KR101415007B1 - 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신을 함유하는조성물 및 그의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2 가지 이상의 프로테오로돕신, 2 가지 이상의 박테리오로돕신, 또는 하나 이상의 박테리오로돕신 및 하나 이상의 프로테오로돕신의 고정화 혼합물을 함유하는 고체 재료를 제공한다. 상기 프로테오로돕신은 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신 및 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택되며; 이들은 전부 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는다. 상기 박테리오로돕신은 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신 및 레티날 유사체-포함 박테리오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택되며; 이들은 전부 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는다. 본 발명은 또한 상기 기재된 고체 재료, 및 유리, 종이, 금속, 직물 재료 및 플라스틱 재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 기판을 포함하는 광학 정보 캐리어, 예컨대 광학 데이터 저장 재료 및 위조방지 광학 데이터 캐리어를 제공하며, 여기서 상기 고체 재료는 상기 기판에 침적되어 있다. 본 발명은 추가로 하나 이상의 친수성 중합체 및 각종 광발색성 재료의 혼합물을 함유하는 위조방지 잉크를 제공한다.

Description

각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신을 함유하는 조성물 및 그의 용도{COMPOSITIONS COMPRISING VARIOUS PROTEORHODOPSINS AND/OR BACTERIORHODOPSINS AND USE THEREOF}
본 발명은 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 가진 각종 광발색성 재료의 고정화 혼합물을 가진 고체 재료에 관한 것이다. 상기 각종 광발색성 재료는 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신, 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신, 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신 및/또는 레티날 유사체-포함 박테리오로돕신이다. 특히, 본 발명은 광학 데이터 저장 재료, 위조방지 광학 데이터 캐리어 및 위조방지 잉크로서의 각종 광발색성 재료의 혼합물의 용도에 관한 것이다.
박테리오로돕신 (BR) 은 할로박테리움 살리나리움 (Halobacterium salinarium) 으로 지칭되는 해수 소택지 박테리아의 광합성계에서 발견되는 레티날 단백질 분자이다. BR 분자는 세포막에 위치하며, 일반적으로 자색 세포막으로 지칭되는 2D 단백질-지질 어레이를 형성한다. 광학 데이터 저장을 위한 박테리오로돕신 (BR) 과 같은 광발색성 단백질의 이용은 유도전망한 것으로 간주되어 오고 있다.
프로테오로돕신 (PR) 은 박테리오로돕신과 유연 관계가 멀다 (22 내지 24% 서열 상동성). 프로테오로돕신은 통합 막 단백질이며; 이들은 비배양 해양성 진정 세균으로부터 분리되어, 광구동 양자 펌프로서 기능한다. 전부 트랜스인 레티날 보조 인자에 의한 광 흡수시, 프로테오로돕신은 다수의 중간체를 거치며 광싸이클을 통과한다. 광 자극에 의한 프로테오로돕신 분자의 여기시, 프로테오로돕신/레티날 복합체는 불안정한 중간 에너지 상태로 여기되는 것으로 여겨진다. 프로테오로돕신은 에너지 정점 또는 중간점, 예를 들어, "M-형 상태" 또는 "M-상태", "K-형 상태" 또는 "K-상태", "N-형 상태" 또는 "N-상태", 또는 "O-형 상태" 또는 "O-상태" 로 다양하게 될 수 있는 일련의 불안정한 에너지 상태를 거쳐간다. 후속적으로, 복합체는 양자 수송에 수반되는 더욱 안정한 기저 상태로 전환된다.
Beja, 등 (Science 289: 1902-6, 2000) 은 해양성 γ-프로테오박테리아 (프로테오박테리아 "SAR86" 분류군) 의 비배양 구성원 유래의 프로테오로돕신 유전자의 클로닝을 개시한다. 프로테오로돕신은 에셰리키아 콜라이 (E. coli) 에서 기능적으로 발현하며 전부 트랜스인 레티날에 결합하여 활성 광 구동 양자 펌프를 형성한다.
Beja, 등 (Nature 411 :786-9, 2001) 은 각종 공급원 유래의 20 개를 상회하는 변이체 프로테오로돕신 유전자의 클로닝을 개시한다. 프로테오로돕신 변이체는 상이한 파장의 광을 최대한 흡수하는 광범위하게 분포된 프로테오로돕신 변이체의 광범위한 패밀리에 속하는 것으로 나타난다.
Dioumaev, 등 (Biochemistry, 42: 6582-6587 (2003)) 은 가시광선 영역에서의 섬광 광분해 및 가시광선 영역에서의 흡수 변화 측정을 위한 폴리아크릴아미드 겔에 둘러쌓인 프로테오로돕신-포함 막 분절 이용을 개시한다.
U.S. 특허 제 5,235,076 호 (Asato) 는 아줄렌계 레티노이드 화합물 및 치료용 조성물을 개시한다. 상기 조성물은 여드름 및 건선과 같은 피부과적 장애 치료에 유용하다.
U.S. 특허 제 4,896,049 호 (Ogawa) 는 레티날의 각종 합성 유사체를 개시하는데, 이들은 상이한 흡수 파장을 갖는다. Ogawa 가 개시한 합성 레티날 유사체는 본원에 참고로서 포함된다.
Khodonov 등 (Sensors and Actuators B 38-39:218-221 (1997)) 은 , 전부 트랜스인 레티날인 자연 박테리오로돕신 발색단을 그의 유사체로 치환함에 의한 개질된 박테리오로돕신을 기재한다. Khodonov 의 문헌에 개시된 레티날 유사체는 본원에 참고로서 포함된다.
Imai 등 (Photochemistry and Photobiology, 70 : 111 - 115 (1999)) 은 적색 편이성 시각 안료 유사체를 제공하지 않는 아줄렌계 레티날 유사체를 개시하는데, 여기서 폴리에날 3-메톡시-3-디히드로레티날 및 14F-3-메톡시-3-디히드로레티날의 9-시스 이성질체는 663 및 720 nm 에서 요돕신 안료 유사체를 제공한다.
U.S. 특허 제 6,483,735 호 (Rentzepis) 는 평면 디스크의 볼륨 전체 또는 무작위-접속 볼륨 조사 메모리 내에 각각의 잠재적 다중층에서의 여러 개의 어드레스가능한 도메인 각각의 동일한 물리적 볼륨에 다중적인 이진수 비트의 정보를 저장하도록 제공되는 3- 또는 4-차원적 조사 메모리를 개시한다. 동일한 어드레스가능한 도메인 내에서의 다중적인 정보 비트의 저장은 상기 각 도메인의 볼륨 내에 각종 상이한 형광 화합물의 공동배치에 의해 수행되며; 상기 형광 화합물은 재기록가능하지 않다.
U.S. 특허 제 5,470,690 호 및 제 5,346,789 호 (Lewis) 에서는, 데이터 저장용 광학 메모리를 위한 고-pH 폴리비닐 알콜 용액에 할로박테리움 할로비움 (Halobacterium Halobium) (현재, 할로박테리움 살리나룸 (Halobacterium salinarum) 으로 공지되어 있음) 으로부터 수득되는 박테리오로돕신을 포함하는, 하며, 영상을 보존하고, 광학적으로 변환가능한 (switchable) 필름을 개시한다.
Gourevich, I. 등 (Chemical Materials, Multidye Nanostructured Material for Optical Data Storage and Security Labeling (2004)) 은, 가시광선 및 근접-IR 형광 염료를 이용하여 3 차원적 광학 데이터 저장 및 위조방지 표지를 위한 중합체 나노복합물을 개시한다. 데이터는 형광 염료의 선별적인 광탈색을 통해 기록되며, 이는 재기록가능하지 않다.
광학 데이터 저장은 컴퓨터 산업을 근본적으로 바꿀 잠재력을 가졌는데, 이는 광학 데이터 저장이 매우 높은 저장 용량 및 데이터의 빠른 검독 및 기록 모두를 제공하기 때문이다. 추가적으로, 광학 신호 프로세싱은 패턴 인식에 대한 매우 유사한 경향으로 이용될 수도 있는데, 이는 현재의 컴퓨터 기술로는 하기 어렵다. 상기 응용들이 성공하게 되기 위해서는 적은 광산란, 큰 데이터 저장 용량 및 재기록가능한 용량을 가진 기능성 광학 재료가 필요하다.
은행장부, 수표, 신분증 등과 같은 문서들은 종종 이들을 복제 또는 위조하기 어렵게 하기 위해 위조방지 특징을 포함한다. 이들 대부분은 제지 도중 포함되는 비치는 무늬와 같은 위조방지 특징을 가진 특수지를 이용하거나 또는 복제하기 어려운 도금된 가는선 패턴을 인쇄하는 것을 근간으로 한다. 그러나, 상기 특징들은 영구적으로 보이는 것으로, 정교한 위조방지 수요는 만족시키지 못한다.
효율적으로 경제적으로 제조가능하며, 낮은 백그라운드 노이즈 (혼선; crosstalk), 큰 데이터 저장 용량 및 재기록가능한 역량을 가진 광학 정보 캐리어가 필요하다. 상기 광학 정보 캐리어는 광학 데이터 저장 재료 또는 위조방지 광학 데이터 캐리어로서 유효하다.
