KR102353278B1 - Detecting compound and detecting device for analyzing chloride ion - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 1의 화합물을 포함하고, 염화 이온과 반응하여 탐지 파장을 방출하는, 탐지 화합물이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a detection compound comprising the compound of Formula 1 and reacting with chloride ions to emit a detection wavelength.
Description
본 발명은 염화 이온 분석을 위한 탐지 화합물 및 탐지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a detection compound and a detection device for the analysis of chloride ions.
염화 이온은 바이오 시스템 내에 가장 많은 이온이다. 염화 이온은 농업 환경, 산업 환경, 생체 시스템 내에서 흔하게 발견되며, 유기 화합물, 농업 비료, 식품 첨가물 등 다양한 물질에 사용된다. 병리학적 측면에서, 체액(특히, 땀)에 포함된 염화 이온은 선천적 낭포성 섬유증을 진단하기 위한 바이오 마커로 사용될 수 있다. 낭포성 섬유증은 낭포성 섬유증 막횡단 전도 조절자(CFTR) 유전자의 변이에 의해 발생할 수 있다.Chloride ions are the most abundant ion in the biosystem. Chloride ions are commonly found in agricultural environments, industrial environments, and biological systems, and are used in various substances such as organic compounds, agricultural fertilizers, and food additives. From a pathological aspect, chloride ions contained in body fluids (especially sweat) can be used as biomarkers for diagnosing congenital cystic fibrosis. Cystic fibrosis can be caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conduction regulator (CFTR) gene.
CFTR 단백질은 염화 이온 채널로 기능하고, 비정상 단백질은 땀 내 염화 이온의 농도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 땀 내 염화 이온의 탐지 및 정량화는 낭포성 섬유증 진단에 중요하다. The CFTR protein functions as a chloride ion channel, and the abnormal protein can increase the concentration of chloride ions in sweat. Therefore, the detection and quantification of chloride ions in sweat is important for the diagnosis of cystic fibrosis.
종래에 이온 크로마토그래피, 전위차법 및 전량분석(coulometry)을 포함하는 전기화학 분석법과 같은 염화 이온을 탐지하고 정량화하기 위한 여러 기술들이 존재하였다. 그러나, 종래의 방법들은 사용성이 떨어지고 복잡한 장치를 필요로 한다는 한계를 가졌다.Conventionally, there have been several techniques for detecting and quantifying chloride ions, such as ion chromatography, electrochemical analysis including potentiometric and coulometry. However, the conventional methods have limitations in that they are not usable and require complex devices.
최근 개선된 방법으로 이용되는 화학적 감지 측정기(chemosensor)의 경우, 사용이 쉽고 탐지가 빠르다는 장점이 있으나, 염화 이온을 선택적으로 탐지하지 못한다는 한계를 가지고 있다.In the case of a chemosensor used as a recently improved method, although it is easy to use and detects quickly, it has a limitation in that it cannot selectively detect chloride ions.
이에 따라, 염화 이온을 신속하게 탐지, 정량화할 수 있으면서도 사용성이 우수하고, 선택적 염화 이온 감지가 가능한 신규한 탐지 방법에 대한 수요가 크다.Accordingly, there is a high demand for a novel detection method capable of rapidly detecting and quantifying chloride ions, having excellent usability, and capable of selectively detecting chloride ions.
본 발명은 염화 이온을 높은 민감도로 선택적으로 검출할 수 있는 탐지 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a detection compound capable of selectively detecting chloride ions with high sensitivity.
또한, 본 발명은 시료 내 염화 이온을 높은 민감도로 검출할 수 있고, 휴대성 및 사용성이 우수한 탐지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a detection device capable of detecting chloride ions in a sample with high sensitivity and having excellent portability and usability.
또한, 본 발명은 체액 시료 내 염화 이온의 농도를 확인함으로써 낭포성 섬유증 발병 가능성에 대한 정보를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide information on the possibility of developing cystic fibrosis by checking the concentration of chloride ions in a bodily fluid sample.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 1의 화합물을 포함하고, 염화 이온과 반응하여 탐지 파장을 방출하는, 탐지 화합물이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a detection compound comprising the compound of Formula 1 and reacting with chloride ions to emit a detection wavelength.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기이고, X는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이고, M은 N과 X 중 적어도 하나와 배위 결합할 수 있는 금속 양이온임.In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl is a substituent selected from the group consisting of heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof; X is an element containing a lone pair of electrons, and M is a metal cation capable of coordinating with at least one of N and X.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1의 M은 은 이온(Ag+)을 포함하는, 탐지 화합물이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, M in Formula 1 provides a detection compound including a silver ion (Ag + ).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탐지 파장은 330nm 내지 380nm의 파장 대역을 갖는, 탐지 화합물이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the detection wavelength has a wavelength band of 330 nm to 380 nm, a detection compound is provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는, 탐지 화합물이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a detection compound, including a compound of Formula 2 below.
