KR100776830B1 - Two-photon dyes for real time imaging of lipid rafts - Google Patents

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Abstract

A two-photon dye for real time imaging lipid raft is provided to increase the solubility in water, to remove cytotoxicity and to improve the intensity of fluorescence in a cellular membrane. A two-photon dye is represented by the formula 1, wherein R1 is a C5-C17 alkyl group; R2 is -COOH, -CH2SO3Na, or (CH3)3N^+ -CH2CH2-O-PO3^-CH2C(OCO-)HCH2-O-C(=O)-R3; and R3 is a C5-C17 alkyl group. Preferably the two-photon dye shows an absorption efficiency of 20 GM or more in vivo and has an excitation wavelength of 750-1,000 nm and a fluorescence wavelength of 400-700 nm.

Description

리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료{Two-photon dyes for real time imaging of lipid rafts}Two-photon dyes for real time imaging of lipid rafts

도 1은 비교예 1 및 실시예 1에 의해 제조된 이광자 염료들에 대하여 용매의 극성도에 따라 단일 광자 방출 파장의 변화를 측정한 결과이다.1 is a result of measuring the change of the single photon emission wavelength according to the polarity of the solvent for the two-photon dyes prepared by Comparative Example 1 and Example 1.

도 2는 DOPC, DOPC/sphingo/chol 및 DPPC 리포좀에 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 이광자 염료를 염색한 후 이들의 분광학적 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the spectroscopic properties of two-photon dyes prepared by Example 1 and Comparative Example 1 on DOPC, DOPC / sphingo / chol and DPPC liposomes.

도 3은 DOPC, DOPC/Sphingo/Chol, DPPC로 구성된 거대 단일막 소낭에 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 이광자 염료를 염색한 후 편광에 의해 방출되는 형광을 나타내는 결과이다.Figure 3 is a result showing the fluorescence emitted by polarization after dyeing the two-photon dye prepared by Example 1 and Comparative Example 1 in a large single membrane vesicle consisting of DOPC, DOPC / Sphingo / Chol, DPPC.

도 4는 DOPC, DOPC/Sphingo/Chol, DPPC로 구성된 거대 단일막 소낭에 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 이광자 염료를 염색한 후 측정한 이광자 형광 GP 영상이다.4 is a two-photon fluorescent GP image measured after dyeing two-photon dyes prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 in a large single membrane vesicle consisting of DOPC, DOPC / Sphingo / Chol, DPPC.

도 5는 DOPC, DOPC/Sphingo/Chol, DPPC로 구성된 거대 단일막 소낭에 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 이광자 염료를 염색한 후 측정한 이광자 형광 GP 분포곡선이다.5 is a two-photon fluorescence GP distribution curve measured after dyeing two-photon dyes prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 in a large single membrane vesicle consisting of DOPC, DOPC / Sphingo / Chol, DPPC.

도 6은 실시예 1에 의해 제조된 이광자 염료로 A431 세포를 염색한 후 측정한 GP 영상 및 GP 분포곡선이다.6 is a GP image and a GP distribution curve measured after staining A431 cells with a two-photon dye prepared in Example 1. FIG.

도 7은 실시예 1에 의해 제조된 이광자 염료의 MTT 어세이 수행 결과이다.7 is a result of performing MTT assay of the two-photon dye prepared in Example 1.

도 8은 실시예 1에 의해 제조된 이광자 염료로 A431 세포를 염색한 후 촬영한 시간별 영상이다.8 is a time-lapse image taken after staining A431 cells with a two-photon dye prepared in Example 1.

본 발명은 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료(Two photon dye)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물에서의 용해도가 크고 세포 독성이 없으며 이광자 형광의 세기가 크기 때문에 리피드 래프트의 실시간 영상에 적합한 이광자 염료에 관한 것이다.The present invention relates to two photon dyes for real-time imaging of lipid rafts, and more particularly, to two-photon dyes suitable for real-time imaging of lipid rafts because of their high solubility in water, no cytotoxicity, and the high intensity of two-photon fluorescence. It is about.

리피드 래프트(lipid raft)는 최근 신호전달이 일어나는 세포소기관으로 제안되었으며 이를 통하여 질병이 발생되는 메카니즘에 대한 연구가 활발이 진행되고 있다. 리피트 래프트란 '인지질의 바다'에 떠있는 뗏목이란 의미를 가지는데, 구체적으로는 글리세로포스포리피드(glycerophospholipids)로 이루어진 바다에 글리코스핀고리피드(glycosphingolipids)와 콜레스테롤로 이루어진 단단한(rigid) 영역이 떠있는 플라즈마 멤브레인으로서 신호전달물질들이 존재하는 분획화된 원형질막을 의미한다. 만일 신호전달물질들이 유동성이 큰 원형질막에 제멋대로 위치한다면 신호전달 과정자체의 효율성과 속도는 상당히 떨어질 수밖에 없기 때문에 이러한 신호전달물질들을 일정한 장소에 모이게 하여 조직화함으로써 신호전달과정을 효율적으로 이루어지도록 하는 매개체가 필요한데, 이러한 매개체가 바로 리피드 래프트 인 것이다. 이러한, 리피드 래프트는 EGF, PDGF, insulin, IGF, VEGF, TNF 등에 대한 수용체뿐만이 아니라 여러 신호전달물질을 포함하고 있기 때문에 신호전달과정의 중심지라 할 수 있으며, 체내에서 광우병, 치매, 암, 세균성 질환 등의 발생 메커니즘과 밀접한 관계를 가진다고 알려져 있다.Lipid rafts have recently been proposed as organelles through which signaling occurs, and research into the mechanisms by which disease occurs is being actively conducted. Repeat raft means a raft that floats in the 'phosphate of phospholipids'. Specifically, a rigid area composed of glycosphingolipids and cholesterol is formed in a sea of glycerophospholipids. As a floating plasma membrane, it means a fractionated plasma membrane in which signaling materials are present. If the signaling materials are located in a fluid membrane, the efficiency and speed of the signaling process itself can be reduced considerably. Therefore, the mediators can be organized by gathering these signaling materials in a certain place to make them efficient. This mediator is Rapid Raft. This rapid raft is not only a receptor for EGF, PDGF, insulin, IGF, VEGF, TNF, etc., but also various signal transduction agents, and thus can be referred to as a center of signal transduction, and mad cow disease, dementia, cancer, and bacterial diseases in the body. It is known to have a close relationship with the mechanism of occurrence.

따라서, 상기와 같은 신호전달, 광우병, 치매, 암 등을 이해하기 위하여 리피드 래프트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 리피드 래프트의 직경은 100nm 이하이기 때문에 광학현미경 등으로는 그 실체를 관찰하기가 불가능하다. 따라서, AFM을 이용한 방법이 시도되었으나 실재 세포의 경우 리피드 성분 이외에도 단백질과 당복합체가 세포표면에 부착되어 있기 때문에 매우 복잡한 지형(topology)를 가지게 되어서 실재 살아있는 세포에서 리피드 래프트의 존재를 확인할 수는 없었다. 또한, 형광현미경을 이용한 방법도 시도되었는데, 이는 리피드 래프트 단백질들에 GFP(Green Fluorescent Protein)을 부착시킨 후, 이 리피드 래프트 단백질을 살아있는 세포에서 관찰하려는 시도였는데, 리피드 래프트가 존재한다면 이들 단백질들은 점무늬 패턴을 보여주어야 하지만 현재까지 어떤 리피드 래프트 단백질들도 상기와 같은 점무늬 패턴을 보여주지 못하고 있고 따라서 실재 세포에 리피드 래프트가 존재하는지에 대한 논란의 여지가 있었다.Therefore, research on lipid rafts is actively conducted to understand the signal transmission, mad cow disease, dementia, cancer, and the like. Since the diameter of the rapid raft is 100 nm or less, it is impossible to observe the reality with an optical microscope. Do. Therefore, a method using AFM has been attempted, but since real cells have proteins and glycoconjugates attached to the cell surface in addition to the lipid component, they have very complex topologies, and thus the existence of lipid rafts in the living cells cannot be confirmed. . In addition, a method using fluorescence microscopy was attempted, which was attempted to attach the Green Fluorescent Protein (GFP) to the lipid raft proteins, and then observed the lipid raft protein in living cells. The pattern should be shown, but so far none of the lipid raft proteins show such spot pattern, and there has been controversy over whether lipid rafts exist in real cells.

그 결과 최근에는 형광 표지자를 이용하여 리피드 래프트의 분자영상을 얻으려는 시도가 행해졌는데, 리피드 래프트의 분자영상에 가장 널리 사용되고 있는 형광 표지자는 20년 전에 Weber교수가 개발하여 현재 Molecular Probe에서 상품화한 로단(Laurdan)이다. 이 물질은 모델 세포막(model membrane)의 액체 질서상(liquid ordered phase)와 액체 무질서상(liquid disordered phase)의 거동을 설명해 줄 수 있으므로 세포막의 모형 연구에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 이것을 세포에 염색하여 세포막에 존재하는 리피드 래프트를 알아내고자 하는 연구가 시도되었으나 (PNAS, 1996, 93, 11443), 실험결과의 재현성이 없는 문제점이 있었다.As a result, recent attempts have been made to obtain molecular images of lipid rafts using fluorescent markers. The most widely used fluorescent molecules for lipid rafts have been developed by Professor Weber 20 years ago and are now commercialized by Molecular Probe. (Laurdan). This material is widely used in the study of cell membrane models because it can explain the behavior of the liquid ordered and liquid disordered phases of model membranes. A study was attempted to find lipid rafts present in cell membranes (PNAS, 1996, 93, 11443), but there was a problem that the experimental results were not reproducible.

하기 화학식 1의 로단은 단일광자 형광 염료로 개발되었으며 약 365 nm의 광자를 흡수하여 들뜬 상태(excited state)에 도달하게 된다. 들뜬 상태의 로단은 다시 바닥 상태(ground state)로 돌아오면서 특정 파장의 형광을 방출하게 되는데, 이 형광은 로단이 녹아 있는 용매의 극성에 따라 서로 다른 파장에서 나오게 된다. (Weber G, et al., Biochemistry 18:3075-3078 (1979)). 최근에는 상기 로단을 세포 영상에 사용하기 위하여 이광자 형광 염료로 사용하고 있다. Rodan of Formula 1 was developed as a single photon fluorescent dye and absorbs about 365 nm of photons to reach an excited state. The excited lodan returns to the ground state and emits fluorescence of a specific wavelength. The fluorescence is emitted at different wavelengths depending on the polarity of the solvent in which the lodan is dissolved. (Weber G, et al. , Biochemistry 18 : 3075-3078 (1979)). Recently, rodan has been used as a two-photon fluorescent dye for use in cell imaging.