발명의 개요
본 발명은 서로 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 가진 광발색성 재료의 고정화 혼합물을 함유하는 고체 재료를 제공한다. 상기 광발색성 재료는 2 가지 이상의 프로테오로돕신, 2 가지 이상의 박테리오로돕신, 또는 하나 이상의 박테리오로돕신 및 하나 이상의 프로테오로돕신을 함유한다. 프로테오로돕신은 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신 및 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 박테리오로돕신은 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신 및 레티날 유사체-포함 박테리오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 고체 재료는 바람직하게는 고체 형태로 고화 전 상기 광발색성 재료와 함께 균질상을 형성할 수 있는 하나 이상의 친수성 중합체를 포함한다.
본 발명은 각종 파장 및/또는 광학 신호의 화학선 광 (기록광) 에 의해 데이터가 따로따로 기록되며/되거나 광학 신호가 각종 파장의 검독광에 의해 따로따로 검독되는, 상기 기재된 바와 같은 고체 재료를 함유하는 광학 정보 캐리어를 제공한다. 상기 광학 신호는 각각의 광발색성 재료의 B-상태 분자 감소를 측정하여 따로따로 검독될 수 있다. 대안적으로는, 상기 광학 신호는 각각의 광발색성 재료에 의해, M-상태 또는 다른 여기 상태의 최대 흡광 파장에서의 흡광을 측정하여 따로따로 검독될 수 있다. 각종 광발색성 재료는 데이터의 비파괴적인 기록 및 검독을 제공하며, 재사용될 수 있다. 광학 정보 캐리어는 유리, 종이, 금속, 직물 재료 및 플라스틱 재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 기판을 추가로 포함하는데, 여기서 상기 고체 재료는 상기 기판에 침적되어 있다. 본 발명의 광학 정보 캐리어는, 예를 들어 위조방지 광학 데이터 캐리어 또는 광학 데이터 저장 재료이다.
본 발명은 추가로 상기 기재된 바와 같은 상이한 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 및 하나 이상의 친수성 중합체를 함유하는 위조방지 잉크를 제공하는데, 여기서 상기 상이한 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 및 친수성 중합체는 균질 액상을 형성하며, 상기 잉크는 표면에 적용 후 고화 또는 건조됨으로써, 상기 각종 광발색성 재료를 잉크가 적용될 특정 위치에 고정시킨다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 투명 매트릭스에 고정된 박테리오로돕신 및 프로테오로돕신의 혼합물의 임시 데이터 저장 스펙트럼을 나타낸다. 상기 스펙트럼은 본원에 일련으로 기록되었다. 스펙트럼 1 은 혼합물에 자색광 (400 nm) 을 조사시킨 후 취했다. 스펙트럼 2 는 혼합물에 녹색광 (510 nm) 을 조사시킨 후 취했다. 스펙트럼 3 은 혼합물에 자색광 (400 nm) 에 이어 적색광 (640 nm) 을 조사한 후 취했다.
도 2 는 투명 매트릭스에 고정된 박테리오로돕신 및 프로테오로돕신의 혼합물의 임시 데이터 저장 스펙트럼을 나타낸다. 스펙트럼은 도 1 에 대해 기재된 것과 같은 순서로 기록했다. 스펙트럼 4 는 혼합물에 녹색광 (510 nm) 을 조사한 후 취했다. 스펙트럼 5 는 혼합물에 자색광 (400 nm) 을 조사한 후 취했다. 스펙트럼 6 은 자색광 (400 nm) 에 이어, 적색광 (640 nm) 을 조사한 후 취했다.
발명의 상세한 설명
정의
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "화학선 광" 은, 특히 가시광선 및 자외선 스펙트럼 영역인, 조사 에너지를 지칭하며, 광발색성 재료에서는 광발색성 변화를 제공할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "아포단백질" 은 콘쥬게이트화된 단백질의 단백질 부분을 지칭한다. "프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신 아포단백질" 은 전부 트랜스인 레티날 또는 레티날 유사체를 제외한, 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신 단백질 자체를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "아줄렌계 레티노이드 화합물" 은 개질 또는 비개질성인 전부 트랜스인 레티날 골격에 결합된 아줄렌기를 가진 화합물을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "기저 상태" 또는 "B-상태" 또는 "B-형 상태" 는 광 여기없이 프로테오로돕신 분자 또는 박테리오로돕신 분자의 광싸이클의 기저 상태를 지칭한다. 용어 "M-상태" 또는 "M-형 상태" 는 기저 상태와 대비되는 광싸이클에서의 여기된 스펙트럼 상태를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "광발색성" 은 (광으로서인) 조사 에너지에 노출시 색상을 변화시키는 능력을 가진 것을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "레티날 유사체" 는 전부 트랜스인 레티날을 대체하며, 박테리오로돕신 또는 프로테오로돕신의 아포단백질과 커플링될 수 있는 화합물을 지칭한다.
본 발명은 각종 광발색성 재료의 고정화된 혼합물을 함유하는 고체 재료를 제공하며, 여기서 상기 각종 광발색성 재료는 전부 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는다.
본 발명의 고체 재료는 고체 형태를 위한 고화 전에 상기 각종 광발색성 재료와 균질상을 형성할 수 있는 하나 이상의 친수성 중합체를 함유한다. 각종 광발색성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 재료는 광학 데이터 저장 재료 및 위조방지 광학 데이터 캐리어와 같은 광학 정보 데이터 캐리어로서 유용하다. 각종 광발색성 재료는, 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는데, 증대된 광학 데이터 저장 용량을 제공하며, 동시적인 프로세싱을 가능하게 한다. 상기 고체 재료는 저장 (기록) 광학 데이터에서 유용하다. 상기 재료는 데이터를 보유할 수 있고, 상기 데이터의 비파괴적인 검출 (검독) 을 가능하게 하며, 데이터의 광학적 멸실 후 재사용가능하다.
한 구현예에서, 변색성을 갖는 광발색성 재료는 원래의 색상으로 되돌아오는 능력을 갖는다. 광발색성 재료에 의한 원래 색상으로의 회귀는 자발적이거나 또는 조사 에너지에 대한 재-노광에 의해 초래될 수 있다.
본 발명의 각종 광발색성 재료에는 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신이 포함되며; 이들은 전부 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는다. "별로 중복되지 않음" 은, 한 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신의 해당 파장에서의 흡광도 (광학 밀도) 가 동일한 조건 (예를 들어, 온도) 하에서의 다른 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신의 흡광도보다 2 배 이상, 3 배 이상, 4 배 이상, 5 배 이상, 6 배 이상, 7 배 이상, 8 배 이상, 9 배 이상 또는 10 배 이상 더 높아지도록 특정 파장이 선택될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 600 nm 와 같은 선택된 파장에서, 광발색성 조성물 X 가 1.0 OD 의 흡광도를 갖는 경우, 광발색성 조성물 Y 는 0.5 이하, 바람직하게는 0.33 이하, 바람직하게는 0.2 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 OD 이하의 흡광도를 가지며, 이에 따라 광발색성 조성물 X 및 Y 의 흡수 스펙트럼은 별로 중복되지 않는다.
본 발명의 한 구현예에서, 각종 광발색성 재료는 2 가지 이상의 (예를 들어, 3 가지, 4 가지, 5 가지, 6 가지, 7 가지, 8 가지 등) 프로테오로돕신을 함유한다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 각종 광발색성 재료는 2 가지 이상의 박테리오로돕신 (예를 들어, 3 가지, 4 가지, 5 가지, 6 가지, 7 가지, 8 가지 등) 을 함유한다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 각종 광발색성 재료는 하나 이상의 박테리오로돕신 및 하나 이상의 프로테오로돕신을 함유한다. 본 발명에서, 프로테오로돕신은 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신 및 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 박테리오로돕신은 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신 및 레티날 유사체-포함 박테리오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
프로테오로돕신
프로테오로돕신은 일반적으로 원통형 채널을 형성하는 7 개의 지질막-편재 α-헬릭스의 구조를 가진 막통과 단백질이다. 올바르게 폴딩되고 전부 트랜스인 레티날을 공급받으면, 프로테오로돕신의 7 개의 α-헬릭스는 전부 트랜스인 레티날을 둘러싼 새장형으로 정렬된다. 광학 정보 캐리어에서 프로테오로돕신을 이용하는 한 가지 장점은 프로테오로돕신이 에셰리키아 콜라이 (E. coli) 에서 기능적으로 발현되어 다량의 (그램 또는 킬로그램) 단백질을 경제적으로 및 효율적으로 제공할 수 있다는 점이다. 프로테오로돕신-발현 세포는 해리되어 막 분획을 포함하는 펠렛을 수집한다. 계면활성제 가용화로써 막으로부터 프로테오로돕신 단백질을 더 추출할 수 있다. 프로테오로돕신을 포함하는 막 또는 막의 분절들, 또는 정제된 프로테오로돕신 단백질은 광학 데이터 저장 재료 또는 위조방지 광학 데이터 캐리어와 같은 광학 정보 캐리어로서 이용될 수 있다.