[화학식 2][Formula 2]
본 발명의 일 실시예에 따르면, 염화 이온과 반응하는 탐지 화합물을 포함하는 반응부; 및 상기 탐지 화합물과 상기 염화 이온의 반응에 따라 발생하는 탐지 파장의 세기 변화를 검출하는 검출부를 포함하고, 상기 탐지 화합물은 화학식 1의 화합물을 포함하는, 탐지 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a reaction unit comprising a detection compound reacting with chloride ions; and a detection unit configured to detect a change in intensity of a detection wavelength that occurs according to a reaction between the detection compound and the chloride ion, wherein the detection compound includes the compound of Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기이고, X는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이고, M은 N과 X 중 적어도 하나와 배위 결합할 수 있는 금속 양이온임.In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl is a substituent selected from the group consisting of heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof; X is an element containing a lone pair of electrons, and M is a metal cation capable of coordinating with at least one of N and X.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1의 M은 은 이온(Ag+)을 포함하는, 탐지 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, M in Formula 1 includes a silver ion (Ag + ), a detection device is provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탐지 파장은 330nm 내지 380nm의 파장 대역을 갖는, 탐지 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the detection wavelength has a wavelength band of 330 nm to 380 nm, a detection device is provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 체액 시료와 탐지 화합물을 혼합하는 제1 단계; 상기 체액 시료와 상기 탐지 화합물의 혼합물로부터 발생되는 탐지 파장 대역의 빛의 세기를 탐지하는 제2 단계; 및 상기 탐지 파장 대역의 빛의 세기가 기설정된 값 이상인지 여부를 판단하여, 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 발병 가능성에 대한 정보를 제공하는 제3 단계를 포함하고, 상기 탐지 화합물은 화학식 1의 화합물을 포함하고 상기 탐지 화합물과 상기 체액 시료 내 염화 이온과 반응하여 상기 탐지 파장이 방출되는, 진단 관련 정보 제공 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a first step of mixing a body fluid sample and a detection compound; a second step of detecting the intensity of light in a detection wavelength band generated from the mixture of the bodily fluid sample and the detection compound; and a third step of providing information on the possibility of cystic fibrosis by determining whether the intensity of light in the detection wavelength band is greater than or equal to a preset value, wherein the detection compound is a compound of Formula 1 and wherein the detection wavelength is emitted by reacting the detection compound with chloride ions in the bodily fluid sample.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기이고, X는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이고, M은 N과 X 중 적어도 하나와 배위 결합할 수 있는 금속 양이온임.In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl is a substituent selected from the group consisting of heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof; X is an element containing a lone pair of electrons, and M is a metal cation capable of coordinating with at least one of N and X.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시료 내의 염화 이온을 높은 민감도로 신속하게 탐지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to quickly detect chloride ions in a sample with high sensitivity.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시료 내의 염화 이온을 높은 민감도로 신속하게 탐지할 수 있는 탐지 장치를 쉽게 사용, 휴대 가능하다.According to an embodiment of the present invention, a detection device capable of rapidly detecting chloride ions in a sample with high sensitivity is easily used and portable.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시료 내의 염화 이온 농도를 분석함으로써 낭포성 섬유증 발병 가능성에 대한 정확한 정보를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, accurate information on the possibility of cystic fibrosis can be provided by analyzing the concentration of chloride ions in a sample.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 화학적 거동을 나타낸 반응식이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 합성예를 나타낸 반응식이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 관련 정보 제공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐지 화합물과 비교예에 따른 화합물의 염화 이온 탐지 성능을 비교 분석한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 염화 이온 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 염화 이온에 대한 선택적 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 pH에 따른 염화 이온 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.1 is a reaction scheme showing the chemical behavior of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
2 is a reaction scheme showing a synthesis example of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a detection device according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for providing diagnosis-related information according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph comparing and analyzing chloride ion detection performance of a detection compound according to an embodiment of the present invention and a compound according to a comparative example.
6A and 6B are graphs showing chloride ion detection performance of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing selective detection performance for chloride ions of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing chloride ion detection performance according to pH of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 화학적 거동을 나타낸 반응식이다.1 is a reaction scheme showing the chemical behavior of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
도 1에 따르면, 탐지 화합물은 아래 화학식 1의 화합물을 포함하고, 염화 이온과 반응하여 탐지 파장을 방출한다.Referring to FIG. 1 , the detection compound includes a compound of Formula 1 below, and reacts with chloride ions to emit a detection wavelength.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기이고, X는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이고, M은 N과 X 중 적어도 하나와 배위 결합할 수 있는 금속 양이온임.In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl is a substituent selected from the group consisting of heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof; X is an element containing a lone pair of electrons, and M is a metal cation capable of coordinating with at least one of N and X.
탐지 화합물에 포함된 금속 양이온(M)은 시료 내에 포함된 염화 이온(Cl-)과 반응한다. 도면에 도시된 것과 같이 금속 양이온(M)은 염화 이온과 반응 전에는 탐지 화합물의 두 개의 헤테로아릴기에 포함된 헤테로 원자와 배위 결합을 하고 있다. 그러나, 탐지 화합물에 인접하여 염화 이온이 제공되는 때, 배위 결합에 의해 안정된 금속 양이온(M)은 염화 이온과 이온 결합을 형성하면서 헤테로아릴기로부터 해리된다. 금속 양이온(M)이 해리된 후 형성되는, 금속 양이온(M)을 포함하지 않는 해리된 탐지 화합물은 탐지 파장을 방출한다.The metal cation (M) contained in the detection compound reacts with the chloride ion (Cl - ) contained in the sample. As shown in the figure, the metal cation (M) is coordinated with the hetero atom included in the two heteroaryl groups of the detection compound before the reaction with the chloride ion. However, when a chloride ion is provided adjacent to the detection compound, the metal cation (M) stabilized by the coordination bond is dissociated from the heteroaryl group while forming an ionic bond with the chloride ion. A dissociated detection compound that does not contain a metal cation (M), which is formed after the metal cation (M) dissociates, emits a detection wavelength.
