
δ7.02−7.00 (m, 2H), 6.79−6.77 (m, 2H), 5.97 ( 2H), 3.83 (br, 2H), 2.55 (s, 6H), 1.50 (s, 6H).
1H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) of Compound 1c is as follows.
δ 7.02-7.00 (m, 2H), 6.79-6.77 (m, 2H), 5.97 (2H), 3.83 (br, 2H), 2.55 (s, 6H) , 1.50 (s, 6H).

化合物1cの13C NMR (100MHz,CDCl)は以下の通り。
δ155.0, 147.0, 143.2, 142.6, 132.0, 129.0, 124.7, 120.9, 115.4, 14.6, 14.5.
The 13C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) of compound 1c is as follows.
δ155.0, 147.0, 143.2, 142.6, 132.0, 129.0, 124.7, 120.9, 115.4, 14.6, 14.5.

化合物1c(10mg, 0.029mmol)をアセトニトリル2mLに溶解し、トリエチルアミン(4.1μL, 0.029mmol)を加えた後、0℃でアクリル酸クロライド(3.1μL, 0.038mmol)を加えた。室温で2時間撹拌した後、KCOを加えて、塩をろ過した。ろ液を減圧留去して得られた粗生成物を、シリカゲルクロマトグラフィー(ジクロロメタン:ヘキサン=3:1→ジクロロメタン100%)により精製することで橙色結晶として表題の化合物(BODIPY−AA)を得た(11mg, 97%)。 Compound 1c (10 mg, 0.029 mmol) was dissolved in 2 mL of acetonitrile, triethylamine (4.1 μL, 0.029 mmol) was added, and then acrylic acid chloride (3.1 μL, 0.038 mmol) was added at 0 ° C. After stirring at room temperature for 2 hours, K 2 CO 3 was added and the salt was filtered. The crude product obtained by distilling off the filtrate under reduced pressure was purified by silica gel chromatography (dichloromethane: hexane = 3: 1 → dichloromethane 100%) to give the title compound (BODIPY-AA) as orange crystals. (11 mg, 97%).

BODIPY−AAの1H NMR (400MHz,メタノール−d4)の結果は以下の通り。
δ7.88−7.86 (m, 2H), 7.31−7.29 (m, 2H), 6.51−6.37 (m, 2H), 6.07 (s, 2H), 5.81 (dd, 1H, J = 2.4, 9.6 Hz), 2.49 (s, 6H), 1.48 (s, 6H).
The results of 1H NMR (400 MHz, methanol-d4) of BODIPY-AA are as follows.
δ 7.88-7.86 (m, 2H), 7.31-7.29 (m, 2H), 6.51-6.37 (m, 2H), 6.07 (s, 2H), 5. 81 (dd, 1H, J = 2.4, 9.6 Hz), 2.49 (s, 6H), 1.48 (s, 6H).

BODIPY−AAの13C NMR (100MHz, CDCl)の結果は以下の通り。δ163.5, 155.5, 143.1, 141.1, 138.6, 131.6, 130.9, 128.8, 128.5, 121.2, 120.1, 14.6. The results of 13C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) of BODIPY-AA are as follows. δ 163.5, 155.5, 143.1, 141.1, 138.6, 131.6, 130.9, 128.8, 128.5, 121.2, 120.1, 14.6.

実施例1−2:4,4−ジフルオロ−8−(4−イソブチラミドフェニル)−1,3,5,7−テトラメチル−4−ボラ−3a,4a−ジアザ−s−インダセン(BODIPY−IA)の合成Example 1-2: 4,4-Difluoro-8- (4-isobutyramidephenyl) -1,3,5,7-tetramethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indacene (BODIPY- Synthesis of IA)

実施例1−1で合成した化合物1c(10mg, 0.029mmol)をアセトニトリル 1mLに溶解し、0℃でトリエチルアミン(4.9μL, 0.035mmol)、イソ酪酸無水物(7.4μL, 0.044mmol)の順に加え、室温で3時間撹拌した。さらにトリエチルアミン(4.9μL, 0.035mmol)、イソ酪酸無水物(7.4μL, 0.044mmol)を加え、30分撹拌後40℃で2時間、50℃で3時間撹拌後、室温で一晩撹拌した。この反応液にNaSOを加えてからろ過し、ろ液を減圧留去して得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィー(ジクロロメタン)にて精製することにより、赤色結晶として目的物を得た(12mg, 95%)。 Compound 1c (10 mg, 0.029 mmol) synthesized in Example 1-1 was dissolved in 1 mL of acetonitrile, and triethylamine (4.9 μL, 0.035 mmol) and isobutyric anhydride (7.4 μL, 0.044 mmol) were added at 0 ° C. ) And stirred at room temperature for 3 hours. Further, triethylamine (4.9 μL, 0.035 mmol) and isobutyric anhydride (7.4 μL, 0.044 mmol) were added, stirred for 30 minutes, then stirred at 40 ° C. for 2 hours, then at 50 ° C. for 3 hours, and then at room temperature overnight. Stir. After adding Na 2 SO 4 to the reaction solution and filtering, the filtrate was distilled off under reduced pressure, and the resulting crude product was purified by silica gel chromatography (dichloromethane) to obtain the desired product as red crystals. (12 mg, 95%).

BODIPY−IAの1H NMR (400MHz,CDCl )の結果は以下の通り。
δ7.69 (d, 2H, J = 8.2 Hz), 7.31 (br, 1H), 7.22 (d, 2H, 8.2 Hz), 5.98 (s, 2H), 2.55 (s, 6H), 1.43 (s, 6H), 1.29 (d, 6H, J = 6.8 Hz), 1.25 (br, 1H).
The result of 1H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) of BODIPY-IA is as follows.
δ 7.69 (d, 2H, J = 8.2 Hz), 7.31 (br, 1H), 7.22 (d, 2H, 8.2 Hz), 5.98 (s, 2H), 2. 55 (s, 6H), 1.43 (s, 6H), 1.29 (d, 6H, J = 6.8 Hz), 1.25 (br, 1H).

BODIPY−IAの13C NMR (100MHz, CDCl)の結果は以下の通り。
δ175.3, 155.5, 143.1, 141.3, 138.9, 131.6, 130.5, 128.8, 121.2, 119.9, 36.9, 19.6, 14.64, 14.56.
The results of 13C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) of BODIPY-IA are as follows.
δ 175.3, 155.5, 143.1, 141.3, 138.9, 131.6, 130.5, 128.8, 121.2, 119.9, 36.9, 19.6, 14. 64, 14.56.

実施例1−3:BODIPY−IAの溶媒によって異なる量子収率の算出
実施例1−2で合成したBODIPY−IAをそれぞれアセトニトリル、メタノール、ヘキサン、酢酸エチルおよび水75v/v%ジオキサン25v/v%に10μMになるように溶かし、積分球ユニットILF835を付設した蛍光光度計FP8500(日本分光)を用いて、絶対蛍光量子収率を算出した。励起波長は470nmを選択した。試料がない状態での入射光面積Sと試料散乱光面積S、蛍光波長のピーク面積Sを算出し、
量子収率=S/(S−S)×100
の式を用いて算出を行った結果を表1に示す。
Example 1-3: Calculation of quantum yield depending on the solvent of BODIPY-IA BODIPY-IA synthesized in Example 1-2 was acetonitrile, methanol, hexane, ethyl acetate and water 75 v / v% dioxane 25 v / v%, respectively. The absolute fluorescence quantum yield was calculated using a fluorimeter FP8500 (JASCO) which was dissolved in 10 μM and provided with an integrating sphere unit ILF835. The excitation wavelength was selected to be 470 nm. Calculate the incident light area S 0 , the sample scattered light area S 1 , and the peak area S 2 of the fluorescence wavelength in the absence of the sample,
Quantum yield = S 2 / (S 0 -S 1) × 100
Table 1 shows the result of calculation using the equation.

表1の結果からわかるように、新しく温度プローブに用いるBODIPY−AA蛍光ユニットは、アセトニトリルなどの疎水環境中では量子収率が低くなり、水中では量子収率が高くなる傾向が認められた。このユニットをアクリルアミド高分子に組み込んだ場合、低温(水中)(アクリルアミド鎖がひも状の状態)では、BODIPY−AA周囲が親水環境に置かれ、蛍光量子収率が高く、比較的強い蛍光を発し、高温(アクリルアミド鎖が凝集した状態)では、BODIPY―AA周囲が疎水環境に置かれ、蛍光量子収率が低減し、比較的弱い蛍光を発することになる。ベンゾフラザン骨格の蛍光色素を用いた蛍光温度センサーでは、温度上昇に伴い、蛍光強度が上昇することがわかっている。つまりBODIPYとベンゾフラザン骨格蛍光色素の両方を用いることで、温度変化に伴う蛍光強度比の変化を感度良く検出することができると予測された。   As can be seen from the results in Table 1, the BODIPY-AA fluorescent unit newly used for the temperature probe has a tendency that the quantum yield is low in a hydrophobic environment such as acetonitrile and the quantum yield is high in water. When this unit is incorporated into an acrylamide polymer, at low temperatures (in water) (the acrylamide chain is in a string state), the BODIPY-AA is placed in a hydrophilic environment, the fluorescence quantum yield is high, and relatively strong fluorescence is emitted. When the temperature is high (the acrylamide chain is aggregated), the periphery of BODIPY-AA is placed in a hydrophobic environment, the fluorescence quantum yield is reduced, and relatively weak fluorescence is emitted. In a fluorescence temperature sensor using a fluorescent dye having a benzofurazan skeleton, it is known that the fluorescence intensity increases as the temperature rises. That is, it was predicted that by using both BODIPY and the benzofurazan skeleton fluorescent dye, a change in the fluorescence intensity ratio accompanying a change in temperature can be detected with high sensitivity.