프로테오로돕신을 광학 데이터 저장 재료로서 이용하는 경우, 광 산란을 피하기 위해 계면활성제-가용화 프로테오로돕신을 고정화시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 한 구현예에서, 계면활성제-가용화 및 막이 제거된 프로테오로돕신을 이용한다. 계면활성제-가용화 프로테오로돕신은 일반적으로 단량체의 형태이며, 때때로 올리고머 (이량체, 삼량체, 사량체, 오량체 또는 육량체) 의 형태이다. 개별적인 프로테오로돕신 단량체는 크기가 약 5 nm 이며; 그렇게 작은 크기는 가시광선 영역에서 광 산란을 제공하지 않는다. 프로테오로돕신의 단량체 또는 올리고머 안정성은, 이것이 빛을 산란시키는 ㎛ 크기의 입자의 문제점없이 광학 데이터 저장 재료의 구성원으로서 바람직하도록 한다. 추가적으로, 개별적인 프로테오로돕신 단량체의 작은 크기는 광학 데이터 저장 재료에서 균일한 단백질 분포를 수득하는 것을 더욱 용이하게 해 준다.
박테리오로돕신과는 달리, 프로테오로돕신은 실온에서 1 개월 이상 또는 4℃ 에서 1 년 이상 그의 단량체 또는 올리고머 상태에서 안정하다. 용어 "안정한" 은 프로테오로돕신이 그의 스펙트럼 특징을 크게 변화시키지 않으며 (최대 흡광 파장이 30 nm 미만), 기저 상태에서 M-상태로의 전이를 포함하는, 광에 의한 여기시 광싸이클을 제공할 수 있음을 의미한다.
전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신 변이체의 기저 흡수 최대값은 일반적으로 480 nm 내지 550 nm, 종종 488 내지 526 nm 이다 (Man, 등, Embo J. 22:1725-1731 (2003)).
프로테오로돕신의 M-상태의 흡광 최대값은 일반적으로 350 nm 내지 450 nm, 종종 약 410 nm 이다. M-상태는 다른 식별되는 스펙트럼 상태인 K-, N- 및 O-형 상태와는 구분되는데, 이는 전부 기저 상태에 비해 적색 편이성 스펙트럼 (예를 들어, > 530 nm) 을 갖는다.
프로테오로돕신 분자를 여기 파장의 화학선 광에 노출시키는 경우, 활성화된 M-상태로 여기되며 황색 색상으로 변화한다. 상기 색상은, 시간에 따라 자발적으로 또는 제 2 의 광에 재료를 노광시킴으로써 그의 원래 색상으로 되돌려진다. 예를 들어, 프로테오로돕신-포함 재료를 황색광 또는 녹색광으로 여기시켜 그의 색상을 적색 또는 자색에서 황색으로 변화시키며; 상기 색상 변화는 자발적으로 또는 자색 또는 청색광을 이용하여 상기 재료를 조사함으로써 소거된다. 여기 및 소거 싸이클은 수 회 반복될 수 있으며, 따라서 프로테오로돕신 분자는 재사용가능하다.
본 발명에 유용한 프로테오로돕신은 임의의 자연 발생 프로테오로돕신으로부터 유래될 수 있다. 각종 자연 프로테오로돕신을 코딩하는 각종 자연 핵산 서열이 도메인 박테리아의 자연 발생 구성원들로부터 수득되어 왔다. 상기 구성원들에는, 해양성 박테리아, 예컨대 SAR86 군 유래의 박테리아가 포함된다. 프로테오로돕신의 자연 핵산 서열은 클로닝되어 있으며, 프로테오로돕신의 자연 형태가 발현된다. 해양성 박테리아로부터 유도된 것 및 비-해양성 박테리아로부터 유도된 것을 포함하는 프로테오로돕신의 다수의 자연 형태가 있으며; 이들 전부 본 발명에 이용될 수 있다.
예를 들어, 프로테오로돕신의 자연 형태에는 하기의 것이 포함된다:
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Figure 112006091236168-pct00002
Figure 112006091236168-pct00003
Figure 112006091236168-pct00004
및
Figure 112006091236168-pct00005
참고 문헌으로는 Baja, 등, Nature 411:786-9 (2001); Man, 등, EMBO J, 22:1725-1731 (2003); 및 Sabehi, 등, Environ. Microbiol., 5: 842-9 (2003). 상기 각종 프로테오로돕신의 뉴클레오티드 및 아미노산 서열은 접근 번호 AF349976-AF350003, AF279106, AY210898-AY210919, AY250714-AY250741, AY372453 및 AY372455 으로 Genbank 에 기탁되었다. 추가로, Venter, 등 (Science 304: 66-74 (2004)) 은 최근 782 개의 신규한 로돕신 유사체를 보고했는데, 이들 대부분은 사르가소해 (Sargasso Sea) 에서 발견되는 프로테오로돕신이다. 상기 참고 문헌에 기재된 프로테오로돕신은 본 발명에 적합한 것이다.
본 발명에 유용한 프로테오로돕신은 또한 임의의 비-자연 발생 프로테오로돕신, 예컨대 프로테오로돕신 돌연변이체로부터 유도될 수 있다. 용어 "프로테오로돕신 돌연변이체" 는 프로테오로돕신의 자연 서열로부터 하나 이상의 아미노산 잔기 및/또는 뉴클레오티드가 삽입, 결실 및/또는 치환된 하나 이상의 돌연변이를 포함하는 프로테오로돕신을 지칭한다. 예를 들어, 뉴클레오티드 서열은 상기 서열 내의 동일하거나 또는 기능적으로 동등한 아미노산 잔기를 코딩하는 상이한 코돈을 치환함으로써 변경될 수 있고, 이로써 침묵 변화 (silent change) 를 제공한다. 예를 들어, 상기 서열 내 아미노산 잔기는 동일한 극성 또는 동일한 클래스의 또다른 아미노산에 의해 치환될 수 있다. 무극성 (소수성) 아미노산에는 알라닌, 류신, 이소류신, 발린, 프롤린, 페닐알라닌, 트립토판, 글리신 및 메티오닌이 포함된다. 극성 중성 아미노산에는 세린, 트레오닌, 시스테인, 타이로신, 아스파라긴 및 글루타민이 포함된다. 양극으로 하전된 (염기성) 아미노산에는 아르기닌, 라이신 및 히스티딘이 포함된다. 음극으로 하전된 (산성) 아미노산에는 아스파르트산 및 글루탐산이 포함된다.
본 발명에 유용한 프로테오로돕신 돌연변이체에는, 예를 들어 하기의 것의 아미노산 서열이 포함된다:
Figure 112006091236168-pct00006
Figure 112006091236168-pct00007
Figure 112006091236168-pct00008
및
Figure 112006091236168-pct00009
. 여기서, Bac31A8H75K 은, 자연 발생 Bac31A8 의 75 번째 아미노 잔기가 히스티딘에서 라이신으로 돌연변이화되었음을 의미한다. 프로테오로돕신 돌연변이체는 함께 출원 중인 U.S. 출원 공보 제 2005-0095605 호에 개시되어 있으며; 이는 본원에 전부 참고문헌으로 포함된다.
박테리오로돕신
박테리오로돕신 (BR) 은 할로박테리움 살리나리움 (Halobacterium salinarium) 으로 지칭되는 해수 소택지 박테리아의 광합성계에서 발견되는 전부 트랜스인 레티날 포함 단백질 분자이다. BR-계 광학 필름은 지난 20 년간 이용되어 오고 있으나, 상기 필름은 이들이 데이터 저장 적용을 위해 상업적으로 전망있게 되도록 하기 위한 필요한 특징을 갖추진 않았다. BR 계 필름이 가진 문제점들 중 하나는 BR 이 0.2 내지 1 ㎛ 크기의 단백질-지질 팻치를 형성한다는 점이다. BR 이 상기 팻치들로부터 추출되어 단량체성 단백질을 형성하는 경우, 이는 불안정해지며 수일 내에 불활성화된다. 상기 BR 팻치를 광학 필름에 이용하면서 생기는 문제점은, 상기 팻치가 필름과 상호작용하도록 사용되는 광의 파장과 거의 동일한 크기라서, 검독 및 기록 싸이클에서 심각한 광 산란을 일으켜, 노이즈를 증가시키고 필름 성능을 저하시킨다는 점이다. 추가적으로, BR 팻치는 서로 들러붙는 경향이 있어, 필름 내 BR 단백질의 비균일한 분포를 제공하며, 더 나아가 BR 계 광학 필름 성능을 저하시킨다.
PR 과 비교해 BR 의 또다른 문제점은 대량 생산하기에 비싸다는 점이다. BR 은 완전히 기능하기 위해서는 자연 유기체 할로박테리움 살리나리움에서 발현되어야 한다. Dunn, 등, J. Biol. Chem, 262: 9246-9254 (1987); Hohenfeld, 등, FEDB lett, 442: 198-202 (1999)). 할로박테리움 살리나리움은 매우 느리게 성장하며, 낮은 세포 밀도를 제공하며, 성장 배지에 다량의 염이 존재해야 한다. 할로박테리움 살리나리움의 낮은 생산성 및 고농도 염 성장 배지를 견딜 수 있는 값비싼 주문생산형 발효 및 회수 장치는 BR 생산 비용을 증가시킨다.
그럼에도 불구하고, 박테리오로돕신은 590 nm 의 독특한 최대 흡광 파장을 갖는데, 이는 대부분의 프로테오로돕신의 것과는 상이하며, 이에 각종 광발색성 재료의 구성원으로서 유용하다. BR 분자는 PR 분자로 이루어진 재료에 배합되는 경우 유용하다.
전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신의 기저 흡수 최대값은 일반적으로 590 nm 이며, 임의의 눈에 띄는 변화는 없다. 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신은 전부 유사한 자색 색상을 갖는다. 박테리오로돕신의 M-상태의 흡수 최대값은 일반적으로 약 410 nm 이다.