Figure 112007047494795-pat00001
Figure 112007047494795-pat00001

1932년 Maria Gopper-Mayer(Ann, Phys. 9(1931) 273)은 두 개의 광자를 자발적으로 흡수하는 현상을 예측하였으나, 이러한 이광자 들뜸(two photon excitation)현상은 강한 레이저 광원이 개발되기 전까지는 오랫동안 실용화되어 있지 않았다. 이광자 들뜸이란 센 광원을 조사하는 것에 의해, 단위 부피 및 단위 시간당의 광자 밀도가 충분히 높은 동일한 발광단에 2개의 광자가 동시에 흡수되는 현상을 말한다. 이때 흡수되는 에너지는 2개의 광자의 에너지의 합이며, 이광자 들뜸의 가능성은 광자밀도의 제곱에 의존한다. 따라서, 2개의 광자 흡수는 2차의 비선형(non-linear) 광학성질이다. 한편, 이러한 들뜬 상태는 바닥상태로 전이하며 밴드 갭 에너지에 해당하는 에너지를 형광으로 방출하게 되는데, 이를 이광자 형광(two photon fluorescence)이라 하며 상기 방출되는 광자의 에너지는 상기 조사 광원의 광자 에너지보다 당연히 크다. 이러한 이광자 들뜸에 의해 형광 발광을 수반하는 물질을 통상 이광자 염료라고 하는데, 이러한 이광자 염료는 물론 상기 밴드 갭 에너지에 해당하는 광자 에너지를 제공할 수 있는 광원에 의해서도 들뜰 수 있고, 이를 1광자 들뜸이라고 한다. 이광자 들뜸에 의한 형광발광의 스펙트럼은 1광자 들뜸에 의한 형광 발광 스펙트럼과 동일한 스펙트럼 특성을 가진다. In 1932, Maria Gopper-Mayer (Annn , Phys. 9 (1931) 273) predicted spontaneous absorption of two photons, but this two photon excitation phenomenon was long before the development of a strong laser light source. It has not been put to practical use. Two-photon excitation refers to a phenomenon in which two photons are simultaneously absorbed by the same luminophore with a sufficiently high unit volume and photon density per unit time by irradiating a strong light source. The energy absorbed here is the sum of the energy of two photons, and the possibility of two-photon excitation depends on the square of the photon density. Thus, the two photon absorption is a secondary non-linear optical property. On the other hand, the excited state transitions to the ground state and emits energy corresponding to the band gap energy as fluorescence, which is called two photon fluorescence, and the energy of the emitted photons is naturally higher than that of the irradiation light source. Big. Such a photon excited material is usually called a two-photon dye, which can be excited by a light source capable of providing photon energy corresponding to the band gap energy as well as the one-photon excitation. . The spectrum of fluorescence emission by two-photon excitation has the same spectral characteristics as the fluorescence emission spectrum by one-photon excitation.

이러한 이광자 들뜸의 첫 번째 특징은 들뜸이 광조사점의 제한된 3차원 영역 근방에서만 일어나며, 따라서 상기 들뜸에 의한 형광 발광이 3차원 공간 편재화(localization)되기 때문에 백그라운드 형광(background fluorescence)이 최소화될 수 있다는 것이고, 조사되는 빛의 파장과 발광형광의 파장이 서로 다르다는 것이 두 번째 특징이 된다. 특히, 상기 이광자 들뜸은 들뜸 체적(excitation volume)이 상당히 작기 때문에 작은 체적의 시료를 관찰하는데 적합하다.The first characteristic of this two-photon excitation is that excitation occurs only in the vicinity of the restricted three-dimensional region of the light irradiation point, so that the background fluorescence can be minimized because the fluorescence emission by the excitation is localized in three dimensions. The second characteristic is that the wavelength of the irradiated light and the wavelength of the luminescent fluorescence are different from each other. In particular, the two-photon excitation is suitable for observing a small volume sample because the excitation volume is quite small.

한편, 상기에서 언급한 바와 같은 특징으로 인하여, 근적외선 영역의 빛을 조사함으로써 이광자 들뜸을 일으킬 수 있는 이광자 분광학(Two Photon Microscopy)은 생체 영상(bio imaging) 분야에 있어 많은 주목을 받고 있다. 그 이유는 근적외선을 조사하기 때문에 생체 분자에 대한 손상이 적어서 살아 있는 세 포에 적용할 수 있으며, 근적외선의 투과 깊이(penetration depth)가 깊고, 세포 자발 형광(tissue auto-fluorescence)을 최소화할 수 있기 때문이다. On the other hand, due to the above-mentioned features, two-photon microscopy, which can cause two-photon excitation by irradiating light in the near infrared region, has attracted much attention in the field of bio imaging. The reason is that because of the near-infrared irradiation, it can be applied to living cells with little damage to biomolecules, deep penetration depth of near-infrared light, and minimization of tissue auto-fluorescence. Because.

이러한 이광자 분광학에 사용되는 이광자 염료는 i) 근적외선 영역에서의 이광자 단면적(two photon cross section:δTPA)이 커야하고, ii) 물에 대한 적당한 용해도를 가질 것, ii) 광안정성(photostability)이 클 것 및 iv) 생체에 대한 결합력이 우수할 것 등의 요건을 만족해야 한다. Two-photon dyes used in these two-photon spectroscopy must: i) have a large two photon cross section (δ TPA ) in the near infrared region, ii) have a moderate solubility in water, ii) have a high photostability And iv) good binding to the living body.

상기 로단은 구조적으로 소수성 꼬리를 갖고 있어서 세포막에 함입될 수 있고, 세포막에 존재하는 로단은 세포막의 유동성을 측정하는 중요한 지표가 될 수 있다. 현재 FRET(fluorescence resonance energy transfer) 등의 방법을 이용하면 리프트 래프트의 존재를 확인할 수 있는데, 진핵세포의 세포막은 유동성이 큰 인지질 영역과 유동성이 작은 리피드 래프트 영역을 가지고 있다고 판단된다. 상기 인지질 영역은 불포화 지방산을 포함하고 있어서 물이 자유로이 통과할 수 있는 즉 상대적인 친수성 환경을 가지고 있는 반면, 당지질과 콜레스테롤로 주로 구성되어 있는 리피드 래프트 영역은 포화 지방산과 콜레스테롤 때문에 유동성이 작으면서 딱딱하여 물이 쉽게 통과하지 못하는 상대적인 소수성 환경을 가지고 있다. 상기 로단은 친수성 환경을 가지는 인지질에서는 470∼530nm의 형광을 방출하고, 소수성 환경을 지니는 리피드 래프트에서는 400∼460nm의 형광을 방출하는 성질을 가지고 있기 때문에 세포막에서 리피드 래프트를 가시화하는데 사용하여 왔다(Gaus et al., PNAS, 100, 15554, 2003; Gaus et al., JCB, 171, 121, 2005). 그러나 로단은 물에서 용해도가 매우 낮아 침전되어 450nm의 형광을 내기 때문에 리피드 래프트 영역에서의 방출파장과 혼동되어 실제 리피드 래프트를 가시화하는데 한계가 있으며, 용매의 극성도를 제대로 반영하지 못할 뿐만 아니라 대부분 수분으로 이루어진 세포내의 환경에서 방출되는 형광의 세기가 충분하지 않다는 문제점이 있었다. 또한, 인지질과 리피트 래프트가 혼합된 상태인 세포막 내에서 유동성이 작은 막 부분에 우선적으로 결합하는 문제점 때문에 유동성이 작은 막 부분과 유동성이 큰 막 부분의 영상을 제대로 구분하기 어렵다는 단점이 있었다.The rodan has a structurally hydrophobic tail and may be incorporated into the cell membrane, and the rodan present on the cell membrane may be an important indicator for measuring the fluidity of the cell membrane. Currently, the presence of lift rafts can be confirmed by using a method such as fluorescence resonance energy transfer (FRET). The cell membranes of eukaryotic cells have a high fluidity phospholipid region and a low fluidity rapid raft region. The phospholipid region contains unsaturated fatty acids so that water can freely pass, that is, has a relatively hydrophilic environment, whereas the lipid raft region mainly composed of glycolipids and cholesterol has a small fluidity and hardness due to saturated fatty acids and cholesterol. It has a relatively hydrophobic environment that does not pass easily. Rodan has been used to visualize lipid rafts in cell membranes because it emits 470-530 nm fluorescence in phospholipids with hydrophilic environments and 400-460 nm fluorescence in lipid rafts with hydrophobic environments (Gaus et al., PNAS, 100, 15554, 2003; Gaus et al., JCB, 171, 121, 2005). However, Lodan has a very low solubility in water, which precipitates and emits 450 nm of fluorescence, which is confused with the emission wavelength in the rapid raft region, limiting the visibility of the actual rapid raft. There was a problem that the intensity of fluorescence emitted from the intracellular environment was not sufficient. In addition, due to a problem of preferentially binding to a membrane having low fluidity in the cell membrane in which phospholipids and repeat rafts are mixed, it is difficult to properly distinguish images of a membrane having a low fluidity and a membrane having a high fluidity.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이광자 염료의 극성을 적절히 조절하는 것에 의하여 세포막 내의 친수성 영역 및 소수성 영역에 대한 상호작용을 균등하게 조절할 수 있으며, 세포막 내의 환경에서의 형광 세기가 크고 세포막 내에서 유동성이 작은 부분과 유동성이 큰 부분을 명확히 구분하여 영상화할 수 있기 때문에 리피드 래프트의 가시화 및 실시간 영상에 적합한 이광자 염료를 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to equally control the interaction of the hydrophilic region and the hydrophobic region in the cell membrane by appropriately adjusting the polarity of the two-photon dye, the fluorescence intensity in the environment in the cell membrane is large and in the cell membrane It is possible to clearly distinguish between the part with low fluidity and the part with high fluidity, so that it is possible to provide a two-photon dye suitable for real time imaging and rapid rafting.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 하기 화학식 2의 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료를 제공한다.The present invention provides a two-photon dye for real-time imaging of the rapid raft of the formula (2) to achieve the above technical problem.

Figure 112007047494795-pat00002
Figure 112007047494795-pat00002

(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기이고, (Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms,

R2는 -COOH, -CH2SO3Na 또는 ,

Figure 112007047494795-pat00003
이며,R 2 is —COOH, —CH 2 SO 3 Na, or
Figure 112007047494795-pat00003
Is,

상기 R3는 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)R 3 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms)

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 화학식 2의 화합물은 하기 화학식 3의 화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the compound of Formula 2 may be a compound of Formula 3.

Figure 112007047494795-pat00004
Figure 112007047494795-pat00004

(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 화학식 2의 화합물은 하기 화학식 4의 화합물일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the compound of Formula 2 may be a compound of Formula 4.

Figure 112007047494795-pat00005
Figure 112007047494795-pat00005

(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms

또한, 상기 화학식 2의 화합물은 하기 화학식 5의 화합물일 수 있다.In addition, the compound of Formula 2 may be a compound of Formula 5.

Figure 112007047494795-pat00006
Figure 112007047494795-pat00006

(상기 식에서, R1 및 R3는 각각 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)Wherein R 1 And R 3 are each an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms)

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 화학식 3의 화합물은 하기 화학식 6으로 표시되는 군에서 선택된 어느 하나의 화합물일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the compound of Formula 3 may be any one compound selected from the group represented by the following formula (6).

Figure 112007047494795-pat00007
Figure 112007047494795-pat00007

또한, 상기 화학식 4의 화합물은 하기 화학식 7로 표시되는 군에서 선택된 어느 하나의 화합물일 수 있다.In addition, the compound of Formula 4 may be any one compound selected from the group represented by the following formula (7).

Figure 112007047494795-pat00008
Figure 112007047494795-pat00008

또한, 상기 화학식 5의 화합물은 하기 화학식 8로 표시되는 군에서 선택된 어느 하나의 화합물일 수 있다.In addition, the compound of Formula 5 may be any one compound selected from the group represented by the following formula (8).