実施例2:N−n−プロピルアクリルアミドの合成
ベンゼンにN−n−プロピルアミンとトリエチルアミン(1.2eq)を加え、氷浴中で、攪拌子を用いてよく攪拌した後に、アクリル酸クロリド(1.2eq)を10分おきに3回に分けて添加し、室温に戻した。反応液を濾過し、0.1Nの塩酸で分液を行い、上層のベンゼン画分を抽出、無水硫酸ナトリウムを添加した後に、減圧乾固し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒としてジクロロメタン−メタノール=50:1を使用)にて1回目の精製を行った。目的化合物を含んだ画分を再度集め、減圧乾固し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒として酢酸エチル−ヘキサン=1:2を使用)にて2回目の精製を行い、表題の化合物を無色透明液体として得た。
Example 2: Synthesis of Nn-propylacrylamide Nn-propylamine and triethylamine (1.2 eq) were added to benzene, and the mixture was stirred well in an ice bath using a stirrer. .2 eq) was added in 3 portions every 10 minutes and allowed to warm to room temperature. The reaction solution was filtered and separated with 0.1N hydrochloric acid, and the upper benzene fraction was extracted. After adding anhydrous sodium sulfate, it was dried under reduced pressure, and silica gel column chromatography (dichloromethane-methanol = developing solvent = 50: 1 was used) for the first purification. The fractions containing the target compound were collected again, dried under reduced pressure, and purified a second time by silica gel column chromatography (using ethyl acetate-hexane = 1: 2 as a developing solvent), and the title compound was colorless and transparent Obtained as a liquid.

実施例3:N−(2−{[7−(N,N−ジメチルアミノスルホニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4−イル]−(メチル)アミノ}エチル)−N−メチルアクリルアミド(DBThD−AA)の合成
合成は、文献A(Chemistry A European Journal 2012年, 第18巻,第9552 − 9563頁)に記載の方法に従って行った。3−クロロ−1,2−フェニレンジアミンをトルエンに溶解し、N−チオニルアニリンを加えた。130℃で3時間加熱環流したのち、減圧乾固し、シリカゲルクロマトグラフィーによる精製をして、4−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾールを得た。これを0℃にて濃硫酸に溶解し、0℃で1時間半攪拌した後、150℃に加熱し2時間半攪拌した。反応終了後、反応溶液を氷水に注ぎ、ジクロロメタンを用いて抽出した。有機層をNaSOにより乾燥した後、減圧乾固し、シリカゲルクロマトグラフィーによる精製をして、7−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール4−スルホニルクロリドを得た。
Example 3: N- (2-{[7- (N, N-dimethylaminosulfonyl) -2,1,3-benzothiadiazol-4-yl]-(methyl) amino} ethyl) -N-methylacrylamide ( DBThD-AA) was synthesized according to the method described in Document A (Chemistry A European Journal 2012, Vol. 18, pages 9552-9563). 3-Chloro-1,2-phenylenediamine was dissolved in toluene and N-thionylaniline was added. After refluxing at 130 ° C. for 3 hours, the mixture was dried under reduced pressure and purified by silica gel chromatography to obtain 4-chloro-2,1,3-benzothiadiazole. This was dissolved in concentrated sulfuric acid at 0 ° C. and stirred at 0 ° C. for 1.5 hours, then heated to 150 ° C. and stirred for 2.5 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into ice water and extracted with dichloromethane. The organic layer was dried over Na 2 SO 4 , dried under reduced pressure, and purified by silica gel chromatography to obtain 7-chloro-2,1,3-benzothiadiazole 4-sulfonyl chloride.

さらに、得られた物質をジクロロメタンに溶解し、アセトニトリルに溶解したジメチルアミン水溶液を加えた。室温で30分反応させた後に減圧乾固し、シリカゲルクロマトグラフィーによる精製をして、7−クロロ−N、N−ジメチル−2,1,3−ベンゾチアジアゾール4−スルホンアミドを得た。この物質をアセトニトリルに溶解し、この溶液をN,N‘―ジメチルエチレンジアミンに加えた。80℃で1時間反応させた後、減圧乾固し、シリカゲルクロマトグラフィーによる精製をして、N,N−ジメチル−7−[メチル{2−(メチルアミノ)エチル}アミノ]−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4−スルホンアミドを得た。   Further, the obtained substance was dissolved in dichloromethane, and an aqueous dimethylamine solution dissolved in acetonitrile was added. After reacting at room temperature for 30 minutes, it was dried under reduced pressure and purified by silica gel chromatography to obtain 7-chloro-N, N-dimethyl-2,1,3-benzothiadiazole 4-sulfonamide. This material was dissolved in acetonitrile and this solution was added to N, N'-dimethylethylenediamine. After reacting at 80 ° C. for 1 hour, the mixture was dried under reduced pressure and purified by silica gel chromatography to obtain N, N-dimethyl-7- [methyl {2- (methylamino) ethyl} amino] -2,1, 3-Benzothiadiazole-4-sulfonamide was obtained.

得られたN,N−ジメチル−7−[メチル{2−(メチルアミノ)エチル}アミノ]−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4−スルホンアミドをアセトニトリルに溶解し、トリエチルアミン(1eq)、アクリル酸クロリド(1.3eq)を0℃にて加えた後、1時間0℃にて撹拌した。反応溶液にNaCO(1g)を加えろ過した後、減圧乾固し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒としてジクロロメタン/メタノールを使用)にて精製を行い、表題の化合物DBThD―AAを橙色結晶として得た。 The obtained N, N-dimethyl-7- [methyl {2- (methylamino) ethyl} amino] -2,1,3-benzothiadiazole-4-sulfonamide was dissolved in acetonitrile, triethylamine (1 eq), acrylic After acid chloride (1.3 eq) was added at 0 ° C., the mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour. The reaction solution was added with Na 2 CO 3 (1 g), filtered, dried under reduced pressure, and purified by silica gel column chromatography (using dichloromethane / methanol as a developing solvent) to give the title compound DBThD-AA as orange crystals. Got as.

実施例4:N−n−プロピルアクリルアミド/(3−アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウム/N−{2−[(7−N,N−ジメチルアミノスルホニル)−2,1,3−ベンゾオキサジアゾール−4−イル](メチル)アミノ}エチル−N−メチルアクリルアミド/BODIPY−AA共重合体の製造
NNPAM(543mg、4.8mmol)、(3−アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド(55.1mg、0.2mmol、以下「APTMAクロリド」とも称する)、DBThD−AA(9.59mg、25μmol)、BODIPY−AA(1.97mg、5μmol)、AIBN(8.21mg、50μmol)をDMF(10ml)に溶解し、30分間アルゴンガスを通じることにより溶存酸素を除去した。その後、60℃にて4時間反応させ、室温に冷やした。この溶液を、ジエチルエーテル(300ml)に攪拌しながら注いだ。得られた結晶を濾取し、減圧乾燥させた後、さらにMeOH(1mL)に溶かして再沈殿を行った後、純水に溶かし、直径28.6mmのヴィスキングチューブ(透析用セルロースチューブ)を使用し、透析外液を1000mlとして、充分に透析を行い、精製を行った。精製品を凍結乾燥し、表題の共重合体を淡黄色粉末(254.4mg、42%)として得た。
Example 4: Nn-propylacrylamide / (3-acrylamidopropyl) trimethylammonium / N- {2-[(7-N, N-dimethylaminosulfonyl) -2,1,3-benzooxadiazole-4 Preparation of -yl] (methyl) amino} ethyl-N-methylacrylamide / BODIPY-AA copolymer NNPAM (543 mg, 4.8 mmol), (3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride (55.1 mg, 0.2 mmol, (Hereinafter also referred to as “APTMA chloride”), DBThD-AA (9.59 mg, 25 μmol), BODIPY-AA (1.97 mg, 5 μmol), AIBN (8.21 mg, 50 μmol) are dissolved in DMF (10 ml) for 30 minutes. Remove dissolved oxygen by passing argon gas through It was. Then, it was made to react at 60 degreeC for 4 hours, and it cooled to room temperature. This solution was poured into diethyl ether (300 ml) with stirring. The obtained crystals were collected by filtration, dried under reduced pressure, further dissolved in MeOH (1 mL), reprecipitated, then dissolved in pure water, and a Visking tube (cellulose tube for dialysis) having a diameter of 28.6 mm was attached. Used, the dialysis external solution was 1000 ml, and was sufficiently dialyzed for purification. The purified product was lyophilized to give the title copolymer as a pale yellow powder (254.4 mg, 42%).