박테리오로돕신이 여기 파장의 광에 노출되는 경우, 이는 활성화된 M-상태로 여기되며, 황색 색상으로 변화한다. 상기 색상은 시간에 따라 자발적으로 또는 제 2 광에 대한 상기 재료의 노광에 의해 그의 기본 색상으로 되돌려진다. 예를 들어, 박테리오로돕신-포함 재료는 녹색광으로 여기되어 색상이 자색에서 황색으로 변화할 수 있으며; 상기 색상 변화는 자발적으로 또는 청색광으로 상기 재료를 조사하여 소거된다.
본 발명에 유용한 박테리오로돕신은 임의의 자연 발생 박테리오로돕신으로부터 유도될 수 있다. 본 발명에 유용한 박테리오로돕신은 임의의 비-자연 발생 박테리오로돕신, 예컨대 박테리오로돕신 돌연변이체로부터 유도될 수 있다. 용어 "박테리오로돕신 돌연변이체" 는 박테리오로돕신의 자연 아미노 또는 핵산 서열로부터 하나 이상의 아미노산 잔기 및/또는 뉴클레오티드를 삽입, 결실 및/또는 치환한 하나 이상의 돌연변이를 포함하는 박테리오로돕신을 지칭한다. 예를 들어, 뉴클레오티드 서열은 서열 내의 동일한 또는 기능적으로 동등한 아미노산 잔기를 코딩하는 상이한 코돈의 치환에 의해 변경될 수 있으며, 이에 침묵 변화 (silent change) 가 제공된다. 예를 들어, 서열 내 아미노산 잔기는 유사한 극성을 갖거나 또는 유사한 클래스의 또다른 아미노산으로 치환될 수 있다. 무극성 (소수성) 아미노산에는 알라닌, 류신, 이소류신, 발린, 프롤린, 페닐알라닌, 트립토판, 글리신 및 메티오닌이 포함된다. 극성 중성 아미노산에는 세린, 트레오닌, 시스테인, 타이로신, 아스파라긴 및 글루타민이 포함된다. 양극으로 하전된 (염기성) 아미노산에는 아르기닌, 라이신 및 히스티딘이 포함된다. 음극으로 하전된 (산성) 아미노산에는 아스파르트산 및 글루탐산이 포함된다.
본 발명에 유용한 박테리오로돕신 돌연변이체에는 하기의 것이 포함된다:
Figure 112006091236168-pct00010
및
Figure 112006091236168-pct00011
Figure 112006091236168-pct00012
및 기타 가능한 박테리오로돕신 돌연변이체. 여기서 BR-D85N 은 자연 발생 박테리오로돕신의 85 번째 아미노산 잔기가 아스파르트산 (D) 에서 아스파라긴 (N) 으로 돌연변이화되었음을 의미한다.
레티날 유사체
각종 레티날 유사체는 본 발명에 유용하다. 한 구현예에서, 레티날 유사체는 아줄렌계 레티노이드 화합물이다. 또다른 구현예에서, 레티날 유사체는 전부 트랜스인 레티날과 구조적으로 유사한 화합물이다. 프로테오로돕신/박테리오로돕신 아포단백질 및 레티날 유사체는 동일한 프로테오로돕신/박테리오로돕신 아포단백질 및 전부 트랜스인 레티날을 함유하는 상응하는 광발색성 재료와 상이한 스펙트럼 특징을 가진 광발색성 재료를 형성한다.
본 출원의 한 구현예에서, 프로테오로돕신/박테리오로돕신 아포단백질 및 레티날 유사체는 광발색성 재료를 형성하는데, 그의 흡수 스펙트럼은 동일한 조건 (예를 들어, 온도) 하에 동일한 프로테오로돕신/박테리오로돕신 아포단백질 및 전부 트랜스인 레티날을 함유하는 상응하는 광발색성 재료의 흡수 스펙트럼과 별로 중복되지 않는다. 본 출원의 또다른 구현예에서, 프로테오로돕신/박테리오로돕신 아포단백질 및 레티날 유사체는, 동일한 조건 (예를 들어, 온도) 하에 동일한 프로테오로돕신/박테리오로돕신 아포단백질 및 전부 트랜스인 레티날을 함유하는 광발색성 재료에 비해 적색 편이성의 가시광선 발색단을 제공하는 광발색성 재료를 형성한다. 스펙트럼 특징에서의 변화는 광학 데이터 저장 용량을 증가시키기 위한 광의 다양한 파장의 이용을 가능하게 하며, 동시적인 프로세싱을 가능하게 한다.
전부 트랜스인 레티날의 구조는 하기에 나타낸다:
Figure 112006091236168-pct00013
전부 트랜스인 레티날
본 발명에 유용한 레티날 유사체에는 화학식 I 의 아줄렌계 레티노이드 화합물이 포함된다:
Figure 112006091236168-pct00014
[식 중,
R', R" 및 R'" 은 각각 독립적으로 H, C1 -4 직쇄 알킬 또는 C1 -4 분지쇄 알킬이며,
n 은 1 내지 4 의 정수이며;
Xa 및 X'b 는 각각 독립적으로 H, C1 -4 알킬, F, Cl 또는 CF3 이며;
Y 는 부재하거나, 또는 Y 는 파라-, 메타- 또는 오르토- 페닐이며;
Z 는 CHO 이다].
본 발명의 한 구현예에서, R', R" 및 R'" 은 독립적으로 H, 메틸, 이소프로필이다.
바람직하게는, R'= R'"=메틸, R"=이소프로필이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, Y 는 부재한다.
아줄렌계 레티노이드 화합물의 제조는, 예를 들어, U.S. 특허 제 5,235,076 호 (Asato) 에 개시되어 있으며, 이는 전부 본원에 참고문헌으로 포함된다.
본 발명에서 유용한 화학식 I 의 구체적인 예시에는 하기의 화합물들이 포함 된다:
Figure 112006091236168-pct00015
화합물 A
Figure 112006091236168-pct00016
화합물 B
Figure 112006091236168-pct00017
화합물 C
Figure 112006091236168-pct00018
화합물 D
Figure 112006091236168-pct00019
화합물 E
Figure 112006091236168-pct00020
화합물 F
Figure 112006091236168-pct00021
화합물 G
Figure 112006091236168-pct00022
화합물 H
Figure 112006091236168-pct00023
화합물 I
Figure 112006091236168-pct00024
화합물 J
Figure 112006091236168-pct00025
화합물 K
Figure 112006091236168-pct00026
화합물 L
Figure 112006091236168-pct00027
화합물 M
Figure 112006091236168-pct00028
화합물 N
본 발명에 유용한 레티날 유사체에는 또한 전부 트랜스인 레티날과 구조적으로 유사한 하기의 비아줄렌계 화합물이 포함된다:
Figure 112006091236168-pct00029
화합물 O (U.S. 특허 제 4,896,049 호 (Ogawa))
Figure 112006091236168-pct00030
화합물 P (U.S. 특허 제 4,896,049 호 (Ogawa))
Figure 112006091236168-pct00031
화합물 Q (U.S. 특허 제 4,896,049 호 (Ogawa))
Figure 112006091236168-pct00032
화합물 R Khodonov, 등 (Sensors and Actuators B 38-39:218-221 (1997))
Figure 112006091236168-pct00033
화합물 S Khodonov, 등 (Sensors and Actuators B 38-39:218-221 (1997))
Figure 112006091236168-pct00034
P-디메틸 아미노신남알데히드 ( DMCA )
DMCA 는, 예를 들어, Fluka AG (Buchs, Switzerland), Sigma-Aldrich (St. Louis, MO), The Lab Depot, Inc. (Alpharetta, GA) 및 Science Lab.com (Kingwood, TX) 로부터 시판되어 입수가능하다.
레티날 유사체-포함 프로테오로돕신은 숙주 세포 내에서 상기 유사체의 존재 하에 프로테오로돕신을 발현시켜 편리하게 제조할 수 있다. 에셰리키아 콜라이 (E. coli) 는, 예를 들어 유효한 숙주 세포인데, 이는 이것이 전부 트랜스인 레티날을 제공하지 않기 때문이다. 기타 숙주 세포로서, 전부 트랜스인 레티날의 합성 경로가 차단된 것이 또한 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신 제조에 유효한 숙주 세포일 수 있다. 유사체는 세포 배양물에 첨가되며, 숙주 세포 성장 및 프로테오로돕신 발현 동안 프로테오로돕신 단백질 내로 삽입된다.
한편, 레티날 유사체-포함 박테리오로돕신은, 그의 숙주 세포 할로박테리움 살리나룸 (H. salinarum) 에서의 박테리오로돕신의 발현 동안 유사체의 첨가로 간편하게 제조할 수 없다. 전부 트랜스인 레티날은 할로박테리움 살리나룸에 의해 제공되며, 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신은 박테리오로돕신의 발현 동안 형성된다. 레티날 유사체-포함 박테리오로돕신 제조를 위해, 전부 트랜스 인 레티날은 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신으로부터 제거되어야 하며, 그 후 레티날 유사체를 박테리오로돕신 아포단백질에 첨가하여 박테리오로돕신 및 레티날 유사체의 복합체를 형성한다.