탐지 화합물에 포함된 금속 양이온(M)과 헤테로아릴기 간의 배위 결합의 세기보다 금속 양이온(M)과 염화 이온간 이온 결합의 세기가 더 크기 때문에, 금속 양이온(M)이 탐지 화합물로부터 해리될 수 있다. 아울러, 금속 양이온(M)은 다른 음 이온보다도 염화 이온과의 결합 세기가 강한 물질일 수 있다. Since the strength of the ionic bond between the metal cation (M) and the chloride ion is greater than the strength of the coordination bond between the metal cation (M) and the heteroaryl group contained in the detection compound, the metal cation (M) may dissociate from the detection compound. have. In addition, the metal cation (M) may be a material having a stronger binding strength with the chloride ion than other anions.
탐지 화합물에 포함된 금속 양이온(M)은 은 이온(Ag+)을 포함하거나, 은 이온(Ag+)으로 구성될 수 있다. 금속 양이온(M)이 음 이온인 경우, 금속 양이온(M)은 염화 이온과 강한 결합을 형성할 수 있다(Ksp(AgCl) = 1.77 x 10-10). 은 이온(Ag+)과 염화 이온 간의 결합의 세기가 상대적으로 강하기 때문에, 은 이온(Ag+)은 시료 내에 염화 이온 외 다른 음이온이 존재하는 경우에도 특이적으로 염화 이온과 결합할 수 있다. 또한, 이 경우에 탐지 화합물에 제공된 헤테로아릴기와 은 이온간 결합의 세기도 상대적으로 강하되 은 이온과 염화 이온의 결합 세기보다는 약할 수 있다. 따라서, 탐지 화합물에 제공된 은 이온은 염화 이온과 특이적으로 결합하되, 다른 음 이온이 존재할 경우, 헤테로아릴기와의 결합을 유지할 수 있다. 이를 통하여 시료 내에서 특이적으로 염화 이온을 검출할 수 있다.The metal cation (M) contained in the detection compound may include a silver ion (Ag + ) or may be composed of a silver ion (Ag + ). When the metal cation (M) is an anion, the metal cation (M) can form a strong bond with the chloride ion (K sp (AgCl) = 1.77 x 10 -10 ). Since the strength of the bond between the silver ion (Ag + ) and the chloride ion is relatively strong, the silver ion (Ag + ) can specifically bind to the chloride ion even when anions other than chloride ions exist in the sample. Also, in this case, the strength of the bond between the heteroaryl group and the silver ion provided in the detection compound is also relatively strong, but may be weaker than the bonding strength between the silver ion and the chloride ion. Accordingly, the silver ion provided to the detection compound may specifically bind to the chloride ion, but if other anion is present, the binding to the heteroaryl group may be maintained. Through this, chloride ions can be specifically detected in the sample.
탐지 화합물에 포함된 헤테로아릴기는 적어도 2개의 헤테로아릴기 부분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 화학식 1에서 확인할 수 있듯이, 고리 2개가 융합된 다환족 고리 부분과 고리 1개의 헤테로아릴기가 결합된 형태를 가질 수 있다. 다환족 고리 부분에 제공된 헤테로 원자와 고리 1개인 헤테로아릴기에 제공된 헤테로 원자는 각각 비공유 전자쌍을 가질 수 있다. 예를 들어, 상술한 헤테로 원자는 각각 독립적으로 질소(N), 산소(O), 황(S) 등일 수 있다. The heteroaryl group included in the detection compound may include at least two heteroaryl group moieties. Specifically, as can be seen in Formula 1, it may have a form in which a polycyclic ring portion in which two rings are fused and a heteroaryl group in one ring are combined. The hetero atom provided to the polycyclic ring moiety and the hetero atom provided to the heteroaryl group which is one ring may each have a lone pair of electrons. For example, the aforementioned hetero atoms may each independently be nitrogen (N), oxygen (O), sulfur (S), or the like.