数平均分子量4537、重量平均分子量9264で、共重合体中の各ユニットの組成比 NNPAM:APTMA:DBThD−AA:BODIPY−AA=94.5:5.5:0.579 : 0.071。なお、共重合体におけるNNPAMユニットとAPTMAユニットの割合はH−NMR測定における積分値より、DBThD−AAユニットの割合はメタノール中の吸光度を4−N,N−(ジメチルアミノ)−7−N,N−ジメチルアミノスルホニル−2,1,3−ベンゾチアジアゾールと比較することにより算出した。BODIPY−AAユニットの割合はメタノール中の吸光度をBODIPY−IAと比較することにより算出した。 The number average molecular weight is 4537, the weight average molecular weight is 9264, and the composition ratio of each unit in the copolymer is NNPAM: APTMA: DBThD-AA: BODIPY-AA = 94.5: 5.5: 0.579: 0.071. In addition, the ratio of the NNPAM unit and the APTMA unit in the copolymer is based on the integrated value in 1 H-NMR measurement, and the ratio of the DBThD-AA unit is the absorbance in methanol of 4-N, N- (dimethylamino) -7-N. , N-dimethylaminosulfonyl-2,1,3-benzothiadiazole was calculated by comparison. The ratio of BODIPY-AA unit was calculated by comparing the absorbance in methanol with BODIPY-IA.

実施例5:感温性ユニットを変化させた共重合体の製造
実施例4で用いた感温性ユニットであるNNPAMよりも各々高い温度、低い温度で構造変化を起こすNIPAM、N−tert―ブチルアクリルアミド(NTBAM)を用いて共重合体の合成を行った。合成した化合物のリストを表2に示す。合成は、実施例4と同様の手法で行い、淡黄色粉末を得た。
Example 5 Production of Copolymer with Changed Temperature Sensitive Unit NIPAM and N-tert-butyl causing structural changes at higher and lower temperatures than the temperature sensitive unit NNPAM used in Example 4 Copolymers were synthesized using acrylamide (NTBAM). A list of synthesized compounds is shown in Table 2. The synthesis was performed in the same manner as in Example 4 to obtain a pale yellow powder.

表2に示すように、目的の共重合体について全て合成することができた。共重合体の組成比の算出法は実施例4に示した通りに行い、共重合体の分子量についても実施例4と同様の方法で算出した。なお、共重合体における感温性ユニットとAPTMAユニットの割合はH−NMR測定における積分値より、DBD−AAユニットおよびBODIPY−AAユニットの割合は、メタノール中の吸光度を4−N,N−(ジメチルアミノ)−7−N,N−ジメチルアミノスルホニル−2,1,3−ベンゾチアジアゾールおよびBODIPY−IAの各々の447nmと498nmのモル吸光係数から算出した。 As shown in Table 2, all the desired copolymers could be synthesized. The composition ratio of the copolymer was calculated as shown in Example 4, and the molecular weight of the copolymer was also calculated in the same manner as in Example 4. The ratio of the thermosensitive unit and the APTMA unit in the copolymer is based on the integral value in 1 H-NMR measurement, and the ratio of the DBD-AA unit and the BODIPY-AA unit is the absorbance in methanol of 4-N, N- It was calculated from the molar extinction coefficient of 447 nm and 498 nm of (dimethylamino) -7-N, N-dimethylaminosulfonyl-2,1,3-benzothiadiazole and BODIPY-IA, respectively.

実施例6: カチオン性ユニットを変化させた共重合体の製造
実施例4で用いたカチオン性ユニットであるAPTMAをより多い比率で用いた共重合体を製造した。また4級アンモニウム塩であるカチオン性ユニットとしてAPTMAの代わりにVBTMAを用いた共重合体を合成した。合成した化合物のリストを表3に示す。合成は、実施例4と同様の手法で行い、淡黄色粉末を得た。
Example 6 Production of Copolymer with Changed Cationic Unit A copolymer was produced that used APTMA, which is a cationic unit used in Example 4, in a higher ratio. A copolymer using VBTMA instead of APTMA as a cationic unit which is a quaternary ammonium salt was synthesized. A list of synthesized compounds is shown in Table 3. The synthesis was performed in the same manner as in Example 4 to obtain a pale yellow powder.

表3に示すように、目的の共重合体について全て合成することができた。共重合体の組成比の算出法は実施例4に示した通りに行い、共重合体の分子量についても実施例4と同様の方法で算出した。なお、共重合体におけるNNPAMユニットとカチオン性ユニットの割合はH−NMR測定における積分値より、DBD−AAユニットおよびBODIPY−AAユニットの割合は、メタノール中の吸光度を4−N,N−(ジメチルアミノ)−7−N,N−ジメチルアミノスルホニル−2,1,3−ベンゾチアジアゾールおよびBODIPY−IAの各々の447nmと498nmのモル吸光係数から算出した。 As shown in Table 3, all the desired copolymers could be synthesized. The composition ratio of the copolymer was calculated as shown in Example 4, and the molecular weight of the copolymer was also calculated in the same manner as in Example 4. In addition, the ratio of the NNPAM unit and the cationic unit in the copolymer is the integrated value in 1 H-NMR measurement, and the ratio of the DBD-AA unit and the BODIPY-AA unit is the absorbance in methanol of 4-N, N- ( It was calculated from the molar extinction coefficients of 447 nm and 498 nm of dimethylamino) -7-N, N-dimethylaminosulfonyl-2,1,3-benzothiadiazole and BODIPY-IA, respectively.

実施例7:蛍光性ユニット比を変化させた共重合体の製造
実施例4で合成した共重合体の2つの蛍光性ユニット比を変化させた共重合体を合成した。合成した化合物のリストを表4に示す。合成は、実施例4と同様の手法で行い、淡黄色粉末を得た。
Example 7: Production of Copolymer with Changed Fluorescent Unit Ratio A copolymer with the two fluorescent unit ratios of the copolymer synthesized in Example 4 changed was synthesized. Table 4 shows a list of synthesized compounds. The synthesis was performed in the same manner as in Example 4 to obtain a pale yellow powder.

表4に示すように、目的の共重合体について全て合成することができた。共重合体の組成比の算出法は実施例4に示した通りに行い、共重合体の分子量についても実施例4と同様の方法で算出した。なお、共重合体におけるNNPAMユニットとAPTMAユニットの割合はH−NMR測定における積分値より、DBD−AAユニットおよびBODIPY−AAユニットの割合は、メタノール中の吸光度を4−N,N−(ジメチルアミノ)−7−N,N−ジメチルアミノスルホニル−2,1,3−ベンゾチアジアゾールおよびBODIPY−IAの各々の447nmと498nmのモル吸光係数から算出した。 As shown in Table 4, all the desired copolymers could be synthesized. The composition ratio of the copolymer was calculated as shown in Example 4, and the molecular weight of the copolymer was also calculated in the same manner as in Example 4. The ratio of the NNPAM unit and the APTMA unit in the copolymer is based on the integral value in 1 H-NMR measurement. The ratio of the DBD-AA unit and the BODIPY-AA unit is the absorbance in methanol of 4-N, N- (dimethyl Amino) -7-N, N-dimethylaminosulfonyl-2,1,3-benzothiadiazole and BODIPY-IA were calculated from the molar extinction coefficients of 447 nm and 498 nm, respectively.

実施例8:感熱応答性試験
化合物1〜8の150mM KCl中での感熱応答性試験を以下の手順で行った。JASCO FP−6500分光蛍光光度計を使用し、溶媒として、Millipore社のMilli−Q reagent systemから得た超純水を用いて、和光純薬より購入したKClを150mMの濃度になるように溶かしたものを用いた。当実験における化合物の初期濃度は0.01w/v%とし、励起波長は458nmとした。溶液の温度制御にはJASCO ETC−273T水冷ペルチェ式恒温セルホルダを使用し、付属の熱電対により温度を測定した。溶液温度を1℃あるいは2℃刻みで上昇させ、各温度における450〜850nmの蛍光スペクトルを測定した。
Example 8: Thermal sensitivity test The thermal sensitivity test of compounds 1 to 8 in 150 mM KCl was performed according to the following procedure. Using a JASCO FP-6500 spectrofluorometer, KCl purchased from Wako Pure Chemicals was dissolved to a concentration of 150 mM using ultrapure water obtained from Millipore Milli-Q reagent system as a solvent. A thing was used. The initial concentration of the compound in this experiment was 0.01 w / v%, and the excitation wavelength was 458 nm. A JASCO ETC-273T water-cooled Peltier thermostatic cell holder was used for temperature control of the solution, and the temperature was measured with an attached thermocouple. The solution temperature was increased in increments of 1 ° C. or 2 ° C., and a fluorescence spectrum of 450 to 850 nm at each temperature was measured.