고정화된 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신의 혼합물을 함유하는 고체 재료
본 발명은 하나 이상의 박테리오로돕신 및 하나 이상의 프로테오로돕신의 고정화 혼합물을 포함하는 고체 재료를 제공하며; 바람직하게는 상기 박테리오로돕신 및 상기 프로테오로돕신 전부 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는다. 본 발명은 또한 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는 2 가지 이상의 프로테오로돕신의 고정화된 혼합물을 함유하는 고체 재료를 제공한다. 본 발명은 추가적으로 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는 2 가지 이상의 박테리오로돕신의 고정화 혼합물을 함유하는 고체 재료를 제공한다. 상기 고체 재료에서, 프로테로오돕신은 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신 및 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 박테리오로돕신은 전부 트랜스인 레티날 포함 박테리오로돕신 및 레티날 유사체 포함 박테리오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 고체 재료는, 바람직하게는 박테리오로돕신 및/또는 프로테오로돕신이 고체에 골고루 분포되도록 고체 형태로 고화되기 전 박테리오로돕신 및/또는 프로테오로돕신과 함께 균질상을 형성할 수 있는 하나 이상의 친수성 중합체를 포함한다. "균질" 은 박테리오로돕신 및/또는 프로테오로돕신 및 친수성 중합체 또는 그의 전구체가 혼합물을 통틀어 균일한 구조 또는 조성을 형성한다는 것을 의미한다. "고정화된" 이란, 본원에 사용된 바와 같이, 프로테오로돕신/박테리오로돕신이 이동성이 아니며, 재료 내에 고정되었음을 의미한다. 프로테오로돕신과 재료 사이의 상호작용은 공유결합성 또는 비-공유결합성이다. 예를 들어, 프로테오로돕신/박테리오로돕신은 재료 내에 물리적으로 트랩핑될 수 있다. 프로테오로돕신은 또한 정전기적 전하, H-결합, 소수성, 친수성 또는 반데르 발스 상호작용에 의해 재료에 결합될 수 있다. 고정화로써, 프로테오로돕신/박테리오로돕신 분자는, 광학 신호가 프로테오로돕신 분자의 확산에 의해 소실되지 않도록 고체 재료 내에서 고정되며 확산하지 않거나 또는 아주 느리게 확산한다.
친수성 중합체는 혼탁하지 않거나 또는 광학적으로 투명한 고체 재료를 제공하며, 이는 그에 포함된 광발색성 재료의 충분한 광 여기를 가능하게 한다.
본 발명에 적합한 친수성 중합체에는 실리카 졸 겔, 겔라틴, 폴리아크릴아미드, 아카시아, 아가, 칼슘 카라기난, 칼슘 알기네이트, 나트륨 알기네이트 또는 알긴산의 기타 염, 알긴, 아가로스, 콜라겐, 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리아크릴산, 부분 가교 폴리아크릴산, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 옥시드, 펙틴 및 이들의 혼합물이 포함된다.
비닐 중합체 및 그의 유도체도 또한 본 발명에 유용하다. 폴리비닐 알콜 (PVA) 은, 단독중합체 또는 공중합체로서 정의되는데, 여기서 비닐 아세테이트는 출발 단량체 단위이며, 대부분 또는 전체 (70 내지 100%) 아세테이트 부분은 후속 적으로 알콜 부분으로 가수분해된다. 본 발명에서 유용한 기타 비닐 중합체에는, 이에 제한되지 않지만, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 피롤리돈이 포함된다. 공중합체, 예컨대 PVA-메틸메타크릴레이트 공중합체가 또한 본 발명에 이용될 수 있다. PVA 는 폴리비닐 아세테이트 전구체로부터 광범위한 분자량, 점도 및 다양한 가수분해도로 시판되어 입수가능하다.
본 발명에서 유용한 기타 중합체에는 히드로겔을 형성하는 중합체, 예컨대 Carbopol?, 산성 카르복시 중합체; Cyanamey-0 폴리아크릴아미드; 가교 인덴-말레산 무수물 중합체, Polyox? 폴리에틸렌 옥시드 중합체; 전분 그라프트 공중합체; 디에스테르 가교 폴리글루칸과 같은 축합 글루코오스 단위로 이루어진 아쿠아 킵소 (Aqua-Keepso) 아크릴레이트 중합체 다당류 등이 포함된다. 히드로겔을 형성하는 대표적인 중합체는 U.S. 특허 제 3,865,108 호; 제 4,002,173 호; 제 4,207,893 호; 및 문헌 [Handbook of Common Polymers, Scott 및 Roff 저, Cleveland, Ohio 소재의 Chemical Rubber Company 출판] 에 기재되어 있다.
각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신의 고정화된 혼합물을 친수성 중합체 또는 친수성 중합체의 혼합물 중에 포함하는 고체 재료는, 친수성 중합체 또는 그의 전구체를 물 또는 수성 완충액 중에서 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신과 혼합하여 균질 용액을 제조하는 제 1 단계, 이어서 상기 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신에 분자를 중합체 내에 고정화시키는 중합체의 고화 단계로 제조될 수 있다. 중합체의 고화는 건조, 냉각, 경화 또는 중합에 의해 수행된다.
예를 들어, 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신의 고정화된 혼합물을 포함하는 폴리비닐 알콜 재료는 하기의 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다: (a) 폴리비닐 알콜, 물 또는 pH 가 약 3 내지 12 인 완충액 및 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자를 혼합하여 용액을 제조하는 단계; (b) 고체 표면에 상기 용액을 스프레딩하는 단계; 및 (c) 상기 용액을 건조시켜 고정화된 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자를 포함하는 폴리비닐 알콜 재료를 제조하는 단계.
고정화된 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자를 포함하는 폴리아크릴아미드 재료는 하기 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다: (a) 아크릴아미드, 비스아크릴아미드, 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자, 및 하나 이상의 중합 개시제를 물 또는 pH 가 3 내지 12 인 완충액 중에서 혼합하는 단계; 및 (b) 아크릴아미드 겔 중합 단계; 이로써, 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자는 폴리아크릴아미드 겔 매트릭스 내에 고정화된다. 일반적으로 사용되는 중합 개시제에는 과황산암모늄 및 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민 (TEMED) 이 포함된다. 대안적으로, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다: (a) 아크릴아미드, 비스아크릴아미드, 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자, 및 하나 이상의 UV-활성화 자유 라디칼 생성제를 물 또는 pH 가 3 내지 12 인 완충액 내에서 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 UV 광에 노출시켜 아크릴아미드 겔을 중합시키는 단계. UV-활성화 자유 라디칼 생성제에는 리보플라빈 및 TEMED (함께 사용됨), 2,2-디메톡시-2-페닐 아세토페논(DMPA), 및 SE96047-3 특허에 기재되어 있는 것이 포함된다.
고정화된 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자를 함유하는 졸-겔은 하기 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다: (a) 실란 전구체에 pH 1.5 내지 4 의 산성 용액을 첨가하여 가수분해하여 실리케이트 졸을 제조하는 단계; (b) pH 가 약 5 내지 9 인 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신을 함유하는 수용액을 상기 실리케이트 졸에 첨가하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 를 인큐베이션하여 겔을 제조하는 단계; 이로써, 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자를 졸 겔 매트릭스 내에 고정화시킨다. 실란 전구체에는 테트라알킬오르토실리케이트, 알킬트리알콕시실란, 아릴트리알콕시실란, 디알킬디알콕시실란, 디아릴디알콕시실란, 알칼리 금속 실리케이트, 폴리올 실리케이트, 폴리올 실록산, 폴리(메틸 실리케이트) 및 무알콜 폴리(규산) 이 포함된다. 바람직한 실란 전구체는 테트라알킬오르토실리케이트 및 폴리(글리세릴)실리케이트이다.
고정화된 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신을 함유하는 겔라틴은 하기 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다: (a) 겔라틴을 물 또는 완충액 중에서 가열 및 용해시켜 균질 겔라틴 수용액을 제조하는 단계; (b) 상기 겔라틴 용액을 약 39 내지 45℃ 로 냉각시키는 단계; (c) 냉각시킨 겔라틴 용액과 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신을 혼합하는 단계; 및 (d) (c) 를 인큐베이션하여 겔을 제조하는 단계; 이로써, 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신은 겔라틴 겔 매트릭스 내에 고정화된다.
본 발명의 고체 재료는 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자의 고정화된 혼합물을 함유한다. 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자는 고체 형태로 고화 전에 미리 혼합된다. 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자가 분자 수준에서 혼합되므로, 이들은 동일한 어드레스가능한 도메인 내에 위치할 수 있다. 이는 각종 광발색성 재료를 제공하는 경제적인 과정을 제공하며, 동일한 어드레스가능한 도메인 내에서 독립적으로 기록 및 검독될 수 있다.
기술적 적용
본 발명의 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신은 다수의 기술적 적용성이 있다. 예를 들어, 이들은 광발색성 적용, 광전 적용 및/또는 광수송 적용이 있는 기구 또는 장치에 포함될 수 있다.
광발색성 적용 하에, 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신은 광학 데이터 저장, 간섭계 측정 및/또는 광학에서의 그의 흡광 특성에 대해 이용될 수 있다. 광발색성 적용에는, 이에 제한되지 않으나, 홀로그램 필름이 포함된다. 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신은 광학 데이터 저장 장치, 예컨대 2-D 저장장치, 3-D 저장장치, 홀로그램 저장장치, 연관 저장장치 등에 이용될 수 있다. 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신은 정보 프로세싱, 예컨대 광학 쌍안정/광 스윗칭, 광학 필터링, 신호 조건화, 신경망, 공간 광변조기, 상콘쥬게이션 (phaseconjugation), 패턴 인식, 간섭계 측정 등을 위한 장치에 이용될 수 있다.