탐지 화합물의 헤테로아릴기에 제공된 헤테로원자는 상술한 것과 같이 금속 양이온(M)과 배위 결합을 형성할 수 있다. 아울러, 다환족 고리 부분에 제공된 헤테로 원자와 고리 1개인 헤테로아릴기에 제공된 헤테로 원자가 인접하여 제공됨에 따라, 탐지 화합물에 제공된 금속 원자는 양쪽의 헤테로 원자와 동시에 배위 결합할 수 있다. 이에 따라 상술한 것과 같이 배위 결합의 세기가 상대적으로 커지고, 금속 양이온(M)은 M-Cl 이온 결합 외의 다른 결합을 형성하기 위해 탐지 화합물로부터 해리되지 않을 수 있다.The heteroatom provided to the heteroaryl group of the detection compound may form a coordination bond with the metal cation (M) as described above. In addition, since the hetero atom provided to the polycyclic ring moiety and the hetero atom provided to the heteroaryl group which is one ring are provided adjacent to each other, the metal atom provided to the detection compound can be coordinated with both hetero atoms at the same time. Accordingly, as described above, the strength of the coordination bond is relatively large, and the metal cation (M) may not dissociate from the detection compound to form a bond other than the M-Cl ionic bond.
탐지 화합물로부터 금속 양이온(M)이 해리되어 형성되는 해리된 탐지 화합물은 탐지 파장을 방출할 수 있다. 따라서, 염화 이온을 만나 탐지 화합물로부터 해리되는 금속 양이온(M)의 양이 많을수록 탐지 파장의 세기도 증가할 수 있다. 이때 탐지 파장은 약 330 nm 내지 약 380 nm의 파장 대역을 가질 수 있다. 탐지 화합물로부터 방출되는 탐지 파장은 상술한 파장 대역 내에서 피크를 가질 수 있다. 따라서, 피크가 발생하는 파장의 크기 및 피크의 세기를 확인함으로써 시료 내에 염화 이온이 존재하는지, 또한 얼마나 많이 존재하는지 탐지 및 정량화할 수 있다. 아울러, 탐지 화합물은 탐지 가능한 염화 이온 다이나믹 레인지(dynamic range)의 농도 수준이 낮다. 즉, 낮은 농도의 염화 이온에 감응할 수 있다. 땀과 같은 실제 시료 내 염화 이온이 고농도로 포함된 것을 고려했을 때, 검출을 위해 시료를 1/100 정도로 희석하여 분석을 진행하여도 시료 내 염화 이온을 정확하게 탐지할 수 있다. 또한, 시료를 희석하는 과정에서 시료 내 존재하는 다양한 불순물들에 의한 간섭을 줄일 수 있다.A dissociated detection compound formed by dissociation of a metal cation (M) from the detection compound may emit a detection wavelength. Accordingly, as the amount of the metal cation (M) that meets chloride ions and dissociates from the detection compound increases, the intensity of the detection wavelength may also increase. In this case, the detection wavelength may have a wavelength band of about 330 nm to about 380 nm. The detection wavelength emitted from the detection compound may have a peak within the aforementioned wavelength band. Therefore, it is possible to detect and quantify whether chloride ions are present in the sample and how many are present by checking the size of the wavelength at which the peak occurs and the intensity of the peak. In addition, the detection compound has a low concentration level in the detectable chloride ion dynamic range. That is, it can be sensitive to a low concentration of chloride ions. Considering that the actual sample, such as sweat, contains a high concentration of chloride ions, it is possible to accurately detect chloride ions in the sample even if the sample is diluted 1/100 for detection and analysis is performed. In addition, in the process of diluting the sample, interference caused by various impurities present in the sample can be reduced.
탐지 화합물은 실시예에 따라 아래 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.The detection compound may include a compound of
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2의 탐지 화합물은 헤테로 원자로 각각 질소 및 원자를 포함하는 2개의 헤테로아릴기가 결합한 형태를 가질 수 있다. 화학식 2의 탐지 화합물은 산소에 의한 비공유 전자쌍 공여 및 질소에 의한 비공유 전자쌍 공여를 통해 은 이온과 강하게 배위 결합할 수 있다. 이에 따라, 배위 결합보다 강한 이온 결합을 형성하는 경우에만 은 이온이 탐지 화합물로부터 해리될 수 있다. 구체적으로는 염화 이온과 은 이온간 이온 결합이 형성되는 경우에만 화학식 2의 탐지 화합물로부터 은 이온이 해리될 수 있다.The detection compound of
본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물은 금속 양이온(M)과 헤테로아릴기 사이 간 안정적인 배위 결합을 포함한다. 상술한 배위 결합은 염화 이온이 시료 내에 제공되는 때에만 깨질 수 있기 때문에 시료 내에서 염화 이온을 특이적으로 검출 가능하다.The detection compound according to an embodiment of the present invention includes a stable coordination bond between the metal cation (M) and the heteroaryl group. Since the above-described coordination bond can be broken only when the chloride ion is provided in the sample, it is possible to specifically detect the chloride ion in the sample.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 형태에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 탐지 화합물 합성 예시에 대하여 살펴보고자 한다.In the above, the form of the detection compound according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, an example of synthesizing a detection compound will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 합성예를 나타낸 반응식이다.2 is a reaction scheme showing a synthesis example of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
도 2에서 확인할 수 있듯이 탐지 화합물은 다이아민(diamine)과 알데하이드(aldehyde)의 축합 반응에 의해 형성될 수 있다. 탐지 화합물은 상술한 축합 반응에 의해 형성된 이미다졸 유도체일 수 있다.As can be seen in FIG. 2 , the detection compound may be formed by a condensation reaction of diamine and aldehyde. The detection compound may be an imidazole derivative formed by the above-described condensation reaction.