Figure 112007047494795-pat00009
Figure 112007047494795-pat00009

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료의 이광자 흡수 효율은 생체 상태에서 20 GM(10-50cm4s/photon) 이상이며, 이광자 여기광원의 파장범위는 750∼1000nm이고, 형광의 파장범위는 400∼700nm인 것일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the two-photon absorption efficiency of the two-photon dye for real-time imaging of the lipid raft is 20 GM (10 -50 cm 4 s / photon) or more in vivo, the wavelength range of the two-photon excitation light source is 750 ~ 1000 nm, and the wavelength range of the fluorescence may be 400 to 700 nm.

또한, 더욱 바람직하게는 상기 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료의 이광자 흡수 효율은 150GM 이상이고, 소수성이 큰 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에 서는 430∼470nm의 형광을, 친수성 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에서는 470∼530nm의 형광을 방출하는 것일 수 있다.More preferably, the two-photon absorption efficiency of the two-photon dye for real-time imaging of the lipid raft is 150 GM or more, and in a high hydrophobic environment (solvent, liposome, and GUV), fluorescence of 430 to 470 nm is obtained, and the hydrophilic environment (solvent, liposome) And GUV) may emit fluorescence of 470 to 530 nm.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명에 따른 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료는 지질과의 상호작용이 우수하기 때문에 세포막에 염색이 잘 되며, 수분이 대부분인 세포막 내의 환경하에서 방출되는 형광의 세기가 크고, 소수성이 큰 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에서는 430∼470nm의 형광을, 친수성 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에서는 470∼530nm의 형광을 방출하여 양자의 구분이 명확하기 때문에, 세포막에 존재하는 리피드 래프트를 실시간으로 영상화할 수 있으며, 세포에 적용하였을 때 독성이 없으므로 장시간에 걸쳐 리피드 래프트의 실시간 영상을 얻을 수 있다는 것을 특징으로 한다.The two-photon dye for real-time imaging of lipid rafts according to the present invention has a good interaction with lipids, so that the dye is well stained on the cell membrane, and the intensity of fluorescence emitted under the environment in the moisture-rich cell membrane is high and the hydrophobic environment (solvent) is high. , Liposomes and GUV) emit fluorescence of 430 to 470 nm, and hydrophilic environment (solvent, liposome and GUV) to emit fluorescence of 470 to 530 nm. And, when applied to the cell is not toxic, it is characterized in that the real-time image of the lipid raft over a long time can be obtained.

본 발명에 따른 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료는 하기 식 1의 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.The two-photon dye for real-time imaging of the rapid raft according to the present invention is characterized by having a structure of the following formula (1).

Figure 112007047494795-pat00010
(1)
Figure 112007047494795-pat00010
(One)

(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기이고, (Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms,

R2는 -COOH, -CH2SO3Na 또는 ,

Figure 112007047494795-pat00011
이 며,R 2 is —COOH, —CH 2 SO 3 Na, or
Figure 112007047494795-pat00011
This is

상기 R3는 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)R 3 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms)

즉, 본 발명에 따른 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료는 상기 R2가 극성의 작용기이기 때문에 물에 대한 용해도를 향상시킬 수 있으며, 세포막에서 지질과의 상호작용이 우수하므로 세포막에 염색이 골고루 잘 되고, 더욱 밝은 영상을 얻을 수 있다. 또한, 근적외선을 흡수하여 발광하기 때문에 세포에 전혀 해를 미치지 않고 광탈색(photobleaching)이 잘 일어나지 않으므로 장시간에 걸쳐 실시간 영상을 획득하는데 매우 유리하다는 장점이 있다. 상기 R2에 카르보닐(TPD1), 설포닐(TPD2) 및 포스파티딜콜린(TPD3)의 각기 다른 극성 작용기를 도입함으로써 실제 세포의 지방산 및 인지질의 모양과 유사한 형태를 띠도록 제조할 수 있다.That is, the two- photon dye for real-time imaging of the rapid raft according to the present invention can improve the solubility in water because the R 2 is a polar functional group, and because the interaction with lipids in the cell membrane is excellent, staining on the cell membrane is evenly distributed. And a brighter image can be obtained. In addition, since it absorbs near-infrared light and emits light, photobleaching does not occur at all and damages cells. Therefore, it is very advantageous to obtain a real-time image for a long time. The different polar functional groups of carbonyl (TPD1), sulfonyl (TPD2) and phosphatidylcholine (TPD3) may be introduced into R 2 to have a shape similar to that of actual fatty acids and phospholipids of cells.

상기 R1은 소수성 부분으로서 세포막에 함입되는 역할을 한다. 상기 R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기인데, 탄소수가 5 미만인 때에는 소수성이 미약하고, 17을 초과하는 때에는 물에 대한 용해도가 급격히 줄어들어 침전이 생기며 종래의 로단과 같은 문제점이 발생하기 때문에 탐침으로서 적당하지 않다.R 1 serves to be incorporated into the cell membrane as a hydrophobic moiety. The R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms. When the carbon number is less than 5, the hydrophobicity is weak, and when the carbon number is more than 17, the solubility in water is drastically reduced, resulting in precipitation. It is not suitable as a probe because of a problem.

본 발명에 따른 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료는 하기 식 2 내지 4의 화합물인 것이 바람직하다.The two-photon dye for real-time imaging of the lipid raft according to the present invention is preferably a compound of the following formulas 2 to 4.

Figure 112007047494795-pat00012
(2)
Figure 112007047494795-pat00012
(2)

(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기임: 이하, TPD1이라 함)(Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms: hereinafter referred to as TPD1)

Figure 112007047494795-pat00013
(3)
Figure 112007047494795-pat00013
(3)

(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기임: 이하, TPD3이라 함)(Wherein, R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms: hereinafter referred to as TPD3)

Figure 112007047494795-pat00014
(4)
Figure 112007047494795-pat00014
(4)

(상기 식에서, R1 및 R3는 각각 탄소수 5 내지 17의 알킬기임: 이하, TPD2이라 함)Wherein R 1 And R 3 are each an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms: hereinafter referred to as TPD2)

또한, 본 발명에 따른 상기 식 2 또는 3의 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료에서 R1은 탄소수 5개, 11개 또는 17개인 알킬기인 것이 바람직한데, 그 이유는 소수성 탄소수의 길이에 따라 세포막의 친수성 및 소수성 위치에 선택적으로 염색을 시킬 수 있으므로, 다양한 세포작용의 영상을 얻을 수 있기 때문이다.In addition, in the two-photon dye for real-time imaging of the rapid raft of the formula 2 or 3 according to the present invention, R 1 is preferably an alkyl group having 5, 11 or 17 carbon atoms, because of the hydrophobic carbon number of the cell membrane This is because the hydrophilic and hydrophobic positions can be selectively stained, so that images of various cellular activities can be obtained.

또한, 본 발명에 따른 상기 식 4의 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료에서 R1은 탄소수 5개, 9개 또는 11개인 알킬기이고, R3는 탄소수 11개 또는 15개인 알킬기인 것이 바람직한데 그 이유 역시 소수성 탄소수의 길이에 따라 세포막의 친수성 및 소수성 위치에 선택적으로 염색을 시킬 수 있으므로, 다양한 세포작용의 영상을 얻을 수 있기 때문이다.In addition, in the two-photon dye for real-time imaging of the rapid raft of the formula 4 according to the present invention, R 1 is an alkyl group having 5, 9 or 11 carbon atoms, R 3 is preferably an alkyl group having 11 or 15 carbon atoms It is also possible to selectively stain the hydrophilic and hydrophobic positions of the cell membrane according to the length of the hydrophobic carbon number, because it is possible to obtain images of various cellular actions.

본 발명에 따른 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료의 이광장 흡수 효율은 생체 상태에서 20GM 이상이며, 여기광원의 파장범위는 750∼1000nm이고, 형광의 파장범위는 400∼700nm인 것을 특징으로 하는데, 더욱 바람직하게는 상기 이광자 흡수 효율은 150GM 이상이다.The two-field absorption efficiency of the two-photon dye for real-time imaging of the rapid raft according to the present invention is 20GM or more in a living body, the wavelength range of the excitation light source is characterized in that the wavelength range of fluorescence is 400-700nm, More preferably, the two-photon absorption efficiency is at least 150 GM.

이미 언급한 바와 같이, 종래의 대표적인 이광자 염료인 로단의 경우에는 친수성 환경을 가지는 인지질에서는 470∼530nm의 형광을 방출하고, 소수성 환경을 지니는 리피드 래프트에서는 400∼460nm의 형광을 방출하는 성질을 가지고 있기 때문에 세포막에서 리피드 래프트를 가시화하는데 사용하여 왔으나, 물에서의 용해도가 낮아 침전이 되며, 이에 의해 친수성 환경에서도 450nm의 형광을 방출하기 때문에 리피드 래프트를 가시화하는데 한계가 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 이광자 염료는 물에 대한 용해도가 크기 때문에 표지자로 사용하기에 적절한 농도에서는 침전을 형성하지 않으며, 소수성이 큰 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에서는 430∼ 470nm의 형광을 방출하고, 친수성 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에서는 470∼530nm의 형광을 방출하기 때문에 세포막의 소수성 환경과 친수성 환경을 방출되는 형광에 의해 명확하게 구분할 수 있으며, 다양한 스트레스(열충격, 저산소증, 고장액충격 등)에 놓인 세포에서 원형질막의 유동성 변화는 물론 리피드 래프트의 역동성을 확인하는데 매우 적합하다.As mentioned above, Rodan, a conventional representative two-photon dye, emits 470-530 nm of fluorescence in a phospholipid having a hydrophilic environment, and 400-460 nm of fluorescence in a lipid raft having a hydrophobic environment. Therefore, although it has been used to visualize lipid rafts in cell membranes, it has a low solubility in water and precipitates, thereby limiting the visualization of lipid rafts because it emits 450 nm fluorescence even in a hydrophilic environment. However, the two-photon dye according to the present invention does not form a precipitate at a concentration suitable for use as a marker because of its high solubility in water, and emits a fluorescence of 430 to 470 nm in a highly hydrophobic environment (solvent, liposome and GUV). In hydrophilic environments (solvents, liposomes and GUV), fluorescence emits 470-530 nm, which can be clearly distinguished by the hydrophobic environment of the cell membrane and the fluorescence that emits hydrophilic environment, and various stresses (thermal shock, hypoxia, hypertonic shock, etc.). It is well suited to confirm the dynamics of lipid rafts as well as changes in the plasma membrane fluidity in cells.