광수송 적용 하에서, 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신은 막을 통과하는 그의 광유도성 양자 수송, 예컨대 포토볼틱 장치 (photovoltaic device) 에 이 용될 수 있다. 한 가지 상기 포토볼틱 장치는 프로테오로돕신을 포함하는 광구동 에너지 생성기로서, 광 에너지를 화학 에너지로 전환시킬 수 있다. 레티날 유사체 포함 프로테오로돕신은 또한 반응기 내 ATP 생성, 해수의 탈염 및/또는 태양광의 전기로의 변환을 위한 장치에 이용될 수 있다.
프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신은 또한 2D 조화파 발생, 방사선 유무 확인 (radiation detection), 바이오센서 적용 등을 위한 장치에 이용될 수 있다.
한 구현예에서, 본 발명은 광학 정보 캐리어에 적합한 재료를 제공한다. 특히, 상기 재료는 광학 데이터 저장 재료 또는 위조방지 광학 데이터 캐리어에 적합하다.
한 구현예에서, 본 발명은 광학 정보 저장 및 프로세싱에 적합한 재료를 제공한다.
한 구현예에서, 본 발명은 광학 데이터 저장 (기록) 용 재료를 제공하며, 상기 재료는 데이터를 보유하면서 상기 데이터의 비파괴적인 검출 (검독) 을 가능하게 하며, 데이터의 광학적인 소거 후 재사용가능하다.
한 구현예에서, 본 발명은 위조업자가 모방하기 어려운 광학 정보 캐리어 재료를 제공한다.
한 구현예에서, 본 발명은 노광시 색상이 변화하는 위조방지 잉크를 제공한다.
광학 정보 데이터 캐리어
본 발명은 효율적으로 및 경제적으로 제조될 수 있고, 낮은 백그라운드 노이즈 (혼선), 큰 데이터 저장 용량 및 재기록가능한 용량을 가진 광학 정보 캐리어를 제공한다. 상기 광학 정보 캐리어는 광학 데이터 저장 재료 또는 위조방지 광학 데이터 캐리어로서 유효하다.
본 발명은 상기 기재된 바와 같은 각종 프로테오로돕신/박테리오로돕신의 고정화 혼합물을 함유하는 고체 재료를 함유하는 광학 정보 데이터 캐리어를 제공하며, 여기서 상기 각종 프로테오로돕신/박테리오로돕신은 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는다. 고체 재료는 그 두께에 있어서 3 차원에서보다 2 차원에서 더 큰 규모의 얇게 침적된 층으로부터 필적할 규모의 모든 치수를 가진 두껍게 주조된 물체에 이르는 범위일 수 있다.
본 발명은 각종 프로테오로돕신/박테리오로돕신 분자의 고정화 혼합물이 있는 고체 재료 및 기판, 예컨대 유리, 종이, 금속, 직물 재료, 플라스틱 재료를 함유하는 광학 정보 캐리어를 제공하며, 여기서 상기 고체 재료는 상기 기판에 침적된다. 예를 들어, 기판은 디스크, 카드 또는 문서이다.
본 발명의 광학 정보 캐리어는 박막 또는 멤브레인의 형태일 수 있으며, 이는 2 차원 필름으로서 언급될 수도 있고, 또는 3 차원적 층 또는 블록으로 언급될 수 있는 두꺼운 막의 형태일 수 있다. 상기와 같이 제조된 광학 정보 캐리어에는 각종 프로테오로돕신/박테리오로돕신 분자의 혼합물이 포함되며, 이는 이후 상기 각종 분자들을 기저 상태에서 M 상태로 변환시키기 위해 상이한 파장의 광에 독립적으로 노광시킬 수 있다.
알칼리 pH, 예컨대 pH 8 내지 12 의 광학 정보 캐리어는 광 유도성 M 상태의 붕괴를 지연시키며, M-상태를 안정화시키고, 심지어 실온에서 PR-포함 필름 상에 장기간 지속 광학 영상이 남는 것을 가능하게 한다. 알칼리 pH 는, M-상태의 더 긴 수명 때문에 광학 데이터 저장에 유효하다. 데이터 저장에 대한 바람직한 수명 길이는 적용에 따라 좌우되며, 수 초, 수 분, 수 시간, 수 일, 수 개월, 수 년 이하까지 변동가능하다. 위조방지 적용을 위해서는, M-상태의 짧은 수명 (수 초 내지 수 분) 이 바람직하다.
각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자의 고정화 혼합물을 함유하는 고체 재료는 광학 데이터 저장 재료로서 이용하기 위한 문서, 디스크 및 카드의 표면에 스프레딩 또는 분사될 수 있다. 한 구현예에서, 고체 재료는 용적 측정의 데이터 저장 장치 또는 홀로그램의 데이터 저장 장치에 이용될 수 있다. 용적 측정의 데이터 저장 장치는 3D 데이터 저장 장치의 한 유형인데, 여기서 데이터-기록 재료의 두께는 각각 저장된 데이터를 포함하는 다수의 가상 평면으로 분할된다. 따라서, 용적 측정의 데이터 저장 장치는 2D 저장 장치의 스택에 필적한다. 홀로그램의 데이터 저장 장치는 또다른 유형의 3D 데이터 저장 장치이며; 이는 데이터 보유 및 표준 광 빔의 3D 간섭 패턴을 기록함으로써 필름의 두께를 이용한다.
데이터는, 광발색성 분자의 혼합물을 함유하는 재료의 특정 영역을 단순히 특정 파장의 화학선 광에 짧게 노광시킴으로써 본 발명의 광학 정보 캐리어에 학적으로 기록된다. 예를 들어, 상기 화학선 광은 다색성 황색 또는 녹색광 (예를 들어, 450 nm 컷-온 필터가 있는 할로겐 램프로부터의 광), 단색성 녹색광 (예를 들어, 파장이 532 nm 인, 녹색 Diode Pumped Solid State Frequency Doubled (DPSSFD) 레이저로부터의 광) 이다. 노광된 영역은 황색으로 변하고, 이는 해당 영역 내의 특정 광발색성 분자들이 해당하는 파장의 광에 의해 여기되어 활성화된 M 중간체로 변환된다는 것을 보여준다. 이는 광발색성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 재료에 데이터를 기록하는 작용이다. 재료의 상이한 영역의 색상을 관찰하는 것은 (예를 들어, CCD 이용), 재료에 기록된 광학 데이터의 검독 방법이다.
광 부재시, 약 1 내지 2 분 이내에 M-상태 분자는 점차 본래의 색상으로 되돌아간다. 여기된 (황색) 상태의 M-상태 분자가 짧게 (약 1 초 미만) 검독 광, 예를 들어 자색 광 (예를 들어, 450 nm 컷오프 필터가 있는 할로겐 램프로부터) 또는 청색 광 (예를 들어, 청색광 발광 다이오드 (LED) 로부터) 에 노광되는 경우, 여기된 분자의 색상은 본래의 색상으로 되돌아간다. 이는 필름 내에 잔류하는 광학 신호의 빠른 소거에 상응한다. 상기 싸이클은 반복될 수 있고, 이로써 기록가능하며, 검독가능하고, 소거가능하며, 재기록가능한 광학 재료가 제공된다. 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자를 이용하는 한 가지 장점은 광탈색 (신호의 소실) 없이 다수의 검독 및 기록 싸이클을 견디는 분자의 능력이다.
본 발명은 상기 기재된 바와 같은 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신을 함유하는 고체 재료를 함유하는 광학 데이터 저장 재료를 제공하며, 여기서 데이터는 각종 파장의 화학선 광 (기록광) 에 의해 따로따로 기록되며, 광학 신호 는 각종 파장의 검독광에 의해 따로따로 검독된다. 광학 신호는 상기 각 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신 분자의 B-상태 분자의 감소를 측정함으로써 따로따로 검독된다. 대안적으로, 광학 신호는 상기 각 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신 분자에 의해 M-상태 최대 흡광 파장에서 흡광도를 측정함으로써 따로따로 검독된다.
각 도메인 내의 각각의 다수의 정보 비트 (information bits) 는 화학선 광의 파장을 달리하여 유도되는 프로세스에서 선택적으로 기록될 수 있다. 각각의 화학선 광은 동일한 어드레스가능한 도메인 내에 위치한 특별한 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신 분자의 최대 흡광 파장과 독특하게 연관되어 있는 파장을 갖는다. 각 화학선 광은 독특한 파장을 갖고 있어, 주로 오직 1 개의 특별한 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신 분자에 대해서만 그의 B-상태에서 M-상태로 여기되도록 하기에 적합하다. 따라서, 단일한 유형의 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신 분자 (한 비트 (a bit) 는, 특정 최대 흡광 파장을 갖는데, 특별한 파장의 화학선 광에 의해 기록된다. 각종 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자의 각각을 독립적으로 어드레싱함으로써, 데이터는 독립적으로 기록되며, 이에 따라 동일한 어드레스가능한 도메인에서의 여러 개의 광발색성 분자의 존재로 인하여 데이터 저장의 용량이 증가한다.