化合物2の温度を変えたときのスペクトル変化の例を図1に示す。この結果より温度上昇に伴い、BODIPY由来の蛍光スペクトルである500〜520nmの蛍光強度は減少し、DBThD由来の蛍光スペクトルである540〜600nmの蛍光強度は上昇することが確認できた。これら2波長領域の比を取ることで、温度変化に伴う共重合体の構造変化を捉えることができる。すなわち、共重合体周囲の温度を蛍光強度比で表せることが確認できた。このスペクトル変化の結果から、580nmと515nmの蛍光強度比(FI580/FI510)を取ることで、温度変化に対する蛍光強度比の変化が大きくなることがわかった。   An example of a spectrum change when the temperature of the compound 2 is changed is shown in FIG. From this result, it was confirmed that the fluorescence intensity at 500 to 520 nm, which is a fluorescence spectrum derived from BODIPY, decreases with increasing temperature, and the fluorescence intensity at 540 to 600 nm, which is a fluorescence spectrum derived from DBThD, increases. By taking the ratio of these two wavelength regions, the structural change of the copolymer accompanying the temperature change can be captured. That is, it was confirmed that the temperature around the copolymer can be expressed by the fluorescence intensity ratio. From the result of this spectrum change, it was found that the change in the fluorescence intensity ratio with respect to the temperature change is increased by taking the fluorescence intensity ratio (FI580 / FI510) of 580 nm and 515 nm.

そこで、図2〜4に各化合物の各温度における580nmと515nmの蛍光強度比(FI580/FI510)を示した。図2に示すように、感温性ユニットはNTBAM,NNPAM,NIPAMの順に応答する温度領域が高くなるが、用いる感温性応答部位の性質によって、応答する温度領域を自由に制御し、蛍光強度比によって温度を定量できることがわかった。また、図3に示すように、カチオン性ユニットとしてVBTMAを用いた共重合体(化合物6)でも、温度に対する蛍光強度比の上昇が認められた。また、APTMAの組成比を変えたもの(化合物5)でも温度に対する蛍光強度比の上昇が認められた。さらに、図4では2つの蛍光性ユニット比を変えた共重合体についても同様に蛍光強度比で温度を定量できることを示している。   2 to 4 show the fluorescence intensity ratio (FI580 / FI510) of 580 nm and 515 nm at each temperature of each compound. As shown in FIG. 2, the temperature sensitive unit responds in the order of NTBAM, NNPAM, and NIPAM, but the temperature range of response is freely controlled according to the nature of the temperature sensitive response site to be used. It was found that the temperature could be quantified by the ratio. In addition, as shown in FIG. 3, an increase in the fluorescence intensity ratio with respect to temperature was also observed in the copolymer (compound 6) using VBTMA as the cationic unit. Further, even when the composition ratio of APTMA was changed (Compound 5), an increase in the fluorescence intensity ratio with respect to temperature was observed. Further, FIG. 4 shows that the temperature can be quantified in the same manner with respect to a copolymer in which the ratio of two fluorescent units is changed.

実施例9:感熱応答試験における塩化カリウム濃度依存性評価
化合物1の感熱応答性におけるKCl濃度依存性を以下の手順で試験し、調査した。実験手法は実施例8と同様であり、当実験における化合物1の初期濃度は0.005w/v%とし、KCl濃度は125mM、150mM、175mMとなるように溶媒を調製した。
Example 9: Evaluation of dependence of potassium chloride concentration on thermal response test The dependence of KCl on thermal sensitivity of compound 1 was examined and investigated by the following procedure. The experimental procedure was the same as in Example 8. The solvent was prepared so that the initial concentration of Compound 1 in this experiment was 0.005 w / v% and the KCl concentrations were 125 mM, 150 mM, and 175 mM.

試験結果を図5に示す。一般的に細胞内のカリウム濃度は約140mMと推定されており、特殊な環境変化がない限り、細胞内のカリウム濃度の変化は小さいことがわかっている。125〜175mMの範囲内の塩化カリウム溶液の濃度変化に対する温度応答性の変化はわずかに観測されるものの、細胞内のカリウム濃度変化はこれよりも到底低いレベルにあるために、細胞内の温度を測定する上での影響はほとんどないことが示唆された。   The test results are shown in FIG. In general, the intracellular potassium concentration is estimated to be about 140 mM, and it is known that the change in intracellular potassium concentration is small unless there is a special environmental change. Although a slight change in temperature responsiveness to changes in the concentration of potassium chloride solution within the range of 125 to 175 mM is observed, the change in intracellular potassium concentration is at a level lower than this. It was suggested that there was almost no influence on the measurement.

実施例10:pH応答性の評価
化合物1の感熱応答性におけるpH依存性を以下の手順で試験し、調査した。溶媒として150mM KClを用いて、塩酸でpHを6に、水酸化カリウムでpHを9に調整した。実験手法は実施例8と同様である。当実験における化合物1の初期濃度は0.005w/v%とした。
Example 10: Evaluation of pH responsiveness The pH dependence of the thermal responsiveness of Compound 1 was tested and investigated by the following procedure. Using 150 mM KCl as a solvent, the pH was adjusted to 6 with hydrochloric acid, and the pH was adjusted to 9 with potassium hydroxide. The experimental method is the same as in Example 8. The initial concentration of Compound 1 in this experiment was 0.005 w / v%.

試験結果を図6に示す。一般的な細胞の温度範囲(25℃〜45℃)においては、pH変化による蛍光強度の変化はほとんど観測されなかった。つまり、pH変化によって温度応答性はほぼ影響を受けないことが明らかとなり、より高感度に蛍光強度が温度を反映することがわかった。   The test results are shown in FIG. In the general cell temperature range (25 ° C. to 45 ° C.), almost no change in fluorescence intensity due to pH change was observed. That is, it became clear that the temperature responsiveness was not substantially affected by the pH change, and the fluorescence intensity reflected the temperature with higher sensitivity.

実施例11:培養細胞(浮遊細胞)への温度プローブの導入
MOLT−4 (ヒト急性リンパ芽球性白血病(T−細胞))をRPMI1640培地(10%FBS)、100mmディッシュにて培養した(播種1×104cells/ml)。2日後、培養液3mlを遠心(300g、2分)し、培地を取り除き、5%グルコースで洗浄後、再度5%グルコース1mlで懸濁し、化合物1−9をそれぞれ終濃度0.05%となるように添加した。25℃、10分後、遠心(300g、2分)し、上清を取り除き、PBSで洗浄後、PBSに懸濁し、プローブが導入されているかの確認を顕微鏡観察にて行った。共焦点レーザー顕微鏡(FV1000、Olympus)、40倍対物レンズ(UplanSApo,Olympus)を用いて観察し、細胞に473nmのレーザー(Multi Arレーザー)を当て、500nmから600nmまでの蛍光波長に対する蛍光像を観察した。
Example 11: Introduction of temperature probe into cultured cells (floating cells) MOLT-4 (human acute lymphoblastic leukemia (T-cell)) was cultured in RPMI 1640 medium (10% FBS) in a 100 mm dish (seeding). 1 × 10 4 cells / ml). Two days later, 3 ml of the culture broth was centrifuged (300 g, 2 minutes), the medium was removed, washed with 5% glucose, and then suspended again with 1 ml of 5% glucose to give each compound 1-9 at a final concentration of 0.05%. Was added as follows. After 10 minutes at 25 ° C., the mixture was centrifuged (300 g, 2 minutes), the supernatant was removed, washed with PBS, suspended in PBS, and the presence of the probe was confirmed by microscopic observation. Observe with confocal laser microscope (FV1000, Olympus), 40x objective lens (UplanSApo, Olympus), apply 473 nm laser (Multi Ar laser) to cells and observe fluorescence images for fluorescence wavelengths from 500 nm to 600 nm did.

結果を図7に示す。それぞれの化合物にて、浮遊細胞であるMOLT4においてもプローブの導入が確認できた。また、化合物1に関しては、約50〜100細胞で細胞質内にプローブ由来の蛍光が確認できた(細胞の自家蛍光を除く)細胞の割合を算出したところ、99.2±1.1(%)であった。   The results are shown in FIG. With each compound, the introduction of the probe could be confirmed even in MOLT4 which is a floating cell. For compound 1, the proportion of cells in which the fluorescence derived from the probe could be confirmed in the cytoplasm in about 50 to 100 cells (excluding the autofluorescence of the cells) was calculated, and 99.2 ± 1.1 (%) Met.

実施例12:培養細胞(浮遊細胞)に対しての化合物1の蛍光強度応答
実施例11のようにして、MOLT−4へ化合物1の導入を行い、PBSに懸濁した状態でキュベットに入れ、さらにキュベット内に2mm直径の球状の攪拌子を入れた。キュベットをJASCO FP−6500分光蛍光光度計にセットし、約800rpmの速度で回転させ、細胞が沈むのを防ぎながら、蛍光スペクトルを測定した。励起波長は458nmとした。溶液の温度制御にはJASCO ETC−273T水冷ペルチェ式恒温セルホルダを使用し、付属の熱電対により温度を測定した。溶液温度を2℃刻みで上昇させ、細胞内部の温度と外部の温度を一定にするよう温度上昇後2分静置し、各温度における蛍光強度を測定した。
Example 12: Fluorescence intensity response of Compound 1 to cultured cells (floating cells) As in Example 11, Compound 1 was introduced into MOLT-4 and placed in a cuvette suspended in PBS. Furthermore, a spherical stirring bar having a diameter of 2 mm was placed in the cuvette. The cuvette was set on a JASCO FP-6500 spectrofluorometer and rotated at a speed of about 800 rpm to measure the fluorescence spectrum while preventing the cells from sinking. The excitation wavelength was 458 nm. A JASCO ETC-273T water-cooled Peltier thermostatic cell holder was used for temperature control of the solution, and the temperature was measured with an attached thermocouple. The solution temperature was increased in increments of 2 ° C., and the temperature was increased for 2 minutes after the temperature was increased so that the temperature inside the cell and the temperature outside the cell were kept constant.