또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 이광자 염료는 세포막의 친수성 및 소수성 환경에 대한 GP(Generalized Polarization) 값의 분포가 상호 대칭적이며 세포막내의 친수성 영역과 소수성 영역에 균등하게 분포되기 때문에 리피드 래프트를 명확히 관찰할 수 있다는 장점이 있다. In addition, as described below, the two-photon dye according to the present invention is a lipid raft because the distribution of Generalized Polarization (GP) values for the hydrophilic and hydrophobic environment of the cell membrane is mutually symmetric and is evenly distributed in the hydrophilic region and the hydrophobic region in the cell membrane. There is an advantage that can be observed clearly.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

1-(1) 6-1- (1) 6- DodecanoylDodecanoyl -N-methyl-2--N-methyl-2- naphthylaminenaphthylamine 의 제조Manufacture

MeNH2·HCl (11.0 g, 0.13 mol)를 2-히드록시-6-도데카노일나프탈렌(2-hydroxy-6-dodecanoylnaphthalene)(8.0 g, 25 mmol), Na2S2O5(12 g, 61 mmol), NaOH (5.2 g, 0.13 mol) 및 물(100ml)가 혼합된 혼합물에 투입한 다음, 고압관에서 140℃로 48시간 동안 교반하였다. 생성된 고체를 걸러내고 물로 충분히 씻어 준 후 CH2Cl2-EtOH 로 재결정하여 6-도데카노일-N-메틸-2-나프틸아민을 제조하였다. (5.6 g, 수율: 67 %) MeNH 2 HCl (11.0 g, 0.13 mol) 2-hydroxy-6-dodecanoylnaphthalene (8.0 g, 25 mmol), Na 2 S 2 O 5 (12 g, 61 mmol), NaOH (5.2 g, 0.13 mol) And water (100 ml) were added to the mixed mixture, which was then stirred at 140 ° C. for 48 hours in a high pressure tube. The resulting solid was filtered off, washed well with water, and then recrystallized with CH 2 Cl 2 -EtOH to prepare 6-dodecanoyl-N-methyl-2-naphthylamine. (5.6 g, yield: 67%)

1H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ8.31 (s, 1H), 7.94 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.72 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.91 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 6.77 (s, 1H), 3.97 (br s, 1H), 3.03 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 2.97 (s, 3H), 1.77 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.26 (m, 16H), 0.88 (t, J = 7.5 Hz, 3H) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 8.31 (s, 1H), 7.94 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.72 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.64 (d , J = 9.0 Hz, 1H), 6.91 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 6.77 (s, 1H), 3.97 (br s, 1H), 3.03 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 2.97 (s, 3H), 1.77 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.26 (m, 16H), 0.88 (t, J = 7.5 Hz, 3H)

13C-NMR (75MHz, CDCl3):δ200.59, 149.30, 138.23, 130.91, 130.87, 130.08, 126.22, 126.19, 125.05, 118.60, 103.28, 38.64, 32.15, 29.88, 29.86, 29.78, 29.77, 29.76, 29.74, 29.58, 25.09, 22.92, 14.36; 13 C-NMR (75 MHz, CDCl 3 ): δ 200.59, 149.30, 138.23, 130.91, 130.87, 130.08, 126.22, 126.19, 125.05, 118.60, 103.28, 38.64, 32.15, 29.88, 29.86, 29.78, 29.77, 29.76, 29.74 , 29.58, 25.09, 22.92, 14.36;

1-(2) TPD11- (2) TPD1 of 제조 Produce

상기 실시예 1-(1)에서 제조된 6-도데카노일-N-메틸-2-나프틸아민 (3.0 g, 8.8 mmol), 메틸 브로모아세테이트(methyl bromoacetate) (2.0 g, 13 mmol), Na2HPO4 (1.9 g, 13 mmol), 및 NaI (0.5 g, 3.5 mmol)로 된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃로 18시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 에틸 아세테이트로 추출하고, 브린(brine)으로 충분히 씻어주었다. 생성물을 얻기 위하여 에탄올로 재결정시켜 노란색 고체의 중간체를 얻을 수 있었다. 상기 중간체(2.0 g, 4.9 mmol)와 KOH (0.70 g, 12 mmol) 를 5시간 동안 에탄올(50ml)에서 교반하였다. 이 용액을 얼음물 (100 mL)로 묽히고 5℃ 이하에서 pH가 3이 될 때까지 진한 염산을 가하고 난 후, 생성된 침전물을 걸러냈다. 이 침전물을 증류수로 충분히 씻어준 후, chloroform- petroleum ether로 재결정시켜 흰색 고체상태의 TPD1을 얻었다. (1.5 g, 수율: 79 %)6-dodecanoyl-N-methyl-2-naphthylamine (3.0 g, 8.8 mmol) prepared in Example 1- (1), methyl bromoacetate (2.0 g, 13 mmol), A mixture of Na 2 HPO 4 (1.9 g, 13 mmol), and NaI (0.5 g, 3.5 mmol) was stirred for 18 h at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere. The mixture was extracted with ethyl acetate and washed well with brine. It was possible to recrystallize with ethanol to obtain the product as an intermediate of a yellow solid. The intermediate (2.0 g, 4.9 mmol) and KOH (0.70 g, 12 mmol) was stirred for 5 h in ethanol (50 ml). The solution was diluted with ice water (100 mL) and concentrated hydrochloric acid was added until the pH was 3 below 5 ° C., and the resulting precipitate was filtered out. The precipitate was washed with distilled water sufficiently and then recrystallized with chloroform petroleum ether to obtain a white solid TPD1. (1.5 g, yield: 79%)

1H-NMR (300 MHz, DMSO d 6): δ12.70 (br s, 1H), 8.43 (s, 1H), 7.89 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.80 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.66 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.20 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.92 (s, 1H), 4.26 (s, 2H), 3.09 (s, 3H), 3.03 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.61 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.22 (m, 16H), 0.83 (t, J = 7.5 Hz, 3H); 1 H-NMR (300 MHz, DMSO d 6 ): δ 12.70 (br s, 1 H), 8.43 (s, 1 H), 7.89 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.80 (d, J = 9.0 Hz , 1H), 7.66 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.20 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.92 (s, 1H), 4.26 (s, 2H), 3.09 (s, 3H), 3.03 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.61 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.22 (m, 16H), 0.83 (t, J = 7.5 Hz, 3H);

13C-NMR (75MHz, DMSO d 6): δ199.91, 172.44, 149.83, 137.75, 131.30, 130.71, 130.46, 126.66, 125.44, 124.69, 116.70, 105.56, 100.29, 39.75, 38.17, 31.99, 29.72, 29.70, 29.68, 29.65, 29.46, 29.41, 24.92, 22.80, 14.66; 13 C-NMR (75 MHz, DMSO d 6 ): δ 199.91, 172.44, 149.83, 137.75, 131.30, 130.71, 130.46, 126.66, 125.44, 124.69, 116.70, 105.56, 100.29, 39.75, 38.17, 31.99, 29.72, 29.70, 29.68, 29.65, 29.46, 29.41, 24.92, 22.80, 14.66;

실시예 2Example 2

TPD2TPD2 의 제조Manufacture

상기 실시예 1-(1)에서 제조된 6-도데카노일-N-메틸-2-나프틸아민 (3.0 g, 8.8 mmol), BrCH2CH2SO3Na (2.1 g, 10.0 mmol), 및 Proton-sponge (2.2 g, 10.3 mmol)로 된 혼합물을 질소 대기 하에서 150℃로 12시간 동안 DMF (50 mL)에서 교반하였다. 상기 혼합물을 물과 디클로로메탄으로 추출하고, 소금물로 충분히 씻어주었다. 다음으로, 용매를 증발시키고 메탄올:에틸아세테이트=1:5인 용매를 사용하여 실리카 겔 컬럼으로 생성물을 정제였고, 클로로포름으로 재결정하여 TPD2를 제조하였다. (1.8 g, 수율: 44 %) 6-dodecanoyl-N-methyl-2-naphthylamine (3.0 g, 8.8 mmol) prepared in Example 1- (1), BrCH 2 CH 2 SO 3 Na (2.1 g, 10.0 mmol), and Proton-sponge (2.2 g, 10.3 mmol) was stirred in DMF (50 mL) for 12 h at 150 ° C. under a nitrogen atmosphere. The mixture was extracted with water and dichloromethane and washed well with brine. The solvent was then evaporated and the product was purified by silica gel column using a solvent of methanol: ethyl acetate = 1: 5, and recrystallized from chloroform to prepare TPD2. (1.8 g, yield: 44%)

1H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ8.42 (s, 1H), 7.90 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.89 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.62 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.20 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 6.90 (s, 1H), 3.71 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.08 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.01 (s, 3H), 2.68 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.61 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.26 (m, 16H), 0.83 (t, J = 7.5 Hz, 3H) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 8.42 (s, 1H), 7.90 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.89 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.62 (d , J = 9.0 Hz, 1H), 7.20 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 6.90 (s, 1H), 3.71 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.08 (t, J = 7.5 Hz , 2H), 3.01 (s, 3H), 2.68 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.61 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.26 (m, 16H), 0.83 (t, J = 7.5 Hz , 3H)

실시예 3Example 3

TPD3TPD3 의 제조Manufacture

상기 실시예 1-(2)에서 제조된 TPD1 (1.6 g, 4.0 mmol), 하기 화학식 9의 화합물 (1.0 g, 2.0 mmol), DCC (2.4 g, 11.6 mmol), 및 디메틸아미노피리딘(dimethyl amino pyridine:DMAP) (0.24 g, 2.0 mmol)로 된 혼합물을 질소 대기 하에서 96시간 동안 클로로포름 (50 mL)에서 교반하였다. TPD1 (1.6 g, 4.0 mmol) prepared in Example 1- (2), a compound of Formula 9 (1.0 g, 2.0 mmol), DCC (2.4 g, 11.6 mmol), and a mixture of dimethyl amino pyridine (DMAP) (0.24 g, 2.0 mmol) were stirred in chloroform (50 mL) for 96 h under a nitrogen atmosphere.

Figure 112007047494795-pat00015
Figure 112007047494795-pat00015

다음으로, 용매를 증발시키고 클로로포름:메탄올:물=18:9:1인 용매를 사용하 여 실리카 겔 컬럼으로 생성물을 정제하여 TPD3를 얻었다. (2.2 g, 수율: 63 %) The solvent was then evaporated and the product was purified by silica gel column using solvent with chloroform: methanol: water = 18: 9: 1 to give TPD3. (2.2 g, yield: 63%)

1H-NMR (600 MHz, CDCl3): δ8.27 (s, 1H), 7.88 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.77 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.62 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.08 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.85 (s, 1H), 5.23 (br m, 1H), 4.39 (d, J = 9.5 Hz, 1H), 4.26 (d, J = 18 Hz, 1H), 4.18 (d, J = 18 Hz, 1H), 4.16 (s, 2H), 4.06 (dd, J = 12 Hz, 6.6 Hz, 1H), 3.94 (br s, 2H), 3.57 (br s, 2H), 3.14 (br s, 12H), 2.99 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 2.08 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.72 (m, 2H), 1.43 (m, 2H), 1.38-1.14 (m, 40H), 0.85 (t, J = 7.0 Hz, 6H) 1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ): δ 8.27 (s, 1H), 7.88 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.77 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.62 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.08 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.85 (s, 1H), 5.23 (br m, 1H), 4.39 (d, J = 9.5 Hz, 1H), 4.26 (d, J = 18 Hz, 1H), 4.18 (d, J = 18 Hz, 1H), 4.16 (s, 2H), 4.06 (dd, J = 12 Hz, 6.6 Hz, 1H), 3.94 (br s, 2H), 3.57 (br s, 2H), 3.14 (br s, 12H), 2.99 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 2.08 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.72 (m, 2H), 1.43 (m , 2H), 1.38-1.14 (m, 40H), 0.85 (t, J = 7.0 Hz, 6H)