각각의 어드레스가능한 도메인 내의 각각의 다중 정보 비트 (information bits) 는 또한 상이한 파장의 검독 (탐침) 광의 파장을 달리하여 유도되는 프로세스에서 선택적으로 검독될 수 있다.
광발색성 분자의 혼합물을 이용하는 한 가지 장점은 동일한 물리적 공간에 다중 비트를 저장하는 능력 (즉, 증가된 밀도) 이다. 특정 공간 내의 비트 수를 증가시키는 상기 능력은 4 진법, 8 진법 또는 16 진법 데이터 저장을 가능하게 한다. 예를 들어, 분자는 1 또는 0 으로 나타내는 B 또는 M 상태일 수 있는데, 이는 2 진법 데이터 저장 스케일이다. 각각의 분자에 대해서, 2 비트씩의 데이터가 저장된다. 동일한 어드레스가능한 공간을 채용하는 기록 모드의 갯수는 2n 으로 나타내는데, 여기서 n 은 개별적으로 기록 또는 검독될 수 있는 광발색성 분자의 갯수이다. 예를 들어, 동일한 어드레스가능한 공간 내에 2 가지 상이한 검독 또는 기록 파장을 분자에 적용하는 능력은 4 진법 (22) 저장을 가능하게 한다. 동일한 어드레스가능한 공간 내에 3 가지 상이한 검독 또는 기록 파장을 분자에 적용하는 능력은 8 진법 (23) 저장을 가능하게 한다.
본 발명의 한 구현예에서, 광학 데이터 저장 재료는 여러 개의 검독 스테이션을 거치게 되는데, 이들 각각은 화학선 광 또는 검독광의 독특한 파장을 갖는다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 광학 데이터 저장 재료는 화학선 광 또는 검독광의 여러 파장에 의해 동시에 기록 또는 검독되는데, 각각의 파장은 독특한 프로테오로돕신/박테리오로돕신 분자에 대응한다.
필름과 같은 재료 상에 형성되는 영상은 필름 내 광발색성 재료 내의 분자 상에 개별적인 데이터 포인트로서 형성될 수 있는 임의의 종류의 정보를 나타낼 수 있다. 광발색성 혼합물 중의 개별적인 분자의 갯수가 더 많을수록, 광학 밀도 (O.D.) 는 더 크고, 그곳에 저장된 영상의 신호는 더 크다.
본 발명은 하나 이상의 광원 및 상기 기재된 바와 같은 광학 데이터 정보 캐리어를 포함하는 광학 데이터 정보 장치를 제공한다. 한 구현예에서, 하나 이상의 광원은 상이한 파장의 화학선의 기록광을 독립적으로 발광하여 상기 각종 광발색성 재료를 기저 상태로부터 M-상태로 변환시킨다. 또다른 구현예에서, 하나 이상의 광원은 상이한 파장의 검독광을 발광하여 상기 각종 광발색성 재료를 M-상태에서 기저 상태로 변환시킨다.
본 발명은 상기 기재된 상이한 프로테오로돕신/박테리오로돕신의 고정화 혼합물을 함유하는 고체 재료를 포함하는 위조방지 데이터 캐리어를 제공하는데, 여기서 상기 상이한 프로테오로돕신/박테리오로돕신은 별로 중복되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖는다. 고정화 프로테오로돕신을 함유하는 재료는 위조방지 데이터 캐리어로서 이용하기 위해 유리, 종이, 직물 재료, 플라스틱 재료, 금속 표면 또는 광물 표면 상에 스프레딩, 분사, 고화, 인쇄, 침적 또는 건조될 수 있다. 고정화 프로테오로돕신 및 박테리오로돕신 분자를 함유하는 재료는 또한 3 차원적인 위조방지 데이터 캐리어 형성을 위해 성형틀에서 성형될 수 있다.
예를 들어, 상기 고체 재료는 제품이 진품임을 보장하기 위해, 은행장부, 문서, ID 카드, 여권, 운전면허증, 키카드, 수표, 유가증권, 스티커, 호일, 컨테이너, 제품 포장재 등과 같은 제품에 침착된다. 프로테오로돕신/박테리오로돕신이 여기 파장의 광에 노광되는 경우, 활성화 M-상태로 여기되어 황색 색상으로 변화한다. 상기 색상은 시간이 지나면서 자발적으로 또는 상기 재료를 제 2 의 광에 노광시켜 그의 본래 색상으로 되돌아간다. 예를 들어, 프로테오로돕신 분자는 황색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 적색 또는 자색에서 황색으로 변화하며; 상기 색상 변화는 자발적으로 또는 상기 재료를 자색 또는 청색광에 조사함으로써 소거된다. 프로테오로돕신 또는 박테리오로돕신의 색상 변화는 기저 상태와 M-상태 사이에서 가역적인데, 이는 위조에 대한 방지를 제공한다. 기록-검독-소거 싸이클은 재료 특성에서의 임의의 관찰가능한 변화없이 여러 번 반복가능하다. 안료 또는 유기 염료 기재의 통상적인 잉크는 상기 색상 변화를 모방할 수 없다. 상기 색상 변화 특징은 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 포함 재료로 하여금 모방을 위한 위조가 곤란하도록 한다. 상이한 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자의 혼합물을 이용함으로써, 다수의 본래 색상이 위조방지 잉크 또는 문서에서 동일한 어드레스가능한 도메인에 제공될 수 있도록 하며, 이는 더욱더 위조하기 어렵게 한다. 상기 상이한 색상의 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 분자는, 상이한 최대 흡광 파장을 갖는 한, 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신, 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신, 전부 트랜스인 레티날-포함 박테리오로돕신, 및 레티날 유사체-포함 박테리오로돕신의 임의의 조합일 수 있다.
위조방지 잉크
본 발명은 추가로 상기 기재된 바와 같은 상이한 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신의 혼합물 및 하나 이상의 친수성 중합체를 액체 형태로 포함하는 위조방지 잉크를 제공하며; 상기 중합체 및 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 은 균질상을 형성한다. 위조방지 잉크는 그것이 표면 상에 적용된 후 고화 또는 건조되며; 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신이 잉크가 적용된 국한된 영역에 고정되어 위조방지 특성을 제공한다. 위조방지 잉크는 일반적으로 수계이며, 이는 공기 중에서 건조 또는 고화되어 막을 형성한다. 잉크의 건조 및 고화는 용매의 손실, 중합 또는 경화의 결과이다.
위조방지 잉크는 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신의 혼합물을 하나 이상의 친수성 중합체와 수용액에서 배합하여 균질 용액을 형성함으로써 제조된다. 임의로는, 결합체, UV 흡수제 또는 염료와 같은 보조제가 위조방지 잉크에 포함된다. 결합제는 잉크가 적용된 표면에 대한 광발색성 재료의 결합 또는 고착을 증가시킨다. 본 발명에 유용한 결합제에는, 검 아라빅, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜 및 폴리에틸렌 글리콜이 포함된다. UV 흡수제는 광발색성 재료를 UV 손상으로부터 보호하며, 위조방지 잉크의 UV-내성을 증가시킨다. UV 흡수제에는 벤조페논, 히드록시나프토퀴논, 페닐벤족사졸, 신남산 에스테르, 술폰아미드 및 아미노벤조산 에스테르가 포함된다. 염료는 잉크의 시각적인 외양을 변화시킨다. 위조방지 잉크에 포함될 수 있는 다른 첨가제는 형광 발광제 (optical brightener), 건조제, 피막 방지제, 요변성 촉진제 (thixotropy promoter), 왁스, 가소제, 계면활성제, 발포억제제 및 살생제이다. 친수성 중합체는 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신의 혼합물이 그 안에서 완전히 분산되어 균질 용액을 형성할 수 있는 임의의 수혼화성 (water-compatible) 중합체일 수 있다. 바람직하게는, 프로테오로돕신 및/또는 박테리오로돕신 및 중합체를 함유하는 용액은 공기 중에서 신속하게 (1 분 이내) 건조되어 광발색성 재료의 기저 상태를 여기시키기에 충분한 광 흡수를 가능하게 하는 막을 형성할 수 있다. 본 발명의 한 구현예에서, 친수성 중합체는 검 아라빅, 폴리비닐알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리비닐 피롤리돈이다.
본 발명의 한 구현예에서, 위조방지 잉크는 종이, 호일, 유리, 금속 표면 또는 플라스틱에 인쇄될 수 있다.
본 발명의 또다른 구현예에서, 위조방지 잉크는 스크린-프린팅 또는 잉크젯 프린팅을 통해 문서 상에 적용될 수 있다. 주변 조건 및 일반적인 실내 채광에서는, 위조방지 잉크로 인쇄된 영역은, 광발색성 재료의 혼합물 내의 분자의 기저 상태에 따라, 예를 들어 자색 또는 적색 색상을 나타낸다. 그러나, 조사 강도의 증가는 황색 (M-상태) 으로의 신속한 색상 변화를 유도한다. 따라서, 위조방지 잉크로 인쇄된 문서의 디지털 스캐닝 또는 사진복사로 제작된 인가받지 않은 복제품은 인증된 문서와 구분하기 쉽다. 안료 또는 유기 염료 기재의 통상적인 잉크는 상기 색상 변화를 모방할 수 없다. 상기 색상 변화 특징은 위조자로 하여금 광발색성 재료를 위조하기 어렵게 한다.