結果を図8に示す。化合物1によって、細胞内の温度を算出することができた。一般的な哺乳類細胞の生育温度である25〜40℃の幅広い温度領域で細胞内温度を計測できることが確認できた。   The results are shown in FIG. Compound 1 was able to calculate the intracellular temperature. It was confirmed that the intracellular temperature could be measured in a wide temperature range of 25 to 40 ° C., which is a general mammalian cell growth temperature.

実施例13:温度分解能の評価
実施例8の結果のように、温度(T)を横軸に蛍光強度比(R)を縦軸に取った場合を想定する。∂を微小量、δを誤差とした場合、次のような関係が成り立つ。
Example 13: Evaluation of temperature resolution As in the result of Example 8, it is assumed that temperature (T) is plotted on the horizontal axis and fluorescence intensity ratio (R) is plotted on the vertical axis. When ∂ is a minute amount and δ is an error, the following relationship is established.

つまり何℃の温度差を検出できるかを示す温度分解能δTは、
と示される。ここで、∂が微小量を表すことから、
は温度(T)を横軸に蛍光強度比(R)を縦軸に取ったグラフの曲線の接線の傾きを示している。δは誤差を表しているので、δRは蛍光強度比の誤差である。ここでは標準偏差を誤差値として用いた。
In other words, the temperature resolution δT indicating how many degrees of temperature difference can be detected is
It is indicated. Here, since ∂ represents a minute amount,
Indicates the slope of the tangent of the curve of the graph with temperature (T) on the horizontal axis and fluorescence intensity ratio (R) on the vertical axis. Since δ represents an error, δR is an error in the fluorescence intensity ratio. Here, the standard deviation was used as the error value.

つまり、(温度分解能)=(温度(T)を横軸に蛍光強度比(R)を縦軸に取ったグラフの曲線の接線の傾きの逆数)×(蛍光強度比の誤差)として算出することができる。   That is, (temperature resolution) = (reciprocal of the slope of the tangent of the curve of the graph with temperature (T) on the horizontal axis and fluorescence intensity ratio (R) on the vertical axis) × (error of fluorescence intensity ratio). Can do.

実施例12の結果である図8について温度分解能を評価した結果、図9のようになった。例えば化合物1に関しては、30〜44℃という一般的な哺乳類細胞の生理的温度で0.2℃程度の温度分解能があり、非常に幅広い温度領域を高い感度で定量できることがわかった。また、2つの蛍光性ユニット比が異なる3つの化合物(化合物1、化合物7および化合物8)の150mMKCl溶液中での温度応答性試験の結果である図4について、温度分解能を解析した結果も図9に示した。それぞれのプローブにおいて、25℃から45℃の幅広い温度領域で、0.1℃程度の高い温度分解能があることが示された。   As a result of evaluating the temperature resolution of FIG. 8 which is the result of Example 12, the result is as shown in FIG. For example, Compound 1 has a temperature resolution of about 0.2 ° C. at a general mammalian cell physiological temperature of 30 to 44 ° C., and it was found that a very wide temperature range can be quantified with high sensitivity. 9 shows the result of analyzing the temperature resolution of FIG. 4 which is the result of the temperature responsiveness test in a 150 mM KCl solution of three compounds (compound 1, compound 7 and compound 8) having two different fluorescent unit ratios. It was shown to. Each probe was shown to have a high temperature resolution of about 0.1 ° C. in a wide temperature range from 25 ° C. to 45 ° C.

比較例1:1蛍光性ユニットのみからなる蛍光性温度プローブの細胞内での温度分解能
既知の公報(国際公開第2013/094748号)に記載の化合物9(以下「前化合物9」という)は、細胞内で感度よく応答する温度領域が35℃付近を中心として±5℃の範囲であり、感度良く細胞内温度計測ができることがわかっていた。培養したMOLT−4 を5%グルコースで洗浄後、再度5%グルコース1mlで懸濁し、前化合物9を終濃度0.05%となるように添加した。25℃、10分後、遠心(300g、2分)し、上清を取り除き、PBSで洗浄後、PBSに懸濁して、実施例12のようにして、各温度(25〜40℃、1℃刻み)における蛍光スペクトルを測定した。
Comparative Example 1: Compound 9 (hereinafter referred to as “pre-compound 9”) described in a known publication (International Publication No. 2013/094748) of a temperature resolution in a cell of a fluorescent temperature probe consisting of only a fluorescent unit: It has been found that the temperature range in which the response in the cell is sensitive is in the range of ± 5 ° C. centering around 35 ° C., and the intracellular temperature can be measured with high sensitivity. The cultured MOLT-4 was washed with 5% glucose and then suspended again with 1 ml of 5% glucose, and the pre-compound 9 was added to a final concentration of 0.05%. After 10 minutes at 25 ° C, the mixture is centrifuged (300 g, 2 minutes), the supernatant is removed, washed with PBS, suspended in PBS, and each temperature (25-40 ° C, 1 ° C as in Example 12). The fluorescence spectrum at the step) was measured.

蛍光強度565nm(高温時の最大蛍光波長)と580nm(低温時の最大蛍光波長)の比を取った場合の蛍光強度比の変化のグラフと温度分解能について図10に示す。感度が高いと考えられていた前化合物9でも、25〜40℃までの中で最大の感度を示すのは40℃で0.05℃であるが、0.1℃より小さな温度差を検出できるのはこの温度のみである。35℃付近の感度よく測定できる温度範囲においては0.2℃より大きい値の温度分解能を示しており、また30℃から40℃までの平均温度分解能は0.45℃であった。一方、図9の化合物1では、同じ温度領域での平均温度分解能は0.07℃であることから、今回合成した新規のプローブが極めて感度の高い温度計測ができることが明らかとなった。   FIG. 10 shows a graph of changes in the fluorescence intensity ratio and the temperature resolution when the ratio of the fluorescence intensity of 565 nm (maximum fluorescence wavelength at high temperature) and 580 nm (maximum fluorescence wavelength at low temperature) is taken. Even in the pre-compound 9, which was thought to have high sensitivity, the maximum sensitivity in the range from 25 to 40 ° C is 0.05 ° C at 40 ° C, but a temperature difference smaller than 0.1 ° C can be detected. This is the only temperature. In the temperature range where the sensitivity can be measured at around 35 ° C., a temperature resolution greater than 0.2 ° C. was exhibited, and the average temperature resolution from 30 ° C. to 40 ° C. was 0.45 ° C. On the other hand, compound 1 in FIG. 9 has an average temperature resolution of 0.07 ° C. in the same temperature region, and thus it has been clarified that the novel probe synthesized this time can measure temperature with extremely high sensitivity.

実施例14:接着細胞への本プローブの応用
ヒト由来胎児腎細胞HEK293TをDMEM培地(5%FBS,1%penicillin−streptomycin)、35mmガラスボトムディッシュにて培養した(播種1×10cells/cm)。1日後、培地を5%グルコースに置換し、化合物1を終濃度0.05%となるように添加し、25℃で10分静置した。その後、プローブを取り除き、PBSで洗浄後、phenolred−freeのDMEM培地に置換し、37℃に保った状態で顕微鏡観察を行った。顕微鏡観察は、共焦点レーザー顕微鏡(FV1000、Olympus)、60倍油浸対物レンズ(UplanSApo N.A.1.40,Olympus)を用いて観察した。細胞に473nmのレーザー(Multi Arレーザー)に照射し、490〜530nmの蛍光画像(P1)と560〜610nmの蛍光画像(P2)を取得した。なおP1、P2はバックグラウンドとして細胞のないある領域の蛍光強度を差し引く画像処理を行った。
Example 14: Application of this probe to adherent cells Human-derived fetal kidney cells HEK293T were cultured in a DMEM medium (5% FBS, 1% penicillin-streptomycin) in a 35 mm glass bottom dish (seeding 1 × 10 3 cells / cm). 2 ). One day later, the medium was replaced with 5% glucose, Compound 1 was added to a final concentration of 0.05%, and the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the probe was removed, washed with PBS, replaced with phenolic-free DMEM medium, and observed under a microscope at 37 ° C. Microscopic observation was performed using a confocal laser microscope (FV1000, Olympus) and a 60 × oil immersion objective lens (UplanSApo NA 1.40, Olympus). The cells were irradiated with a 473 nm laser (Multi Ar laser) to obtain a 490-530 nm fluorescent image (P1) and a 560-610 nm fluorescent image (P2). P1 and P2 were subjected to image processing to subtract the fluorescence intensity of a certain area without cells as a background.