비교예 1Comparative Example 1

1-(1) 2-1- (1) 2- MethoxyMethoxy -6--6- dodecanoylnaphthalenedodecanoylnaphthalene 의 제조Manufacture

알루미늄 클로라이드 (32.9 g, 0.25 mol)를 무수 니트로벤젠에 녹인 후 질소 대기 하에서 2-methoxynaphthalene (30.1 g, 0.19 mol) 을 가했다. 이 혼합물에 라우릴 클로라이드 (41.6 g, 0.19 mol)를 15분에 걸쳐 10∼13℃ 사이에서 천천히 적가 하고 5℃에서 2시간 동안 교반시킨 후 실온에서 12시간 동안 교반시켰다. 이 혼합물을 0℃에서 300mL의 3M HCl에 부은 후 클로로포름으로 추출하고 소금물로 충분히 씻어 주었다. 용매를 감압하에서 증발시키고 클로로포름으로 녹인 후 0.1M의 NaOH로 씻어 주었다. 마지막으로 클로로포름을 증발시킨 후 에탄올로 재결정하여 2-메톡시-6-도데카노일나프탈렌을 제조하였다. (41.5 g, 수율: 64.2 %)Aluminum chloride (32.9 g, 0.25 mol) was dissolved in anhydrous nitrobenzene and 2-methoxynaphthalene (30.1 g, 0.19 mol) was added under a nitrogen atmosphere. To this mixture, lauryl chloride (41.6 g, 0.19 mol) was slowly added dropwise between 10 and 13 DEG C over 15 minutes, stirred at 5 DEG C for 2 hours, and then stirred at room temperature for 12 hours. The mixture was poured into 300 mL of 3M HCl at 0 ° C., extracted with chloroform, and washed well with brine. The solvent was evaporated under reduced pressure, dissolved with chloroform and washed with 0.1 M NaOH. Finally, chloroform was evaporated and recrystallized from ethanol to prepare 2-methoxy-6-dodecanoylnaphthalene. (41.5 g, yield: 64.2%)

1H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ8.40 (s, 1H), 8.01 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.86 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.77 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.20 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.16 (s, 1H), 3.95 (s, 3H),3.06 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.78 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.26 (m, 16H), 0.87 (t, J = 7.5 Hz, 3H). 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 8.40 (s, 1H), 8.01 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.86 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.77 (d , J = 9.0 Hz, 1H), 7.20 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.16 (s, 1H), 3.95 (s, 3H), 3.06 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.78 (quin, J = 7.5 Hz, 2H), 1.26 (m, 16H), 0.87 (t, J = 7.5 Hz, 3H).

1-(2) 1- (2) 로단의Rodan 제조 Produce

Li (0.5g, 70 mmol)을 HMPA (20 mL)와 벤젠 (30 mL)에 넣고 dimethylamine (3.5g, 78 mmol)을 적가하고 1시간동안 격렬하게 교반시켰다. 이 혼합물에 상기 비교예 1-(1)에서 제조한 2-메톡시-6-도데카노일나프탈렌 (7.3g, 22 mmol)을 한번에 넣은 후 5시간 동안 실온에서 교반시켰다. 이 혼합물을 얼음물에 붓고 에테르로 추출 후 용매를 증발시키고 에탄올에서 재결정하여 Laurdan을 얻었다. (5.1 g, 수율: 66 %) Li (0.5 g, 70 mmol) was added to HMPA (20 mL) and benzene (30 mL), and dimethylamine (3.5 g, 78 mmol) was added dropwise and stirred vigorously for 1 hour. 2-methoxy-6-dodecanoylnaphthalene prepared in Comparative Example 1- (1) was added to this mixture. (7.3 g, 22 mmol) was added at once and stirred at room temperature for 5 hours. The mixture was poured into ice water, extracted with ether, the solvent was evaporated and recrystallized from ethanol to give Laurdan. (5.1 g, yield: 66%)

1H-NMR (300 MHz, CDCl3): 8.31 (s, 1H), 7.94 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.81 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.17 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 6.87 (s, 1H), 3.11 (s, 6H), 3.04 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.78 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.37-1.27 (m, 16H), 0.89 (t, J = 7.5 Hz, 3H) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): 8.31 (s, 1H), 7.94 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 7.81 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.17 (dd, J = 9.0, 3.0 Hz, 1H), 6.87 (s, 1H), 3.11 (s, 6H), 3.04 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.78 (t , J = 7.5 Hz, 2H), 1.37-1.27 (m, 16H), 0.89 (t, J = 7.5 Hz, 3H)

시험예 1Test Example 1

용매의 극성도 반영 테스트Reflectivity test of solvent

비교예 1 및 실시예 1에 의해 제조된 이광자 염료들에 대하여 용매의 극성도에 따라 단일광자 형광 파장의 변화를 측정하기 위해, 시간차 형광(time-resolved fluorescence:TRF)을 측정하고 그 결과를 도 1에 도시하였다. 본 시험예에서 용매로는 헥산, DMF, 에탄올 및 물을 사용하였으며, 극성도의 순서는 헥산, DMF, 에탄올 및 물의 순서로 커진다. 도 1을 참조하면, 비교예 1에 의한 이광자 염료(이하, 로단이라 함. 도 1(a))의 경우 용매의 극성이 증가할수록 최대 형광 파장은 증가하고 있으나 물에서 최대 형광 파장은 오히려 감소하여 청색 파장 쪽으로 이동하였고(blue-shifted, 청색 이동), 그 파장 폭이 넓어지고 있음을 확인할 수 있는데, 이는 로단이 물에 거의 녹지 않기 때문에 집합체(aggregate)를 형성하고 있음을 의미한다. 로단은 긴 탄화수소 꼬리를 가지고 있기 때문에 집합체의 이웃 분자의 꼬리에 둘러싸인 염료는 소수성 환경에 놓여있게 되어서 청색 파장 이동을 보여주는 것이다. 즉, 물에 존재하는 로단은 친수성 환경을 반영하지 못하고 오히려 소수성 환경에서 나오는 형광 파장인 400∼460nm의 빛이 방출되며, 따라서, 리피드 래프트의 실시간 영상에 적합하지 않다는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예 1에 따른 이광자 염료(이하 TPD1이라 함. 도 1(b))의 경우에는 용매의 극성도가 증가함에 따라 그 방출파장 역시 증가하며 용매의 극성도의 변화를 잘 반영하고 있으므로, 세포막의 극성의 차이에 따라 발광 영역이 명확히 구분된다는 것을 알 수 있다.In order to measure the change in the wavelength of single photon fluorescence according to the polarity of the solvent for the two-photon dyes prepared by Comparative Example 1 and Example 1, time-resolved fluorescence (TRF) was measured and the results are shown. 1 is shown. In this test example, hexane, DMF, ethanol, and water were used as the solvent, and the polarity was increased in the order of hexane, DMF, ethanol, and water. Referring to FIG. 1, in the case of the two-photon dye according to Comparative Example 1 (hereinafter referred to as rodan), the maximum fluorescence wavelength is increased as the polarity of the solvent increases, but the maximum fluorescence wavelength is decreased in water. It is shifted toward the blue wavelength (blue-shifted, blue shifted), and it can be seen that the wavelength is getting wider, which means that the rodan forms an aggregate because it is almost insoluble in water. Because Rodan has a long hydrocarbon tail, the dye surrounded by the tails of neighboring molecules in the aggregate is placed in a hydrophobic environment, showing a blue wavelength shift. That is, it is confirmed that rodan present in water does not reflect a hydrophilic environment, but emits light having a fluorescent wavelength of 400 to 460 nm, which is emitted from a hydrophobic environment, and thus is not suitable for a real time image of a rapid raft. However, in the case of the two-photon dye according to Example 1 of the present invention (hereinafter referred to as TPD1. FIG. 1 (b)), as the polarity of the solvent increases, the emission wavelength also increases and reflects the change of the polarity of the solvent well. Therefore, it can be seen that the light emitting regions are clearly distinguished according to the difference in polarity of the cell membrane.

시험예 2Test Example 2

분광학적 성질의 측정Measurement of Spectroscopic Properties

실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 이광자 염료에 대하여 4가지 용매(헥산, DMF, 에탄올 및 물)에 용해시켰을 경우의 단일광자 최대흡수파장(λmax), 단일광자 최대방출파장(λfl max ), 이광자 최대흡수파장 (λ(2) max ), 양자수율(quantum yield:Φ), 이광자 흡수효율(δmax)을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 흡수스펙트럼은 휴렛 팩커드 8453 다이오드 어레이 스펙트로포토미터(Hewlett-Packard 8453 diode array spectrophotometer)를 사용하여 측정하였고, 형광 스펙트럼은 아미코 보우만 시리즈 2 발광 스펙트로미터(Amico Bowman series 2 luminescence spectrometer)를 사용하여 측정하였다. 이광자 흡수효율은 이광자 단면적(two-photon cross section:δTPA)의 최대값을 의미하며, 상기 이광자 단면적은 하기 수학식 1에 의하여 구할 수 있다.Single photon maximum absorption wavelength (λ max ) and single photon maximum emission wavelength (λ fl ) when the two-photon dyes prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were dissolved in four solvents (hexane, DMF, ethanol and water). max ), Two- photon maximum absorption wavelength (λ (2) max ), Quantum yield (Φ), two-photon absorption efficiency (δ max ) was measured and the results are shown in Table 1 below. Absorption spectra were measured using a Hewlett-Packard 8453 diode array spectrophotometer, and fluorescence spectra were measured using an Amico Bowman series 2 luminescence spectrometer. The two-photon absorption efficiency means the maximum value of the two-photon cross section (δ TPA ), and the two-photon cross section can be obtained by Equation 1 below.

Figure 112007047494795-pat00016
Figure 112007047494795-pat00016

상기 식에서 하첨자인 s와 r은 샘플과 레퍼런스 분자를 의미하며, δ는 구하고자 하는 이광자 단면적이고, CCD 디텍터에 의해 수집된 시그널의 강도를 S로 표시하고, 형광 양자효율을 Φ 로 표시하였으며 φ는 실험장비의 전체 형광 수집효율 을 의미한다. 용액 내 분자의 수밀도(number density)는 c로 표시하였다. δr은 레퍼런스 분자의 이광자 단면적을 의미한다.Where s and r are subscripts and reference molecules, δ is a two-photon cross-section to obtain, s is the intensity of the signal collected by the CCD detector, S is the fluorescence quantum efficiency is expressed as Φ , and φ is The total fluorescence collection efficiency of the test equipment. The number density of molecules in the solution is indicated by c. δ r means the two-photon cross-sectional area of the reference molecule.