하기의 실시예는 본 발명을 추가로 설명할 것이다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 제한하려는 의도는 아니다.
실시예
실시예 1. 임시 데이터 저장
할로박테리움 살리나룸 (Halobacterium salinarum) 유래의 돌연변이체 D96N (Zeisel and Hampp, J. Phys. Chem., 1992. 96: 7788-7792) 으로부터 정제된 박테리오로돕신 (BR) 중 0.89 mg 를 초음파분쇄하면서 110 ㎕ 물에 용해시켰다. 여기에, 89 ㎕ 의 20 % 폴리에틸렌이민을 와류 혼합하면서 적가하여 맑은 자색 용액을 수득했다. 8 mg/ml 정제된 프로테오로돕신 돌연변이체, Bac31A8/E108Q (U.S. 출원 공보 제 2005-0095605 호) 의 용액 110 ㎕ 에, 89 ㎕ 의 20% 폴리에틸렌이민을 와류혼합하면서 적가하여 맑은 적색 용액을 수득했다. 이들 두 자색 및 적색 용액을 BR/PR PEI 혼합물로서 함께 혼합했다. 400 ㎕ 의 BR/PR PEI 혼합물, 246 ㎕ 의 물, 및 고분자량 폴리비닐아세테이트 2.5% 용액 20 ㎕ 를 혼합하여 BR/PR 혼합물의 고정화 겔을 제조했다. 상기 혼합물을 약 50℃ 까지 가열하고, 55℃ 의 정제된 아가의 2% 용액 94 ㎕ 와 혼합했다. 상기 용액을 와류 혼합기 상에서 혼합하고, 1.0 ml 플라스틱 큐벳에 피펫으로 옮겼다. 상기 용액을 실온으로 냉각시켰다.
400 nm, 510 nm 및 640 nm 에서 각각 최대 강도를 가진 3 개의 소형 키체인 LED 발광체를 상태 스윗칭 (switchinf) 용으로 이용했다. PR/BR 겔을 포함하는 큐벳을 분광광도계에 위치시켜, 수초간 지정된 LED 발광체 (400 nm, 510 nm, 또는 400 nm 에 이어 640 nm) 로 조사했다. 상기 지정된 LED 발광체를 약 2 초간 발광을 위해 큐벳 상에 위치시킨 후, 치웠다. 이어서, 암실에 있는 HP 8452 Diode Array 분광광도계 상에서 스펙트럼을 기록했다 (도 1 및 2).
BR 및 PR 을 포함하는 혼합물을 자색광 (400 nm) 으로 조사한 후, BR 및 PR 은 모두 기저 (B) 상태였으며, 이는 각각 570 nm 및 520 nm 에서 흡광했다. 도 1 및 2 에 있는 스펙트럼 1 및 5 를 참조.
적색광 (640 nm) 은 BR 를 B 상태에서 M 상태로 여기시킬 수 있었으나, PR 를 B 상태로부터 여기시킴에 있어서는 효과가 없었다. BR 및 PR 을 포함하는 혼합물을 자색광 (400 nm) 에 이어 적색광 (640 nm) 으로 조사한 후, BR 은 광싸이클을 통해 B 상태가 되었으며, 이후 M 상태로 되었고, PR 은 광싸이클을 통해 B 상태가 되었고, B 상태에서 유지되었다. 도 1 및 2 에서의 스펙트럼 3 및 6 참조.
BR 및 PR 을 함유하는 혼합물을 녹색광 (510 nm) 으로 조사한 후, BR 및 PR 모두는 M 상태로 여기되었다. 도 1 및 2 에서의 스펙트럼 2 및 4 참조.
상기 스펙트럼을 평가하기 위한 간단한 모델이 410 nm/560 nm 에서의 흡광도 비율이다. (표 1).
조사 순서 A410/A560 비율
400 nm
스펙트럼 1		 1.11
510 nm
스펙트럼 2		 2.59
400 nm, 이후 640 nm
스펙트럼 3		 1.52
510 nm
스펙트럼 4		 2.69
400 nm
스펙트럼 5		 1.08
400 nm, 이후 640 nm
스펙트럼 6		 1.55
A41O/A560 비율은 표 2 에 기재된 바와 같이 "디지털 상태 값" 으로 간주될 수 있다.
조사 순서 비율 410/560 디지털 상태 값 광싸이클 상태
BR PR
400 nm 광 이후 1.1 0 B B
400 nm 에 이어 640 nm 광 1.5 1 M B
510 nm 광 2.6 2 M M
상기 실험으로부터의 데이터는 BR 및 PR 을 함유하는 혼합물이 광을 이용해 상이한 디지털 상태를 임시적으로 코딩하는 능력을 가졌음을 증명한다.
적당한 광학 장치를 이용해 수행될 수 있는 데이터 밀도의 해석은, BR 가 혼합물 내에서 가장 많은 성분이므로 (1-3 μ), BR 필름에 대한 것 이상일 것으로 예측되었다. PR 은 단량체이므로 (약 4-5 nm), PR 은 가장 작은 어드레스가능한 크기에 대해 분해능에 별로 영향을 주지 않을 것으로 예측되었다.
본 발명은 제시된 바람직한 구현예를 참고하여 기재되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 각종 변형예가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 2 가지 이상의 프로테오로돕신의 고정화 혼합물을 함유하는 고체 재료로서, 상기 프로테오로돕신 전부가 상이한 흡수 스펙트럼을 갖는 고체 재료.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 프로테오로돕신이 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신 또는 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신이고,
    상기 레티날 유사체가 하기 화학식 I의 화합물인 고체 재료:
    [화학식 I]
    Figure 112012048088465-pct00037
    [식 중,
    R', R" 및 R'" 은 각각 독립적으로 H, C1-4 직쇄 알킬 또는 C1-4 분지쇄 알킬이며,
    n 은 1 내지 4 의 정수이며;
    Xa 및 X'b 는 각각 독립적으로 H, C1-4 알킬, F, Cl 또는 CF3 이며;
    Y 는 부재하거나, 또는 Y 는 파라-, 메타- 또는 오르토- 페닐이며;
    Z 는 CHO 이다].
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 고체 재료가 실리카 졸 겔, 겔라틴, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴아미드, 아가로오스, 아가, 메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 피롤리돈 및 폴리에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 친수성 중합체를 함유하는 것인 고체 재료.
  8. 삭제
  9. 데이터가 상이한 파장의 화학선 광에 의해 따로따로 기록되며, 광학 신호가 상이한 파장의 검독광에 의해 따로따로 검독되는, 제 4 항의 고체 재료를 함유하는 광학 정보 캐리어.
  10. 제 9 항에 있어서, 광학 신호가 상기 프로테오로돕신의 B-상태 분자의 감소 측정에 의해 따로따로 검독되는 광학 정보 캐리어.
  11. 제 9 항에 있어서, 광학 신호가 상기 프로테오로돕신의 M-상태 최대 흡광 파장에서의 흡광 측정에 의해 따로따로 검독되는 광학 정보 캐리어.
  12. 제 9 항에 있어서, 유리, 종이, 금속, 직물 재료, 플라스틱 재료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기판을 추가로 함유하며, 상기 고체 재료가 상기 기판에 침적되어 있는 광학 정보 캐리어.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 광학 정보 캐리어가 위조방지 광학 데이터 캐리어 또는 광학 데이터 저장 재료인 광학 정보 캐리어.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 광학 정보 캐리어가 데이터의 비파괴적 기록 및 검독을 제공하며, 재사용가능한 광학 정보 캐리어.
  15. 프로테오로돕신을 기저 상태에서 M-상태로 변환시키기 위해, 하나 이상의 광원이 독립적으로 상이한 파장의 화학선 기록광을 발광하는, 하나 이상의 광원 및 제 9 항의 광학 정보 캐리어를 포함하는 광학 데이터 저장 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원이 상기 프로테오로돕신이 M-상태에서 기저 상태로 변환하도록 상이한 파장의 검독광을 발광하는 광학 데이터 저장 장치.
  17. 광발색성 재료 및 하나 이상의 친수성 중합체를 함유하는 위조방지 잉크로서,
    상기 광발색성 재료 및 친수성 중합체가 균질 액상을 형성하며, 상기 잉크가 표면 상에 적용 후 고화 또는 건조됨으로써, 상기 광발색성 재료로 하여금 잉크가 적용된 특정 영역 상에 고정되도록 하며,
    여기서 상기 광발색성 재료가 전부 트랜스인 레티날-포함 프로테오로돕신 및 전부 트랜스인 레티날 유사체-포함 프로테오로돕신으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 프로테오로돕신 전부가 서로 상이한 흡수 스펙트럼을 갖고,
    상기 레티날 유사체가 하기 화학식 I:
    [화학식 I]
    Figure 112013084063638-pct00038
    [식 중,
    R', R" 및 R'" 은 각각 독립적으로 H, C1-4 직쇄 알킬 또는 C1-4 분지쇄 알킬이며,
    n 은 1 내지 4 의 정수이며;
    Xa 및 X'b 는 각각 독립적으로 H, C1-4 알킬, F, Cl 또는 CF3 이며;
    Y 는 부재하거나, 또는 Y 는 파라-, 메타- 또는 오르토- 페닐이며;
    Z 는 CHO 이다]
    의 화합물이고,
    상기 친수성 중합체가 검 아라비카, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리비닐 피롤리돈인 위조방지 잉크.
  18. 삭제
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