이때 축합 반응에 이용되는 알데하이드는 헤테로아릴기를 포함한다. 알데하이드가 헤테로아릴기를 포함함으로써, 축합 반응 후 형성된 탐지 화합물 내에 2개의 헤테로아릴기 부분이 제공될 수 있다. 2개의 헤테로아릴기 부분 각각에 제공된 헤테로 원자와 금속 양이온간 배위 결합이 형성됨으로써 금속 양이온이 탐지 화합물 내에서 안정될 수 있다.In this case, the aldehyde used in the condensation reaction includes a heteroaryl group. Since the aldehyde contains a heteroaryl group, two heteroaryl group moieties can be provided in the detection compound formed after the condensation reaction. The metal cation can be stabilized in the detection compound by forming a coordination bond between the metal cation and the hetero atom provided in each of the two heteroaryl group moieties.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 탐지 화합물을 포함하는 탐지 장치에 대하여 살펴보고자 한다.In the above, the detection compound according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, a detection device including a detection compound will be described.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 장치를 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a detection device according to an embodiment of the present invention.
도 3에 따르면, 탐지 장치는 염화 이온과 반응하는 탐지 화합물을 포함하는 반응부(100) 및 탐지 화합물과 염화 이온의 반응에 따라 발생하는 탐지 파장의 세기 변화를 검출하는 검출부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 3 , the detection device includes a
탐지 장치 내에 포함된 탐지 화합물은 아래 화학식 1의 화합물을 포함한다.The detection compound included in the detection device includes a compound of Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기이고, X는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이고, M은 N과 X 중 적어도 하나와 배위 결합할 수 있는 금속 양이온임.In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl is a substituent selected from the group consisting of heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof; X is an element containing a lone pair of electrons, and M is a metal cation capable of coordinating with at least one of N and X.
탐지 장치에 제공된 탐지 화합물에 관한 사항은 앞서 서술한 바와 같다. 따라서, 이하에서는 내용의 중복을 피하기 위하여 탐지 화합물에 관한 사항은 서술하지 않고자 한다.Matters regarding the detection compound provided in the detection device are the same as described above. Therefore, in order to avoid duplication of content, the details of the detection compound are not described below.
탐지 장치는 시료 내 염화 이온의 존재 여부, 염화 이온의 양을 검출할 수 있는 장치로 독립적으로 또는 다른 장치의 일부로 사용될 수 있다. 예를 들어, 탐지 장치는 연산 작업을 수행할 수 있는 프로세서, 데이터를 저장하는 데이터 베이스 등을 포함하는 진단 장치의 일부로 제공될 수 있다. 또는 탐지 장치는 독립적인 장치일 수 있다.The detection device is a device capable of detecting the presence or absence of chloride ions in a sample and the amount of chloride ions, and may be used independently or as part of another device. For example, the detection apparatus may be provided as a part of the diagnostic apparatus including a processor capable of performing a calculation operation, a database storing data, and the like. Alternatively, the detection device may be an independent device.
탐지 장치의 용도는 다양할 수 있다. 예를 들어, 탐지 장치는 시료 내 염화 이온의 존부 및 함량을 측정하기 위한 센서로 기능할 수 있다. 또는 탐지 장치는 시료 내 염화 이온의 함량을 토대로 낭포성 섬유증 발병 가능성을 진단하기 위한 진단 장치로 기능할 수도 있다.The use of the detection device may be varied. For example, the detection device may function as a sensor for measuring the presence and content of chloride ions in the sample. Alternatively, the detection device may function as a diagnostic device for diagnosing the possibility of developing cystic fibrosis based on the content of chloride ions in the sample.
탐지 장치는 용도 및 제공 형태에 따라 다양한 크기로 제공될 수 있다. 예를 들어, 탐지 장치는 휴대 가능한 정도의 작은 사이즈로 제공될 수 있다.The detection device may be provided in various sizes depending on the use and the form of provision. For example, the detection device may be provided in a size small enough to be portable.