結果を図11に示す。P1、P2の結果から明らかであるように、HEK293Tのような接着細胞にも容易にプローブを導入することが出来た。また、P2の各ピクセルの蛍光強度値をP1の蛍光強度値で割った図をP2/P1として示した。その結果、細胞内の温度分布を可視化し、定量できることが明らかとなった。さらに細胞一部分の断面図のレシオ強度(白黒の強度値)を図12に示した。その結果、細胞内においてもレシオ値に明確な差があることが明白であった。これらの結果から、蛍光強度比をとることができる顕微鏡でも細胞内の温度分布が可視化できることが明らかとなり、今までの蛍光性温度センサーでは実現できなかった非常に汎用性の高い技術であることが示された。   The results are shown in FIG. As is clear from the results of P1 and P2, the probe could be easily introduced into adherent cells such as HEK293T. Further, a graph obtained by dividing the fluorescence intensity value of each pixel of P2 by the fluorescence intensity value of P1 is shown as P2 / P1. As a result, it became clear that the temperature distribution in the cell can be visualized and quantified. Furthermore, the ratio intensity (black and white intensity value) of the sectional view of a part of the cells is shown in FIG. As a result, it was clear that there was a clear difference in the ratio value even in the cells. From these results, it became clear that the temperature distribution in the cell can be visualized even with a microscope capable of taking a fluorescence intensity ratio, and this is a very versatile technology that could not be realized with conventional fluorescent temperature sensors. Indicated.

実施例15:顕微鏡によるオルガネラ別の温度の評価
実施例14のようにして、HEK293T細胞に化合物1を導入し、DMEM培地に置換し、27℃、32℃、37℃に保った状態でそれぞれの温度で顕微鏡観察を行った。顕微鏡観察は、共焦点レーザー顕微鏡(FV1000、Olympus)、60倍油浸対物レンズ(UplanSApo N.A.1.40,Olympus)を用いて観察した。励起は473nmのレーザー(Multi Arレーザー)で行い、80/20リフレクターを介して、510〜520nmの蛍光画像(P1)と580〜590nmの蛍光画像(P2)を取得した。
Example 15: Evaluation of temperature according to organelle by microscope As in Example 14, Compound 1 was introduced into HEK293T cells, replaced with DMEM medium, and maintained at 27 ° C, 32 ° C, and 37 ° C. Microscopic observation was performed at temperature. Microscopic observation was performed using a confocal laser microscope (FV1000, Olympus) and a 60 × oil immersion objective lens (UplanSApo NA 1.40, Olympus). Excitation was performed with a 473 nm laser (Multi Ar laser), and a fluorescence image (P1) of 510 to 520 nm and a fluorescence image (P2) of 580 to 590 nm were obtained via an 80/20 reflector.

得られた細胞の微分干渉像を元に、蛍光像の細胞全体および核を興味領域(ROI)で囲み、それぞれのROI内の平均蛍光強度シグナルをFV10−ASW解析ソフト(Olympus)で算出した。細胞質の平均蛍光強度シグナルは細胞全体のシグナルから核のシグナルを差し引くことによって算出した。さらに、P2のシグナルをP1のシグナルで除することによって、細胞質、核のそれぞれの平均レシオシグナルを算出した。9細胞の平均値を図13に示す。その結果、細胞質と核で、細胞内温度が異なることが示された。実施例14の結果と合わせて、細胞内の温度分布を感度よく定量できることがわかった。   Based on the obtained differential interference image of the cells, the whole cell and nucleus of the fluorescence image were surrounded by the region of interest (ROI), and the average fluorescence intensity signal in each ROI was calculated by FV10-ASW analysis software (Olympus). The cytoplasmic mean fluorescence intensity signal was calculated by subtracting the nuclear signal from the whole cell signal. Further, by dividing the P2 signal by the P1 signal, the respective average ratio signals of the cytoplasm and nucleus were calculated. The average value of 9 cells is shown in FIG. As a result, it was shown that the intracellular temperature differs between cytoplasm and nucleus. Together with the results of Example 14, it was found that the temperature distribution in the cells can be quantified with high sensitivity.

実施例16:プローブの毒性評価
実施例11のようにして、MOLT−4細胞に化合物1を導入し、RPMI培地に懸濁した。また、実施例14のようにして、HEK293T細胞に化合物1を導入し、DMEM培地に置換した。その後、両細胞に対して、非膜透過性の蛍光試薬であるヨウ化プロピジウム(PI)を終濃度0.67μg/mlとなるように培地中に添加し、37℃で30分間処理した後、顕微鏡で観察を行った。化合物1は473nmのレーザーで励起し、PIは559nmのレーザーで励起し、それぞれ490〜550nm、655〜755nmの蛍光波長で観察を行った。なお、観察時のカメラの光増倍管感度やレーザー強度は、95℃、1分間熱処理した細胞を死滅した細胞のコントロールとして用いて調整を行った。
Example 16: Toxicity evaluation of probe As in Example 11, Compound 1 was introduced into MOLT-4 cells and suspended in RPMI medium. Further, as in Example 14, Compound 1 was introduced into HEK293T cells and replaced with DMEM medium. Thereafter, propidium iodide (PI), which is a non-membrane-permeable fluorescent reagent, was added to the medium to a final concentration of 0.67 μg / ml and treated at 37 ° C. for 30 minutes. Observation was performed with a microscope. Compound 1 was excited by a 473 nm laser, PI was excited by a 559 nm laser, and observation was performed at fluorescence wavelengths of 490 to 550 nm and 655 to 755 nm, respectively. In addition, the photomultiplier tube sensitivity and the laser intensity of the camera at the time of observation were adjusted by using cells that had been heat-treated at 95 ° C. for 1 minute as controls for dead cells.

顕微鏡下で化合物1の蛍光が観察された細胞を約100細胞選んで、PIの蛍光が観察された細胞を死滅細胞として数をカウントした。その結果、MOLT−4細胞においては、生存率が97.9±1.7(%)で、HEK293T細胞の生存率は100.0±0.0(%)であり、どちらの細胞においても温度プローブの毒性は非常に低いことがわかった。   About 100 cells in which the fluorescence of Compound 1 was observed under the microscope were selected, and the number of cells in which the fluorescence of PI was observed was counted as dead cells. As a result, in MOLT-4 cells, the survival rate was 97.9 ± 1.7 (%), and the survival rate of HEK293T cells was 100.0 ± 0.0 (%). It was found that the toxicity of the probe was very low.

実施例17:筋管細胞へのプローブ導入試験と温度応答性の評価
C2C12(マウス筋芽細胞由来、ECACC)を増殖培地(DMEM、10%FBS、100 U/mlpenicillin, 100 μg/mlstreptomycin)で培養後、3x10/cmとなるようにプラスチックボトムディッシュ(ibidi社)に播種、3日後に分化培地(DMEM,2%ウマ血清,100 U/mlpenicillin, 100 μg/mlstreptomycin)に置換し、さらに7日間培養した。
Example 17: Probe introduction test into myotube cells and evaluation of temperature responsiveness C2C12 (derived from mouse myoblast, ECACC) was cultured in a growth medium (DMEM, 10% FBS, 100 U / ml penicillin, 100 μg / ml streptomycin) Thereafter, the cells were seeded in a plastic bottom dish (IBIDI) to 3 × 10 3 / cm 2 and replaced with differentiation medium (DMEM, 2% horse serum, 100 U / ml penicillin, 100 μg / ml streptomycin) after 3 days. Cultured for days.

培養した細胞を0.45mM CaClを含んだ5%グルコースで洗浄し、0.45mM CaClを含んだ5%グルコースに溶解した化合物1懸濁液(終濃度0.03%)を、ディッシュ中央のホール部(観察部)に350 μl 添加、室温で10 min処理した。0.45 mM CaClを含んだPBSで2回洗浄後、顕微鏡観察用培地に置換した。観察は、共焦点レーザー顕微鏡(FV1000、Olympus)、20倍対物レンズ(UPLSAPO,NA 0.75、Olympus)を用いて観察し、細胞に473nmのレーザー(Multi Arレーザー)を照射して、485〜545nm(P1)と570〜670nm(P2)の2蛍光波長に対する蛍光像を観察した。また実施例14と同様の方法で、P2/P1のレシオ像も作成した The cultured cells were washed with 5% glucose containing 0.45 mM CaCl 2, Compound 1 suspension was dissolved in 5% glucose containing 0.45 mM CaCl 2 (final concentration 0.03%), the dish center 350 μl was added to the hole part (observation part) and treated at room temperature for 10 min. After washing twice with PBS containing 0.45 mM CaCl 2 , the medium was replaced with a microscope observation medium. The observation was performed using a confocal laser microscope (FV1000, Olympus) and a 20 × objective lens (UPLSAPO, NA 0.75, Olympus), and the cells were irradiated with a 473 nm laser (Multi Ar laser), and 485- Fluorescence images for two fluorescence wavelengths of 545 nm (P1) and 570 to 670 nm (P2) were observed. A ratio image of P2 / P1 was also created in the same manner as in Example 14.

結果を図14に示す。筋細胞はCaを培地中から抜いてしまうと細胞にダメージがあることがわかり、導入時のグルコース溶液にCaを少量入れることで、細胞にダメージを与えずにプローブを導入できることがわかった。さらに、外部温度を変化させることで、レシオ値が変化することも確認できた。このように分化したような成熟細胞においてもプローブは適用でき、細胞内の温度計測ができることが示された。   The results are shown in FIG. It was found that muscle cells were damaged when Ca was removed from the medium, and that the probe could be introduced without damaging the cells by adding a small amount of Ca to the glucose solution at the time of introduction. Furthermore, it was also confirmed that the ratio value was changed by changing the external temperature. It was shown that the probe can be applied to mature cells that are differentiated in this way, and the temperature inside the cell can be measured.