용매  menstruum λmax λ max λfl max λ fl max λ(2) max λ (2) max ΦΦ δmax (GM)δ max (GM) 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 헥산Hexane 345345 344344 404404 407407 -- -- 0.100.10 0.110.11 -- -- DMFDMF 363363 356356 446446 454454 780780 780780 0.360.36 1.001.00 167167 5050 에탄올ethanol 383383 363363 494494 487487 780780 780780 0.430.43 1.001.00 153153 5757 water 384384 354354 522522 431431 820820 -- 0.110.11 0.010.01 323323 --

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 이광자 염료들은 모두 DMF와 에탄올에서 양자수율이 상당히 높다는 것을 알 수 있다. 그러나 용매를 에탄올에서 물로 변화시키면 비교예 1의 경우 양자수율이 1/100로 감소하는데 반해, 본 발명에 따른 이광자 염료의 경우에는 양자수율이 1/4로 감소하는데 불과하다는 것을 알 수 있다. 상기 비교예 1에 의한 로단이 물에서 존재할 때 양자수율이 급격하게 감소하는 이유는 침전에 의한 소광현상에 기인하는 것인데, 이처럼 양자수율이 급감하게 되면 형광의 세기 역시 감소하게 된다. 한편, 실시예 1에 따른 염료의 경우 이광자 흡수효율이 최소 153GM이고 최대 323GM으로서 비교예 1에 따른 염료에 비하여 약 3배에서 최대 6배 이상 크기 때문에 로단에 비하여 효율적인 이광자 염료임을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the two-photon dyes prepared by Example 1 and Comparative Example 1 are both significantly high in quantum yield in DMF and ethanol. However, when the solvent is changed from ethanol to water, it can be seen that in Comparative Example 1, the quantum yield is reduced to 1/100, whereas in the case of the two-photon dye according to the present invention, the quantum yield is reduced to only 1/4. The reason why the quantum yield decreases rapidly when Lodan is present in the water in Comparative Example 1 is due to the quenching phenomenon due to precipitation. When the quantum yield drops sharply, the intensity of fluorescence also decreases. On the other hand, in the case of the dye according to Example 1, the two-photon absorption efficiency is at least 153GM and the maximum 323GM, it can be seen that it is a two-photon dye more efficient than Lodan because it is about 3 to 6 times larger than the dye according to Comparative Example 1.

시험예 3Test Example 3

리포좀의Liposome 극성도 반영 테스트 Reflectivity test

실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 이광자 염료들이 리포좀의 극성을 반영하는 정도를 조사하기 위해 유동성(극성)이 서로 다른 세 종류의 리포좀(liposome)을 제작하였다. 첫 번째 DOPC 리포좀은 불포화 지방산을 가지고 있는 1,2-디올레일-sn-글리세롤-3-포스포콜린(1,2-dioleoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine, DOPC)로 만들어 유동성이 상대적으로 크며 원형질막의 인지질의 유동성을 반영하도록 하였으며, 두 번째 DOPC/Sphingo/Chol 리포좀은 DOPC, 스핀고미엘린(sphingomyelin) 및 콜레스테롤(cholesterol)을 같은 비율로 섞어, 인지질과 리피드 래프트를 동시에 반영할 수 있도록 하였고, 세 번째 DPPC 리포좀은 포화 지방산을 가진 1,2-디팔미토일-sn-글리세롤-3-포스포콜린(1,2-dipalmitoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine, DPPC)로 구성되어 있어 젤 상태의 유동성이 가장 적은 막으로서 리피드 래프트를 반영하도록 하였다. 다음으로 상기 세 종류의 리포좀에 로단과 TPD1을 염색한 후 이들의 분광학적 특성을 조사하여 그 결과를 도 2에 도시하였다. 도 2(a)(로단) 및 (b)(TPD1)를 참조하면 로단과 TPD1의 단일광자 흡수파장은 리포좀의 종류에 상관없이 360nm와 395 nm에서 최대치를 보인다는 것을 알 수 있다. 그러나 형광의 세기는 리포좀의 소수성이 클수록 증가하였으며(DOPC〈 DOPC/Sphingo/Chol〈 DPPC). 모든 경우에 있어서 TPD1은 로단보다 2∼5배 정도 더 센 형광을 방출한다는 것을 확인할 수 있다. 이는 TPD1의 단일광자 형광 효율이 로단에 비해서 더 크다는 것을 의미한다. 이중극자 분자의 이광자 허용상태는 프랭크-콘돈(Franck-Condon) 상태와 매우 비슷하기 때문에 상기의 결과는 780 nm에서의 TPD1의 이광자 흡수 효율이 더 크다는 사실과 잘 일치한다. 한편, 비교예 1에 따른 로단에 대한 정규화된 형광 스펙트럼 결과인 도 2(c)를 참조하면, DPPC에서 로단의 최대 형광 파장은 440nm이고, DOPC에서의 분광은 좀 더 넓게 퍼져 있으며 439nm와 484nm에서 두 개의 피크를 나타내는데, 이는 로단이 DOPC 리포좀에 잘 녹은 부분과 그렇지 않고 집합체(aggregate)로 존재하는 부분이 동시에 존재한다는 것을 의미한다. 한편, DOPC/Sphingo/Chol과 DPPC에서 로단의 형광 파장대는 상당히 겹쳐 있다는 것을 확인할 수 있는데, 이는 상기 로단이 인지질과 리피드 래프트가 혼합된 리포좀(DOPC/Sphingo/Chol 리포좀)에서 유동성이 큰(sol) 막 부분보다 유동성이 작은(gel) 막 부분에 우선적으로 결합하며, 양자를 영상으로 구분하기 어렵게 된다는 것을 의미한다. 반면에 도 2(d)를 참조하면 본 발명의 실시예 1에 따른 TPD1은 DPPC에서는 442nm의 형광을 방출하고, DOPC에서는 486nm의 형광을 방출하며, DOPC/Sphingo/Chol 리포좀에서 TPD1의 형광 스펙트럼은 넓게 퍼져 있고 이는 DPPC와 DOPC의 형광 스펙트럼을 합친 것과 거의 비슷하다는 것을 확인할 수 있는데, 본 발명에 따른 이광자 염료는 인지질과 래프트가 혼합된 리포좀에서, 유동성이 작은 막 부분과 유동성이 큰 막 부분에 균등하게 분포하고 있다는 것을 보여주는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 이광자 염료는 세포막 내에서 극성(유동성)의 차이에 관계없이 균등하게 분포하며 극성(유동성)의 차이에 따라 다른 파장대의 형광을 방출하기 때문에 세포막의 극성(유동성)을 명확하게 구분할 수 있도록 하며 리피드 래프트의 실시간 영상에 적합하다는 것을 알 수 있다.Three types of liposomes having different fluidity (polarity) were prepared to investigate the degree to which the two-photon dyes prepared in Example 1 and Comparative Example 1 reflect the polarity of liposomes. The first DOPC liposome is made from 1,2-dioleoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine (DOPC) containing unsaturated fatty acids and has relatively high fluidity. To reflect the fluidity of the phospholipids of the plasma membrane, the second DOPC / Sphingo / Chol liposomes were mixed with DOPC, sphingomyelin and cholesterol (cholesterol) in the same ratio, to reflect the phospholipids and lipid rafts at the same time, The third DPPC liposome consists of 1,2-dipalmitoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine (1,2-dipalmitoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine, DPPC) with saturated fatty acids. The film with the least flowability was intended to reflect the rapid raft. Next, rodan and TPD1 were stained on the three types of liposomes, and their spectroscopic characteristics were examined, and the results are shown in FIG. 2. Referring to Figure 2 (a) (lodan) and (b) (TPD1) it can be seen that the single-photon absorption wavelength of Lodan and TPD1 shows a maximum at 360nm and 395nm regardless of the type of liposomes. However, the intensity of fluorescence increased with greater hydrophobicity of liposomes (DOPC <DOPC / Sphingo / Chol <DPPC). In all cases, it can be seen that TPD1 emits fluorescence 2-5 times stronger than Lodan. This means that the single photon fluorescence efficiency of TPD1 is greater than Lodan. Since the di-photon tolerance of the dipole molecule is very similar to the Frank-Condon state, the above results are in good agreement with the fact that the TPD1 absorption efficiency of TPD1 at 780 nm is greater. On the other hand, referring to Figure 2 (c) which is a normalized fluorescence spectra of Lodan according to Comparative Example 1, the maximum fluorescence wavelength of Lodan in DPPC is 440nm, the spectrum in DOPC is more widespread and at 439nm and 484nm It shows two peaks, which means that the lodan is well dissolved in DOPC liposomes, and the aggregates exist at the same time. On the other hand, in the DOPC / Sphingo / Chol and DPPC, it can be seen that the fluorescence wavelength of the lodan overlaps considerably. This means that it binds preferentially to the gel membrane, which is less fluid than the membrane, and makes it difficult to distinguish between them in an image. On the other hand, referring to Figure 2 (d) TPD1 according to the first embodiment of the present invention emits 442nm fluorescence in DPPC, 486nm fluorescence in DOPC, the fluorescence spectrum of TPD1 in DOPC / Sphingo / Chol liposome It is widely spread and it can be confirmed that it is almost similar to the sum of the fluorescence spectra of DPPC and DOPC. The two-photon dye according to the present invention is uniform in liposomal and raft-mixed liposomes, which is uniform in the low-flowing and high-flowing membranes. To show that it is distributed. Therefore, the two-photon dye according to the present invention is uniformly distributed regardless of the polarity (fluidity) in the cell membrane and emits fluorescence in different wavelength bands according to the polarity (fluidity) difference, thereby clearly indicating the polarity (fluidity) of the cell membrane. It can be distinguished and is suitable for real time image of rapid raft.

시험예 4Test Example 4

거대 Giant 단일막Monolayer 소낭(GUV)에서의In the vesicle (GUV) 광선택성Photoselectivity 테스트 Test