탐지 장치는 상술한 기능을 수행하기 위해 반응부(100) 및 검출부(200)를 포함한다.The detection apparatus includes a
반응부(100)는 앞서 서술한 것과 같은 탐지 화합물을 포함한다. 반응부(100)는 시료와 접촉될 수 있다. 시료에 제공된 염화 이온과 반응부(100)에 제공된 탐지 화합물은 반응할 수 있으며, 이에 따라 탐지 파장을 방출하는 해리된 탐지 화합물이 반응부(100)에 제공될 수 있다.The
반응부(100) 내에서 탐지 화합물과 시료 사이의 반응을 보다 빠르게 하기 위하여, 탐지 화합물은 액상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 스펀지와 같이 액체를 머금을 수 있는 물체 내에 탐지 화합물이 함침된 형태로 반응부(100)가 제공될 수 있다. In order to speed up the reaction between the detection compound and the sample in the
반응부(100)는 카트리지 형태로 제작되어, 탐지 장치에 손쉽게 결합 또는 탈착될 수 있다. 이에 따라, 시료를 반응부(100)에 제공하여 염화 이온 탐지를 수행한 후, 사용한 반응부(100)를 교환함으로써 새로운 시료에 대한 탐지 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 탐지 장치를 재사용하기 위한 복잡한 세척, 초기화 작업이 필요하지 않고, 탐지 장치 사용성이 매우 우수하다.The
반응부(100)에 제공되는 시료는 액상으로 또는 캐리어(carrier)에 함침된 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 시료는 면 패드에 함침된 상태로 제공될 수 있다. 이 경우, 시료를 포함하는 면 패드를 반응부(100) 상에 위치시키고 압력을 가함으로써 시료가 면 패드로부터 스며 나와 반응부(100)에 제공된 탐지 화합물과 반응할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 탐지 화합물은 염화 이온 탐지 민감도가 우수하기 때문에, 이러한 경우에도 염화 이온을 문제없이 탐지할 수 있다. 시료는 필요에 따라서 희석되어 사용될 수 있다. 시료를 희석하여 사용할 경우, 시료 내 포함되어 있는 불순물에 의한 간섭을 줄일 수 있다. 아울러, 상술한 것과 같이 탐지 화합물은 저농도의 염화 이온도 정확하게 탐지할 수 있기 때문에, 시료를 희석하여도 염화 이온 탐지에 문제가 없다.The sample provided to the
반응부(100)에 시료가 제공되고, 제공된 시료 내 포함된 염화 이온이 탐지 화합물과 반응한 후 발생되는 탐지 파장은 검출부(200)에서 탐지된다.A sample is provided to the
검출부(200)는 탐지 화합물과 염화 이온의 반응에 따라 발생하는 탐지 파장의 세기 변화를 검출한다. 검출부(200)는 이를 위하여 고정형 흡광도 검출기, 가변형 흡광도 검출기, 광다이오드 배열 검출기, 형광 검출기 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.The
검출부(200)는 약 330 nm 내지 약 380 nm의 파장을 검출하도록 작동될 수 있다. 특히, 해당 파장 대역에서 튀는 피크를 검출함으로써 시료 내 염화 이온 존부를 확인할 수 있다.The
검출부(200)는 또한 시간에 따라 탐지 파장의 세기의 변화를 추적할 수 있으며, 탐지 파장의 세기 변화를 토대로 시료 내 염화 이온의 함량을 산출할 수 있다.The
검출부(200)는 반응부(100)와 이격되어 제공되며, 반응부(100)의 적어도 일면을 마주하는 형태로 제공될 수 있다. 구체적으로, 반응부(100)에서 시료가 제공되는 면을 검출부(200)가 마주하는 형태로 제공될 수 있다. 이에 따라, 시료 제공 후 발생하는 탐지 파장을 손실 없이 검출할 수 있다.The
검출부(200)에 반응부(100)로부터 발생하는 탐지 파장 외 다른 빛이 감지되는 것을 막기 위하여 탐지 장치는 커버를 더 포함할 수 있다. 탐지 장치에 제공된 커버는 검출부(200) 및 반응부(100)를 감싸서 검출부(200) 및 반응부(100)가 암실 내에 제공될 수 있도록 한다. 이를 통하여 검출부(200)에서 노이즈 신호가 검출되는 것을 막을 수 있다.In order to prevent the
탐지 장치는 경우에 따라 프로세서 및 데이터베이스를 더 포함할 수 있다. 탐지 장치에 제공된 프로세서는 검출부(200)에서 탐지된 탐지 파장의 세기 변화를 토대로 염화 이온의 농도를 산출하는 연산을 수행할 수 있다. 또한, 데이터베이스는 기존에 측정하였던 데이터를 보관하여, 동일한 피검자로부터 측정된 시료에 대한 염화 이온 농도 측정 결과 변화 추이를 추적할 수 있다. 또한 프로세서와 데이터베이스는 산출된 시료 내 염화 이온 농도를 확인하고 이를 정상치와 비교함으로써 낭포성 섬유증 발병 가능성에 대한 진단 관련 정보를 생성할 수 있다.The detection device may further include a processor and a database in some cases. The processor provided in the detection apparatus may perform an operation of calculating the concentration of chloride ions based on the change in the intensity of the detection wavelength detected by the
본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 장치는 탐지 화합물을 포함하는 반응부(100)와 검출부(200)의 간단한 구성만으로 작동 가능하다. 이에 따라, 탐지 장치의 사용성 및 휴대성이 우수하다.The detection apparatus according to an embodiment of the present invention can be operated with only a simple configuration of the
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 장치에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 탐지 장치를 활용한 진단 관련 정보 제공 방법에 대하여 살펴보고자 한다.In the above, a detection apparatus according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, a method for providing diagnosis-related information using a detection device will be described.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 관련 정보 제공 방법을 나타낸 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method for providing diagnosis-related information according to an embodiment of the present invention.
진단 관련 정보 제공 방법은 체액 시료와 탐지 화합물을 혼합하는 제1 단계(S100); 체액 시료와 탐지 화합물의 혼합물로부터 발생되는 탐지 파장 대역의 빛의 세기를 탐지하는 제2 단계(S200); 및 탐지 파장 대역의 빛의 세기가 기설정된 값 이상일 경우, 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 발병 가능성에 대한 정보를 제공하는 제3 단계(S300)를 포함한다.A method of providing diagnostic-related information includes: a first step (S100) of mixing a bodily fluid sample and a detection compound; a second step (S200) of detecting an intensity of light in a detection wavelength band generated from a mixture of a bodily fluid sample and a detection compound; and a third step (S300) of providing information on the possibility of cystic fibrosis when the intensity of light in the detection wavelength band is greater than or equal to a preset value.