Claims (10)

感熱性ユニット、カチオン性ユニットおよび蛍光性ユニットを含む共重合体を含んでなる温度感受性プローブであって、
相互に異なる最大蛍光波長を有する第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットを含んでなり、
感熱性ユニットが、以下の式(a):
[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
およびRは、独立に、水素原子およびC1−20アルキルから選択され、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、C1−6アルコキシ、およびアリールから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく、またはRおよびRはそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成し、ここで当該ヘテロ環は、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ニトロ、ハロゲン原子、C1−10アルキルカルボニルアミノおよびアリールカルボニルアミノから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい]
で表される1種または2種以上のモノマーに由来する1種または2種以上の繰り返し構造であり、
カチオン性ユニットが、以下の式(b):
[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
Wは、芳香環または−X−C(=O)−(ここで、Qに直接結合するのはXである)であり;
は、O、S、またはN−R11であり;
11は、水素原子、C1−6アルキル、または−Q−Yであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
は、独立に、C1−20アルキレン、C3−20アルケニレン、またはC3−20アルキニレンから選択され、ここで前記アルキレンは、1以上の個所において、O、S、−O−P(=O)(−OH)−O−またはフェニレンが独立に挿入されていてもよく;
Yは、独立に、1以上の正電荷を有しうるイオン性官能基であって、−N212223 、−C(=NR41)−NR4243、および下式:
により表される基から選択され;
およびX はカウンターアニオンであり;
21、R22、およびR23は、独立に、C1−10アルキル、およびC7−14アラルキルから選択され、またはR21およびR22は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよく;
24は、C1−10アルキル、またはC7−14アラルキルであり;
41、R42およびR43は、独立に、水素原子およびC1−10アルキルから選択され、またはR41およびR42は、それぞれが結合する窒素原子および炭素原子と一緒になって、2つの窒素原子を含む5〜7員ヘテロ環を形成してもよく、またはR42およびR43は、結合する窒素原子と一緒になって、5〜7員含窒素ヘテロ環を形成してもよい]
で表される1種または2種以上のモノマーに由来する1種または2種以上の繰り返し構造である、温度感受性プローブ。
A temperature sensitive probe comprising a copolymer comprising a thermosensitive unit, a cationic unit and a fluorescent unit,
Comprising a first fluorescent unit and a second fluorescent unit having different maximum fluorescence wavelengths from each other;
The thermosensitive unit has the following formula (a):
Wherein R 1 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
R 4 and R 5 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-20 alkyl, wherein the alkyl is substituted with one or more substituents selected from hydroxy, C 1-6 alkoxy, and aryl Or R 4 and R 5 together with the nitrogen atom to which they are attached form a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle, where the heterocycle is C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, nitro, halogen atom, optionally substituted by one or more substituents selected from C 1-10 alkylcarbonylamino and arylcarbonylamino]
Is one or two or more repeating structures derived from one or more monomers represented by:
The cationic unit is represented by the following formula (b):
[Wherein R 2 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
W is an aromatic ring or —X 1 —C (═O) — (where X 1 is directly attached to Q 1 );
X 1 is O, S, or N—R 11 ;
R 11 is a hydrogen atom, C 1-6 alkyl, or —Q 1 -Y, wherein the alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkyl Optionally substituted by one or more substituents selected from sulfinyl, and C 1-6 alkylsulfonyl;
Q 1 is independently selected from C 1-20 alkylene, C 3-20 alkenylene, or C 3-20 alkynylene, wherein the alkylene is O, S, —O—P () at one or more points. ═O) (— OH) —O— or phenylene may be independently inserted;
Y is independently an ionic functional group that may have one or more positive charges, and is —N + R 21 R 22 R 23 X e , —C (═NR 41 ) —NR 42 R 43 , and The following formula:
Selected from the group represented by
X e and X f are counter anions;
R 21 , R 22 , and R 23 are independently selected from C 1-10 alkyl and C 7-14 aralkyl, or R 21 and R 22 together with the nitrogen atom to which A 7-membered nitrogen-containing heterocycle may be formed;
R 24 is C 1-10 alkyl, or C 7-14 aralkyl;
R 41 , R 42 and R 43 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-10 alkyl, or R 41 and R 42 together with the nitrogen and carbon atoms to which each is attached, nitrogen atom may form a 5- to 7-membered heterocyclic ring containing or R 42 and R 43, together with the nitrogen atom to which they are attached may form a 5- to 7-membered nitrogen-containing heterocycle]
A temperature-sensitive probe, which is one or more repeating structures derived from one or more monomers represented by the formula:
第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットが、同一波長の励起光の照射によって相互に異なる最大蛍光波長の蛍光を生じるものである、請求項1に記載の温度感受性プローブ。   The temperature-sensitive probe according to claim 1, wherein the first fluorescent unit and the second fluorescent unit generate fluorescence having different maximum fluorescence wavelengths by irradiation with excitation light having the same wavelength. 第一の蛍光性ユニットの最大蛍光波長と、第二の蛍光性ユニットの最大蛍光波長との差が、50nm以上である、請求項1に記載の温度感受性プローブ。   The temperature-sensitive probe according to claim 1, wherein the difference between the maximum fluorescence wavelength of the first fluorescence unit and the maximum fluorescence wavelength of the second fluorescence unit is 50 nm or more. 第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットのいずれか一方が、温度の上昇に応じて蛍光強度が上昇するものであり、他方が、温度の上昇に応じて蛍光強度が不変あるいは下降するものであり、望ましくは下降するものである、請求項1に記載の温度感受性プローブ。   Either one of the first fluorescent unit and the second fluorescent unit increases in fluorescence intensity as the temperature increases, and the other increases or decreases in fluorescence intensity as the temperature increases. The temperature sensitive probe of claim 1, wherein the temperature sensitive probe is one that is and preferably descends. 第一の蛍光性ユニットが、以下の式(c):
[式中、Rは、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
は、O、S、またはN−R12であり;
は、直接結合、O、S、SO、SO、N(−R13)、CON(−R16)、N(−R16)CO、N(−R17)CON(−R18)、SON(−R19)またはN(−R19)SOであり;
は、C1−20アルキレン、C3−20アルケニレン、またはC3−20アルキニレンから選択され、ここで前記アルキレンは、1以上の個所において、O、Sまたはフェニレンが独立に挿入されていてもよく;
Arは、6〜18員芳香族炭素環基、または5〜18員芳香族ヘテロ環基から選択され、ここで当該芳香族炭素環基および芳香族ヘテロ環基は、含まれる環の1以上が芳香族環である縮合環を含んでいてもよく、当該芳香族炭素環基および芳香族ヘテロ環基に環原子として存在する−CH−は−C(O)−に置換されていてもよく、さらに当該芳香族炭素環基および芳香族ヘテロ環基は、ハロゲン原子、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、C1−6アルキルスルホニル、ニトロ、シアノ、C1−6アルキルカルボニル、C1−6アルコキシカルボニル、カルボキシ、ホルミル、−NR、および−SONR1415から選択される1以上の置換基により置換されていてもよく(ここで前記C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、C1−6アルキルスルホニル、C1−6アルキルカルボニルおよびC1−6アルコキシカルボニルに含まれるアルキルは、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、C1−6アルキルアミノ、ジ(C1−6アルキル)アミノ、アリール、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい);
およびRは、独立に、水素原子、C1−10アルキル、アリール、C1−10アルキルカルボニル、アリールカルボニル、C1−10アルキルスルホニル、アリールスルホニル、カルバモイル、N−(C1−10アルキル)カルバモイル、およびN,N−ジ(C1−10アルキル)カルバモイルから選択され、ここで前記C1−10アルキル、C1−10アルキルカルボニル、C1−10アルキルスルホニル、N−(C1−10アルキル)カルバモイル、およびN,N−ジ(C1−10アルキル)カルバモイルに含まれるアルキルは、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、C1−6アルキルアミノ、ジ(C1−6アルキル)アミノ、アリール、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく、さらに前記アリール、アリールカルボニル、およびアリールスルホニルに含まれるアリールは、ハロゲン原子、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;または
およびRはそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成し、ここで当該ヘテロ環は、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ニトロ、ハロゲン原子、C1−10アルキルカルボニルアミノおよびアリールカルボニルアミノから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
12は、水素原子、C1−6アルキル、または−Q−X−Arであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
13は、水素原子、またはC1−6アルキルであり、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよく;
14およびR15は、独立に、水素原子、およびC1−6アルキルから選択され;またはR14およびR15はそれらが結合する窒素原子と一緒になって、4〜8員含窒素ヘテロ環を形成し;
16、R17、R18およびR19は、独立に、水素原子、およびC1−6アルキルから選択され、ここで当該アルキルは、ヒドロキシ、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ、C1−6アルキルチオ、C1−6アルキルスルフィニル、およびC1−6アルキルスルホニルから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい]
で表されるモノマーに由来する繰り返し構造であり、
第二の蛍光性ユニットが、以下の式(d):
[式中、R55は、水素原子およびC1−3アルキルから選択され;
51、R52、R53およびR54は、独立に、水素原子およびC1−6アルキルから選択され;