편광의 각도에 따른 이광자 형광을 조사하면 지질 이중층에 존재하는 이광자 표지자의 상대적인 배열에 대한 정보를 알 수 있다. DOPC, DOPC/Sphingo/Chol, DPPC로 구성된 거대 단일막 소낭(giant unilamellar vesicels, GUVs)들을 제작한 후 이 GUV들에 비교예 1에 따른 로단과 실시예 1에 따른 TPD1을 염색한 후 편광에 의하여 방출되는 형광의 분포를 조사한 후 그 결과를 도 3에 도시하였다. 도 3(a), (b) 및 (c)는 순서대로 비교예 1에 따른 로단을 각각 DOPC GUV, DOPC/Sphingo/Chol GUV 및 DPPC GUV에 염색한 경우의 형광 분포 사진이고, 도3(e), (f) 및 (g)는 순서대로 실시예 1에 따른 TPD1을 각각 DOPC GUV, DOPC/Sphingo/Chol GUV 및 DPPC GUV에 염색한 경우의 형광 분포 사진이다. 도 3을 참조하면 DOPC/Sphingo/Chol 및 DPPC로 구성된 GUV의 경우, 로단 또는 TPD1으로 염색하였을 때에 편광에 대해서 수직을 이루는 지역에서는 형광 세기가 매우 미약함을 알 수 있다. 그러나 도 3(a)를 참조하면 로단으로 염색된 DOPC GUV는 모든 지역에서 균일한 상태의 미약한 형광을 보이고 있는데 이는 로단이 DOPC GUV에서 마구잡이로 배열되어 있음을 보여주는 것이다. 이에 비하여, TPD1으로 염색된 DOPC GUV(도 3(e))에서는 편광에 수직을 이루는 지역에서는 형광이 매우 미약한 반면, 기타 부위에서는 형광의 세기가 큰 것을 확인할 수 있는데 이는 TPD1이 DOPC GUV에서도 지방산 꼬리에 평행하게 배열되어 있음을 보여주는 것이며 본 발명에 따른 이광자 염료는 DOPC GUV에서도 광선택성(photoselection)을 가지며 염색이 균일하게 잘되어 있음을 확인할 수 있다. 한편, 도 3(d) 및 (h)는 지질 이중층에 존재하는 이광자 표지자의 위치를 나타낸 모식도인데, 로단과 TPD1 모두 겔 상태(유동성이 작은 상태)에서는 지질 분자와 평행하게 배열되지만, 유동성이 큰 상태에서는 로단은 마구잡이로 배열되거나 집합체로 존재하게 되지만 TPD1은 지질의 머리 부분 가까이에서 물과 카르복실레이트사이의 친수성 상호작용 때문에 지질분자와 평행하게 배열되는 것으로 생각된다.Irradiation of two-photon fluorescence according to the angle of polarization reveals information about the relative arrangement of two-photon markers present in the lipid bilayer. After producing giant unilamellar vesicels (GUVs) consisting of DOPC, DOPC / Sphingo / Chol, and DPPC, dyeing RPD according to Comparative Example 1 and TPD1 according to Example 1 on the GUVs and then polarizing them After examining the distribution of fluorescence emitted, the results are shown in FIG. 3. 3 (a), (b) and (c) are fluorescence distribution photographs in the case of dyeing DOdan GUV, DOPC / Sphingo / Chol GUV and DPPC GUV, respectively, according to Comparative Example 1 in sequence, and FIG. ), (f) and (g) are fluorescence distribution photographs when the TPD1 according to Example 1 was sequentially stained with DOPC GUV, DOPC / Sphingo / Chol GUV, and DPPC GUV, respectively. Referring to FIG. 3, in the case of a GUV composed of DOPC / Sphingo / Chol and DPPC, fluorescence intensity is very weak in a region perpendicular to polarization when dyed with Lodan or TPD1. However, referring to FIG. 3 (a), the DOPC GUV stained with Lodan shows uniform fluorescence in a uniform state in all regions, indicating that Lodan is arranged randomly in DOPC GUV. On the other hand, in the DOPC GUV stained with TPD1 (FIG. 3 (e)), the fluorescence is very weak in the region perpendicular to the polarization, while the intensity of the fluorescence is high at other sites. It is shown that it is arranged parallel to the tail and the two-photon dye according to the present invention has a photoselection in the DOPC GUV and it can be seen that the dye is uniformly well. On the other hand, Figure 3 (d) and (h) is a schematic diagram showing the position of the two-photon markers present in the lipid bilayer, both Rodan and TPD1 is arranged in parallel with the lipid molecule in the gel state (small flow state), but the fluidity is large In the state, rodan is randomly arranged or aggregated, but TPD1 is thought to be arranged parallel to lipid molecules due to hydrophilic interaction between water and carboxylate near the head of lipid.

시험예 5Test Example 5

GPGP 영상을 이용한 거대  Giant using image 단일막Monolayer 소낭의Follicular 친수성 및 소수성의 반영도 테스트 Reflectivity test of hydrophilicity and hydrophobicity

형광 염료를 이용하여 GP 영상을 얻을 때는 우선 세포나 모델막을 염색하고 400∼460nm와 470∼530nm에서의 형광의 세기를 하기 수학식 2를 통해 GP(Generalized Polarization)값을 구한 다음, 이값에 따라 색을 입혀서 최종 이미지를 얻는다.In order to obtain GP images using fluorescent dyes, first, dye cells or model membranes, and calculate the intensity of fluorescence at 400 to 460 nm and 470 to 530 nm. To get the final image.

Figure 112007047494795-pat00017
Figure 112007047494795-pat00017

상기 식에서 I (400-460)은 400∼460nm 파장에서의 형광 세기를 의미하고, I (470-530)은 470∼530nm 파장에서의 형광 세기를 의미하며, G는 상기 두개의 파장대 영역에서의 민감도 보정 계수(sensitive correction factor)이다.Where I (400-460) is the fluorescence intensity at the wavelength of 400-460 nm, I (470-530) is the fluorescence intensity at the wavelength of 470-530 nm, and G is the sensitivity in the two wavelength ranges. It is a sensitive correction factor.

상기 GP값이 -1에 가까울수록 친수성인 물질이며 이것은 보라와 파랑색으로 표현되고, 소수성 물질일 경우에는 GP값이 1에 가까우며 빨강과 주황색으로 표현된다. 상기 세 종류의 GUV에 비교예 1에 따른 로단 및 본 발명의 실시예 1에 따른 TPD1을 각각 염색한 후 GP값을 GUV의 횡단면에서 계산한 후 이를 영상으로 전환하여 그 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4(a), (b) 및 (c)는 순서대로 비교예 1에 따른 로단을 각각 DOPC GUV, DOPC/Sphingo/Chol GUV 및 DPPC GUV에 염색한 경우의 형광 GP 영상이고, 도 4(d), (e) 및 (f)는 순서대로 실시예 1에 따른 TPD1을 각각 DOPC GUV, DOPC/Sphingo/Chol GUV 및 DPPC GUV에 염색한 경우의 형광 GP 영상이다. 한편, 도 5에는 각각 로단 및 TPD1에 대한 GP 분포 곡선을 도시하였다(파랑:DOPC, 빨강:DPPC, 검정:DOPC/Sphingo/Chol). 도 5를 참조하면 DPPC GUV에서 GP 분포도는 매우 폭이 좁고 GP값은 로단의 경우 0.54, TPD1의 경우 0.41이었다. 또한, DOPC GUV에서 GP값은 로단의 경우 0.044, TPD1의 경우 -0.35였다. DOPC GUV는 친수성이 크기 때문에 GP값이 음의 값이어야 함에도 로단의 GP값이 양의 값을 갖는 이유는 로단이 유동성 막에서 집합체를 형성하기 때문일 것이다. 그러나 TPD1은 유동성 막에서 집합체를 형성하지 않기 때문에 DOPC GUV에서 음의 GP값을 나타내며 친수성 환경이라는 것을 명확히 구분해 낼 수 있다. 이것은 TPD1은 로단에 비해서 유동성이 큰 막과 작은 막을 더욱 뚜렷하게 구별할 수 있다는 것을 보여주는 결과이다. 한편, 비슷한 결과를 DOPC/sphingo/chol로 구성된 GUV의 GP 분포도에서도 확인할 수 있는데, 로단으로 염색된 GUV에서는 GP값이 다소 높으며, TPD1으로 염색된 GUV에서는 GP 분포도가 보다 대칭적임을 보여주고 있다. 각각의 분포도를 가우시안 커 브 피팅을 하여 쌍봉을 가지는 분포도로 전환하였을 때 로단의 경우 0.09와 0.36의 GP값으로서 모두 양의 GP값을 갖지만, TPD1의 경우 -0.14와 0.18의 GP값을 보이는데, 상기 두개의 봉은 서로 대칭되며 GP값도 거의 대칭이 되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 여기서도 로단의 GP값이 TPD1에 비해서 상당히 크며, 낮은 GP 값의 분포도는 높은 GP 값의 분포도에 비해서 상당히 넓게 퍼져 있는데 이는 로단이 서로 다른 극성을 가지는 다양한 환경에 노출되어 있으며, 유동성 막에서 로단이 침전물로 존재한다는 것을 보여주는 것이다. 그러나, TPD1으로 염색된 GUV에서 낮은 GP와 높은 GP 분포도의 폭과 모양은 매우 비슷하며 상호 대칭적인데 이는 GUV에서 TPD1이 유동성이 작은 막(소수성)과 큰 막(친수성)의 환경을 보다 더 잘 반영할 수 있으며, 양자를 좀 더 명확히 구분해 낼 수 있다. The closer the GP value is to -1, the more hydrophilic the material is. The color is violet and blue. In the case of hydrophobic materials, the GP value is close to 1 and is represented by red and orange. After staining Lodan according to Comparative Example 1 and TPD1 according to Example 1 of the present invention to each of the three types of GUV, the GP value was calculated from the cross section of the GUV, and the result was converted to an image, and the result is shown in FIG. 4. . 4 (a), 4 (b) and 4 (c) are fluorescence GP images when rhodan was stained with DOPC GUV, DOPC / Sphingo / Chol GUV and DPPC GUV, respectively, in order. ), (e) and (f) are fluorescence GP images when TPD1 according to Example 1 was sequentially stained with DOPC GUV, DOPC / Sphingo / Chol GUV, and DPPC GUV, respectively. On the other hand, Figure 5 shows the GP distribution curves for Lodan and TPD1, respectively (blue: DOPC, red: DPPC, black: DOPC / Sphingo / Chol). Referring to FIG. 5, the GP distribution in the DPPC GUV was very narrow and the GP value was 0.54 for Lodan and 0.41 for TPD1. In the DOPC GUV, the GP value was 0.044 for Lodan and -0.35 for TPD1. Because DOPC GUV has high hydrophilicity, the reason why the GP value of Rodan is positive, although the GP value should be negative, may be because Lodan forms an aggregate in the flowable membrane. However, since TPD1 does not form aggregates in flowable membranes, it can be clearly identified as a hydrophilic environment with negative GP values in DOPC GUV. This is a result showing that TPD1 can distinguish the large fluid film and the small film more clearly than Lodan. On the other hand, similar results can be seen in the GP distribution of the GUV composed of DOPC / sphingo / chol, showing that the GP value is somewhat higher in the GUV stained with Rodan, and that the GP distribution is more symmetric in the GUV stained with TPD1. When each distribution was converted to a bimodal distribution by Gaussian curve fitting, Lodan had a positive GP value of 0.09 and 0.36, but TPD1 showed GP values of -0.14 and 0.18. The two rods are symmetrical with each other and the GP value is almost symmetrical. On the other hand, here, too, the GP value of Lodan is considerably larger than that of TPD1, and the distribution of low GP value is considerably wider than that of high GP value, which is exposed to various environments with different polarities and To show that it is present as a precipitate. However, the width and shape of the low GP and high GP distributions in the GUV stained with TPD1 are very similar and mutually symmetrical, indicating that TPD1 in GUV has a better environment for low fluidity (hydrophobic) and large membranes (hydrophilic). It can be reflected, and the two can be distinguished more clearly.

본 발명에서 단일광자 및 이광자 형광 이미지는 공초점 다광자 마이크로스코프(spectral confocal multiphoton microscopes, Leica사 제조, TCS SP2)를 이용하여 측정하였다. 단일광자 형광 마이크로스코프는 아르곤 레이저(488nm)를 광원으로 사용하였고, 이광자 형광 마이크로스코프는 모드-락 티타늄/사파이어 레이저(780nm)를 사용하였다. 한편, GP 값의 계산은 자체적으로 개발한 비쥬얼 C++ 기반의 프로그램을 사용하여 수행하였다.In the present invention, single photon and two photon fluorescence images were measured using confocal multiphoton microscopes (manufactured by Leica, TCS SP2). The single photon fluorescent microscope used an argon laser (488 nm) as the light source, and the two photon fluorescent microscope used a mode-locked titanium / sapphire laser (780 nm). On the other hand, the GP value calculation was performed using a visual C ++ based program developed in-house.