진단 관련 정보 제공 방법은 낭포성 섬유증 등의 질환을 치료하기 위한 의료 행위와 분리하여 수행될 수 있으며, 진단과 관련된 정보를 제공하는 행위일 수 있다. 진단 관련 정보 제공 방법은 특히 단순 데이터 수집 및 제공에 관한 행위일 수 있다. 수집, 제공된 데이터를 기반으로 질병을 진단하거나 처치하는 것은 본 발명과 독립적으로 수행되는, 본 발명으로부터 분리 가능한 행위일 수 있다.The method of providing diagnosis-related information may be performed separately from medical treatment for treating a disease such as cystic fibrosis, and may be an act of providing diagnosis-related information. The method of providing diagnosis-related information may be, in particular, an act related to simple data collection and provision. Diagnosing or treating a disease based on collected and provided data may be an act separable from the present invention, performed independently of the present invention.
진단 관련 정보 제공 방법 수행을 위하여 먼저 체액 시료와 탐지 화합물을 혼합하는 제1 단계(S100)가 수행된다.In order to perform the diagnostic-related information providing method, a first step ( S100 ) of mixing a bodily fluid sample and a detection compound is first performed.
제1 단계(S100)에 있어서 체액 시료는 인간 또는 동물로부터 채취된 것일 수 있다. 예를 들어, 체액 시료는 땀일 수 있다.In the first step ( S100 ), the bodily fluid sample may be collected from a human or an animal. For example, the bodily fluid sample may be sweat.
제1 단계(S100)에서 체액 시료와 탐지 화합물을 혼합하는 것은 앞서 서술한 것과 같이 탐지 화합물 상에 체액 시료가 스며 나오도록 가압하는 과정 또는 액체 상의 시료를 탐지 화합물 상에 도포하는 과정 등 다양한 방법을 통해 수행될 수 있다.Mixing the body fluid sample and the detection compound in the first step (S100) includes various methods such as pressing the body fluid sample to seep onto the detection compound or applying a liquid sample on the detection compound, as described above. can be done through
다음으로, 체액 시료와 탐지 화합물의 혼합물로부터 발생되는 탐지 파장 대역의 빛의 세기를 탐지하는 제2 단계(S200)가 수행된다.Next, a second step ( S200 ) of detecting the intensity of light in the detection wavelength band generated from the mixture of the body fluid sample and the detection compound is performed.
제2 단계(S200)는 약 320 nm 내지 약 380 nm 파장 대역을 갖는 탐지 파장의 빛의 세기, 특히 피크의 세기를 검출하고, 그 변화를 확인함으로써 수행될 수 있다.The second step ( S200 ) may be performed by detecting the intensity of light of a detection wavelength having a wavelength band of about 320 nm to about 380 nm, in particular, the intensity of a peak, and confirming the change.
제2 단계(S200)에서 시료 내에 염화 이온이 많이 포함되어 있을수록 검출되는 탐지 파장의 세기가 크다. 이는 시료 내의 염화 이온이 많이 포함되어 있을수록 염화 이온과 탐지 화합물의 반응양이 많아지고, 이에 따라 탐지 파장을 방출하는 해리된 탐지 화합물의 양이 증가하기 때문이다. In the second step (S200), the greater the amount of chloride ions contained in the sample, the greater the intensity of the detected detection wavelength. This is because, as the amount of chloride ions in the sample increases, the amount of reaction between the chloride ions and the detection compound increases, and accordingly, the amount of the dissociated detection compound emitting the detection wavelength increases.
다음으로, 탐지 파장 대역의 빛의 세기가 기설정된 값 이상인지 여부를 판단하여 낭포성 섬유증 발병 가능성에 대한 정보를 제공하는 제3 단계(S300)가 수행된다.Next, a third step ( S300 ) of providing information on the possibility of cystic fibrosis is performed by determining whether the intensity of light in the detection wavelength band is equal to or greater than a preset value.
제3 단계(S300)는 제2 단계(S200)로부터 수신한 탐지 파장의 세기로부터 시료 내 염화 이온의 양을 계산하는 동작을 포함할 수 있다. 이를 위하여 탐지 장치에 제공한 시료의 양이 입력될 수 있으며, 탐지 파장의 세기와 염화 이온의 양 사이의 상관 관계를 정의한 계산식이 입력될 수 있다.The third step (S300) may include calculating the amount of chloride ions in the sample from the intensity of the detection wavelength received from the second step (S200). To this end, the amount of the sample provided to the detection device may be input, and a calculation formula defining a correlation between the intensity of the detection wavelength and the amount of chloride ions may be input.