は、直接結合、フェニレン、−Q4−O−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)、または−Q4−N(−R61)−C(=O)−(ここで、ボロンジピロメテン骨格に直接結合するのはQ4である)であり;
61は、水素原子およびC1−6アルキルから選択され;
は、C1−20アルキレン、フェニレン、およびナフチレンから選択され、該フェニレンおよびナフチレンはハロゲン原子、C1−6アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、およびカルボキシから選択される1以上の置換基により置換されていてもよい]
で表されるモノマーに由来する繰り返し構造である、請求項1に記載の温度感受性プローブ。
The first fluorescent unit has the following formula (c):
[Wherein R 3 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
X 2 is O, S, or N—R 12 ;
X 3 is a direct bond, O, S, SO, SO 2 , N (—R 13 ), CON (—R 16 ), N (—R 16 ) CO, N (—R 17 ) CON (—R 18 ). , SO 2 N (—R 19 ) or N (—R 19 ) SO 2 ;
Q 2 is selected from C 1-20 alkylene, C 3-20 alkenylene, or C 3-20 alkynylene, wherein the alkylene has O, S, or phenylene independently inserted at one or more points. Well;
Ar is selected from a 6 to 18-membered aromatic carbocyclic group or a 5 to 18-membered aromatic heterocyclic group, wherein the aromatic carbocyclic group and the aromatic heterocyclic group include at least one of the included rings. A condensed ring which is an aromatic ring may be included, and —CH 2 — present as a ring atom in the aromatic carbocyclic group and aromatic heterocyclic group may be substituted with —C (O) —. In addition, the aromatic carbocyclic group and aromatic heterocyclic group include a halogen atom, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, C 1-6 alkylsulfonyl. , nitro, cyano, C 1-6 alkylcarbonyl, C 1-6 alkoxycarbonyl, carboxy, formyl, -NR 6 R 7, and by one or more substituents selected from -SO 2 NR 14 R 15 May be conversion (the C 1-6 alkyl, where, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, C 1-6 alkylsulfonyl, C 1-6 alkylcarbonyl and C The alkyl contained in 1-6 alkoxycarbonyl is 1 selected from a halogen atom, C 1-6 alkoxy, hydroxy, amino, C 1-6 alkylamino, di (C 1-6 alkyl) amino, aryl, and carboxy. Optionally substituted by the above substituents);
R 6 and R 7 independently represent a hydrogen atom, C 1-10 alkyl, aryl, C 1-10 alkylcarbonyl, arylcarbonyl, C 1-10 alkylsulfonyl, arylsulfonyl, carbamoyl, N— (C 1-10 Alkyl) carbamoyl, and N, N-di (C 1-10 alkyl) carbamoyl, wherein said C 1-10 alkyl, C 1-10 alkylcarbonyl, C 1-10 alkylsulfonyl, N- (C 1 -10 alkyl) carbamoyl and alkyl contained in N, N-di (C 1-10 alkyl) carbamoyl are a halogen atom, C 1-6 alkoxy, hydroxy, amino, C 1-6 alkylamino, di (C 1 -6 alkyl) location amino, aryl, and optionally one or more substituents selected from carboxy May be aryl contained further in the aryl, arylcarbonyl and arylsulfonyl, a substituted, halogen atom, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, and by one or more substituents selected from carboxy Or R 6 and R 7 together with the nitrogen atom to which they are attached form a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle, where the heterocycle is C 1-6 alkyl, Optionally substituted by one or more substituents selected from C 1-6 alkoxy, nitro, halogen atoms, C 1-10 alkylcarbonylamino and arylcarbonylamino;
R 12 is a hydrogen atom, C 1-6 alkyl, or —Q 2 —X 3 —Ar, wherein the alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1 Optionally substituted by one or more substituents selected from -6 alkylsulfinyl, and C 1-6 alkylsulfonyl;
R 13 is hydrogen atom or C 1-6 alkyl, wherein said alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, and C 1- Optionally substituted by one or more substituents selected from 6 alkylsulfonyl;
R 14 and R 15 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl; or R 14 and R 15 together with the nitrogen atom to which they are attached, a 4- to 8-membered nitrogen-containing heterocycle Forming;
R 16 , R 17 , R 18 and R 19 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl, wherein the alkyl is hydroxy, halogen atom, C 1-6 alkoxy, C 1-6 Optionally substituted by one or more substituents selected from alkylthio, C 1-6 alkylsulfinyl, and C 1-6 alkylsulfonyl]
Is a repeating structure derived from a monomer represented by
The second fluorescent unit is represented by the following formula (d):
Wherein R 55 is selected from a hydrogen atom and C 1-3 alkyl;
R 51 , R 52 , R 53 and R 54 are independently selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl;
X 4 is a direct bond, phenylene, —Q 4 —O—C (═O) — (where Q 4 is directly bonded to the boron dipyrromethene skeleton), or —Q 4 —N (—R 61 ) —C (═O) — (wherein Q 4 is directly bonded to the boron dipyrromethene skeleton);
R 61 is selected from a hydrogen atom and C 1-6 alkyl;
Q 4 is selected from C 1-20 alkylene, phenylene, and naphthylene, wherein the phenylene and naphthylene are substituted by one or more substituents selected from a halogen atom, C 1-6 alkoxy, hydroxy, amino, and carboxy. It may be]
The temperature-sensitive probe according to claim 1, which has a repeating structure derived from a monomer represented by the formula:
共重合体が、式(I)、式(II)、式(III)および式(XIII):
[式中、R、RおよびR、ならびにR、Y、WおよびQは、請求項1で定義したとおりであり、R、X、X、QおよびAr、ならびにR55、X4、R51、R52、R53およびR54は、請求項5で定義したとおりであり、a、b、cおよびdは、各繰り返し単位の比を表す0より大きい数である]
で表される繰り返し単位を含んでなり、aおよびbの和が100であり、bが2〜10である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の温度感受性プローブ。
The copolymer is of formula (I), formula (II), formula (III) and formula (XIII):
[Wherein R 1 , R 4 and R 5 , and R 2 , Y, W and Q 1 are as defined in claim 1, and R 3 , X 2 , X 3 , Q 2 and Ar, and R 55 , X 4 , R 51 , R 52 , R 53 and R 54 are as defined in claim 5, and a, b, c and d are numbers greater than 0 representing the ratio of each repeating unit. is there]
The temperature-sensitive probe according to any one of claims 1 to 5, which comprises a repeating unit represented by: wherein the sum of a and b is 100, and b is 2 to 10.
前記共重合体が、前記式(a)で表される2種以上の感熱性ユニットを含むものである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の温度感受性プローブ。   The temperature-sensitive probe according to any one of claims 1 to 6, wherein the copolymer includes two or more types of heat-sensitive units represented by the formula (a). 式(I)、式(II)、式(III)および式(XIII):
[式中、R、RおよびR、ならびにR、Y、WおよびQは、請求項1で定義したとおりであり、R、X、X、QおよびAr、ならびにR55、X4、R51、R52、R53およびR54は、請求項5で定義したとおりであり、a、b、cおよびdは、各繰り返し単位の比を表す0より大きい数である]
で表される繰り返し単位を含んでなる共重合体であって、aおよびbの和が100であり、bが2〜10である、共重合体。
Formula (I), Formula (II), Formula (III) and Formula (XIII):
[Wherein R 1 , R 4 and R 5 , and R 2 , Y, W and Q 1 are as defined in claim 1, and R 3 , X 2 , X 3 , Q 2 and Ar, and R 55 , X 4 , R 51 , R 52 , R 53 and R 54 are as defined in claim 5, and a, b, c and d are numbers greater than 0 representing the ratio of each repeating unit. is there]
A copolymer comprising a repeating unit represented by: wherein the sum of a and b is 100 and b is 2 to 10.
細胞内の温度を測定する方法であって、
(a)請求項1〜7のいずれか一項に記載の温度感受性プローブを溶媒中で細胞と混合することにより、該温度感受性プローブを細胞内に導入する工程、
(b)励起光照射下、第一の蛍光性ユニットおよび第二の蛍光性ユニットのそれぞれに由来する蛍光の強度を測定する工程、および
(c)測定された2つの蛍光強度の比を算出する工程
を含んでなる、方法。
A method for measuring the temperature in a cell,
(A) a step of introducing the temperature-sensitive probe into a cell by mixing the temperature-sensitive probe according to any one of claims 1 to 7 with the cell in a solvent;
(B) a step of measuring the intensity of fluorescence derived from each of the first fluorescent unit and the second fluorescent unit under irradiation with excitation light; and (c) calculating a ratio of the two measured fluorescence intensities. A method comprising the steps.
細胞内の温度を測定するためのキットであって、請求項1〜7のいずれか一項に記載の温度感受性プローブまたは請求項8に記載の共重合体を含んでなる、キット。   A kit for measuring a temperature in a cell, comprising the temperature-sensitive probe according to any one of claims 1 to 7 or the copolymer according to claim 8.
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