시험예 6Test Example 6

세포에서의 In the cell GPGP 영상 테스트 Visual test

A431 세포, 및 세포의 원형질막에서 콜레스테롤을 제거하는 methyl-β- cyclodextrin(MβCD)을 A431세포에 처리한 샘플에 대하여 실시예 1 및 비교예 1에 따른 이광자 염료로 염색한 후 이광자 형광 현미경 영상 촬영하고 이를 GP 영상으로 전환한 결과 및 GP 분포도를 도 6에 도시하였다. 상기 MβCD으로 처리하게 되면 콜레스테롤이 제거됨에 따라 세포막의 리피드 래프트가 파괴되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 세포막을 MβCD으로 처리하면 친수성을 나타내는 낮은 값의 GP 분포도 피크는 변화가 없어야 하고 소수성을 나타내는 높은 값의 GP 분포도 피크는 사라져야 하는 것이 원칙이다. 도 6의 GP 분포도를 참조하면 로단으로 염색된 세포를 MβCD로 처리하면 높은 값의 GP 분포도 피크(중앙 GP값 = 0.49)가 사라지지 않고 중앙 GP 값이 0.51으로 약간 쉬프트 되었음을 알 수 있다. 이러한 결과는 콜레스테롤이 없는 세포에서 리피드 래프트가 여전히 존재한다는 잘못된 결론이 도출되는 원인이 된다. 이에 반하여, TPD1으로 염색된 세포는 비교예 1의 경우보다 더 밝고 균일한 영상을 나타내며, MβCD를 처리한 세포에서 높은 값의 GP 분포도 피크는 완전히 사라지지는 않아도 그 크기가 상당히 감소하였다는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 6의 GP 영상을 참조하면, 로단의 경우 소수성 영역(리피드 래프트)과 친수성 영역(인지질)을 명확히 구분할 수가 없으며, MβCD로 처리한 후의 영상을 참조하더라도 사라진 영역이 불규칙하며 무작위라서 MβCD로 처리하기 전의 영상에서 어떤 부분이 리피드 래프트였는지 구분할 수가 없다. 그러나, 본 발명에 따른 이광자 염료의 경우 세포막의 소수성 영역과 친수성 영역을 명확히 구분하여 영상화할 수 있는데, 붉은색 형광으로 나타내지는 부분이 소수성 영역(리피드 래프트)이고, 녹색으로 표시되는 부분이 친수성 영역(인지질)인 것으로 명확히 구분이 되며, MβCD로 처리한 이후의 영상을 보면, MβCD 처리 이전에 붉은색 형광으로 나타나던 부분(리피트 래프트 영역)이 모두 사라진 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이광자 염료는 실제 리피트 래프트 영역을 제대로 영상화할 수 있다는 것을 알 수 있다. Samples treated with A431 cells and methyl-β-cyclodextrin (MβCD), which remove cholesterol from the plasma membrane of the cells, were stained with two-photon dyes according to Example 1 and Comparative Example 1, followed by two-photon fluorescence microscopy. The result of converting this to a GP image and a GP distribution are shown in FIG. 6. Treatment with MβCD is known to destroy lipid rafts of cell membranes as cholesterol is removed. Therefore, when the cell membrane is treated with MβCD, the low GP distribution peak showing hydrophilicity should be unchanged and the high GP distribution peak showing hydrophobicity should disappear. Referring to the GP distribution diagram of FIG. 6, when the cells stained with Lodan were treated with MβCD, a high GP distribution peak (center GP value = 0.49) did not disappear and the median GP value was shifted slightly to 0.51. These results lead to the incorrect conclusion that lipid rafts still exist in cholesterol-free cells. In contrast, the cells stained with TPD1 showed brighter and more uniform images than in Comparative Example 1, and the size of the GP distribution peak of the MβCD-treated cells was significantly reduced, although not completely disappeared. have. Meanwhile, referring to the GP image of FIG. 6, in the case of Lodan, the hydrophobic region (the rapid raft) and the hydrophilic region (phospholipid) cannot be clearly distinguished, and even if the image is treated with MβCD, the disappeared region is irregular and random. You can't tell which part of the image was processed as a rapid raft. However, in the case of the two-photon dye according to the present invention, the hydrophobic region and the hydrophilic region of the cell membrane can be clearly distinguished and imaged, and the portion represented by the red fluorescence is the hydrophobic region (the rapid raft) and the portion represented by the green is the hydrophilic region. It is clearly classified as (phospholipid), and the image after the treatment with MβCD shows that all the portions (the repeat raft regions) that appeared as red fluorescence before MβCD treatment have disappeared. Thus, it can be seen that the two-photon dye according to the present invention can properly image the actual repeat raft region.

시험예 7Test Example 7

세포독성 테스트Cytotoxicity test

본 발명에 따른 이광자 염료의 세포독성 여부를 알아보기 위해 실시예 1에 의해 제조된 이광자 염료에 대하여 MTT assay를 수행하였다. 즉, A431 세포에 TPD1 1 X 10-5M을 염색하고 DMSO 1%를 대조 용매로 사용하였으며, 그 결과를 도 7에 도시하였다. 도 7을 참조하면 y축은 cell viability인데, 6시간 incubation까지는 TPD1의 세포독성이 대조용매와 거의 차이가 없는 것으로 나타났기 때문에 본 발명에 따른 이광자 염료는 살아있는 세포의 영상에 적합한 염료임을 확인할 수 있다.In order to determine the cytotoxicity of the two-photon dye according to the invention was carried out MTT assay for the two-photon dye prepared in Example 1. That is, TPD1 1 × 10 −5 M was stained on A431 cells and DMSO 1% was used as a control solvent, and the results are shown in FIG. 7. Referring to FIG. 7, the y-axis is cell viability. Since the cytotoxicity of TPD1 was found to be little different from the control solvent until 6 hours of incubation, the two-photon dye according to the present invention can be confirmed to be a dye suitable for imaging of living cells.

시험예 8Test Example 8

살아있는 세포에 대한 형광 Fluorescence for Living Cells GPGP 영상 촬영 Video shooting

A431 세포에 본 발명의 실시예 1에 따른 염료 1 x 10-5 M로 염색을 한 후 22분간 영상을 촬영하고 그 형광 GP 영상을 도 8에 도시하였다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 이광자 염료는 장시간에 걸친 리피드 래프트의 가시화에 매우 유용하게 사용될 수 있다는 것을 알 수 있으며, 세포의 리피드 래프트(붉은색 영역)는 항상 일정한 장소에 머물러 있는 것이 아니라 역동적으로 이동하고 있다는 것을 확인할 수 있다. After staining A431 cells with dye 1 × 10 −5 M according to Example 1 of the present invention, 22 minutes of the image was taken, and the fluorescent GP images thereof are shown in FIG. 8. Referring to Figure 8, it can be seen that the two-photon dye according to the present invention can be very useful for the visualization of the lipid raft over a long time, the lipid raft (red area) of the cell does not always stay in a certain place You can see that it is moving dynamically.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료는 세포막 내의 환경하에서 방출되는 형광의 세기가 크고, 세포막의 소수성 영역과 친수성 영역을 명확히 구분할 수 있기 때문에 실제 리피트 래프트 영역을 제대로 영상화할 수 있으며, 세포에 적용하였을 때 독성이 없으므로 장시간에 걸쳐 리피드 래프트의 실시간 영상을 얻을 수 있는 등 생체 영상 분야에 유용하게 사용될 수 있다.As described above, the two-photon dye for real-time imaging of the rapid raft according to the present invention has a large intensity of fluorescence emitted under the environment in the cell membrane, and can clearly distinguish between the hydrophobic region and the hydrophilic region of the cell membrane. It can be imaged, and since it is not toxic when applied to cells, it can be usefully used in the field of biological imaging such as real time image of lipid raft over a long time.

Claims (9)

하기 식 1의 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.Two-photon dye for real-time imaging of the lipid raft of the following formula 1.
Figure 112007047494795-pat00018
(1)
Figure 112007047494795-pat00018
(One)
(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기이고, (Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms, R2는 -COOH, -CH2SO3Na 또는 ,
Figure 112007047494795-pat00019
이며,
R 2 is —COOH, —CH 2 SO 3 Na, or
Figure 112007047494795-pat00019
Is,
상기 R3는 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)R 3 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms)
제 1항에 있어서, 상기 식 1의 화합물은 하기 식 2의 화합물인 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon dye for a real-time image of a lipid raft, according to claim 1, wherein the compound of Formula 1 is a compound of Formula 2.
Figure 112007047494795-pat00020
(2)
Figure 112007047494795-pat00020
(2)
(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms
제 1항에 있어서, 상기 식 1의 화합물은 하기 식 3의 화합물인 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon dye for a real-time image of a lipid raft, according to claim 1, wherein the compound of Formula 1 is a compound of Formula 3.
Figure 112007047494795-pat00021
(3)
Figure 112007047494795-pat00021
(3)
(상기 식에서, R1은 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)Wherein R 1 is an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms
제 1항에 있어서, 상기 식 1의 화합물은 하기 식 4의 화합물인 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon dye for a real-time image of a lipid raft, according to claim 1, wherein the compound of Formula 1 is a compound of Formula 4.
Figure 112007047494795-pat00022
(4)
Figure 112007047494795-pat00022
(4)
(상기 식에서, R1 및 R3는 각각 탄소수 5 내지 17의 알킬기임)Wherein R 1 And R 3 are each an alkyl group having 5 to 17 carbon atoms)
제 2항에 있어서, 상기 식 2의 화합물은 하기 식 5로 표시되는 군에서 선택된 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon dye for real-time imaging of a lipid raft, according to claim 2, wherein the compound of Formula 2 is any compound selected from the group represented by the following Formula 5.
Figure 112007047494795-pat00023
(5)
Figure 112007047494795-pat00023
(5)
제 3항에 있어서, 상기 식 3의 화합물은 하기 식 6으로 표시되는 군에서 선택된 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon dye for real-time imaging of a lipid raft, according to claim 3, wherein the compound of Formula 3 is any compound selected from the group represented by the following Formula 6.
Figure 112007047494795-pat00024
(6)
Figure 112007047494795-pat00024
(6)
제 4항에 있어서, 상기 식 4의 화합물은 하기 식 7로 표시되는 군에서 선택된 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon dye for a real-time image of a lipid raft, according to claim 4, wherein the compound of Formula 4 is any compound selected from the group represented by the following Formula 7.
Figure 112007047494795-pat00025
(7)
Figure 112007047494795-pat00025
(7)
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료의 이광자 흡수 효율은 생체 상태에서 20GM 이상이며, 이광자 여기광원의 파장범위는 750∼1000nm이고, 형광의 파장범위는 400∼700nm인 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon absorption efficiency of the two-photon dye for real-time imaging of the lipid raft is at least 20 GM in a living body, and the wavelength range of the two-photon excitation light source is 750 to 1000 nm, and the wavelength of fluorescence according to any one of claims 1 to 7. A two-photon dye for a real time image of a rapid raft, wherein the range is 400 to 700 nm. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료의 이광자 흡수 효율은 150GM 이상이고, 소수성이 큰 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에서는 430∼470nm의 형광을, 친수성 환경(용매, 리포좀 및 GUV)에서는 470∼530nm의 형광을 방출하는 것을 특징으로 하는 리피드 래프트의 실시간 영상용 이광자 염료.The two-photon absorption efficiency of the two-photon dye for real-time imaging of the lipid raft is at least 150 GM, and fluorescence of 430 to 470 nm is generated in a highly hydrophobic environment (solvent, liposome and GUV). , Two-photon dye for real-time imaging of lipid raft, characterized in that the fluorescence emission of 470 ~ 530nm in the hydrophilic environment (solvent, liposomes and GUV).
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