제3 단계(S300)를 수행함에 있어서, 상술한 동작에 의해 시료 내 염화 이온의 양이 계산되면, 다음으로 계산된 염화 이온의 양과 정상 수치를 비교할 수 있다. 정상 수치는 낭포성 섬유증이 없는 정상인의 체액 내에 포함된 염화 이온의 양일 수 있다. 두 값을 비교함으로써 시료 내 염화 이온의 양이 정상 범위에 있는지 확인할 수 있다.In performing the third step (S300), when the amount of chloride ions in the sample is calculated by the above-described operation, the next calculated amount of chloride ions and a normal value can be compared. The normal value may be the amount of chloride ion contained in the body fluid of a normal person without cystic fibrosis. By comparing the two values, it can be confirmed that the amount of chloride ions in the sample is within the normal range.
만약 시료 내 염화 이온의 양이 정상 범위를 초과하는 경우, 초과 정도에 따라 낭포성 섬유증 발병 가능성에 대한 정보를 제공할 수 있다. 이러한 발병 가능성 정보는 단순히 염화 이온의 양이 정상 범위 초과라는 정량적 정보이거나, 또는 염화 이온의 양이 초과한 정도를 바탕으로 산출한 낭포성 섬유증 존재 가능성에 대한 예측 정보를 포함할 수 있다. 다만 이러한 정보가 환자에 대한 임상적 판단을 포함하는 것은 아니다.If the amount of chloride ions in the sample exceeds the normal range, information on the possibility of developing cystic fibrosis may be provided according to the extent of the excess. Such information on the likelihood of occurrence may simply be quantitative information that the amount of chloride ions exceeds a normal range, or may include predictive information on the possibility of the existence of cystic fibrosis calculated based on the amount of chloride ions exceeding the normal range. However, this information does not include clinical judgment on the patient.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물, 탐지 장치, 및 진단 관련 정보 제공 방법에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 실시예와 비교예의 비교를 통하여 앞서 설명한 본 발명의 유리한 효과에 대하여 보다 자세히 살펴보고자 한다.In the above, a detection compound, a detection apparatus, and a method for providing diagnostic-related information according to an embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, the advantageous effects of the present invention described above through comparison of Examples and Comparative Examples will be looked at in more detail.
시험예 1. 탐지 화합물 제조Test Example 1. Preparation of detection compound
시험예 1.1. 물질 및 실험 도구Test Example 1.1. Substances and laboratory tools
실시예와 비교예에 있어서, 시약은 상업적 공급원 (Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, Duksan, Daejung 및 Tokyo Chemical Industry)에서 구입했으며 별도의 언급이 없는 한 추가 정제 없이 사용하였다. In Examples and Comparative Examples, reagents were purchased from commercial sources (Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, Duksan, Daejung and Tokyo Chemical Industry) and were used without further purification unless otherwise noted.
1H 및 13C NMR 스펙트럼은 JEOL 400 MHz NMR 분광계에서 기록하였다. 질량 스펙트럼은 Agilent ESI-Q / TOF (사중 극자 / 비행 시간) 질량 분석기를 사용하여 획득하였다. BUCHI Melting Point M-565를 사용하여 융점을 측정하였다. FT-IR 스펙트럼은 Thermo Scientific Nicolet iS10 FT-IR 분광계를 사용하여 얻었다. UV-Vis 및 예비 형광 스펙트럼은 BioTek CytationTM 3 세포 이미징 다중 모드 판독기에서 기록하였다. Agilent Cary Eclipse 형광 분광 광도계를 사용하여 형광 스펙트럼을 획득하였다. 1 H and 13 C NMR spectra were recorded on a
시험예 1.2. 일반적 합성 방법 및 특성 분석Test Example 1.2. General synthetic methods and characterization
실시예와 비교예의 탐지 화합물을 제조하기 위하여, H2O(약 30 mL) 중에서 알데하이드 (약 10.00 mmol) 및 NaHSO3 (약 11.0 당량, 약 11.45 g)의 혼합물을 가열하여 환류시켰다. H2O (10 mL) 중 o-페닐렌다이아민 유도체(약 10.00 mmol)의 용액을 용액에 첨가하고 반응물을 추가로 환류시켰다. 환류 후에 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고 침전물을 진공 여과에 의해 수집 하였다. 잔류물을 H2O로 세척하고 진공 하에서 건조시켰다.To prepare the detection compounds of Examples and Comparative Examples, a mixture of aldehyde (about 10.00 mmol) and NaHSO 3 (about 11.0 equivalents, about 11.45 g) in H 2 O (about 30 mL) was heated to reflux. A solution of o-phenylenediamine derivative (ca. 10.00 mmol) in H 2 O (10 mL) was added to the solution and the reaction was further refluxed. After reflux, the reaction mixture was cooled to room temperature and the precipitate was collected by vacuum filtration. The residue was washed with H 2 O and dried under vacuum.
합성된 탐지 화합물은 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (실시예 1 전구체, 1a), 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6-carbonitrile (비교예 1 전구체, 1b), 6-Methoxy-2-(thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (비교예 2 전구체, 1c), 2-(Furan-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (실시예 2 전구체, 2a, FBI), 2-(Furan-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6-carbonitrile (비교예 3 전구체, 2b), 2-(Furan-2-yl)-6-methoxy-1H-benzo[d]imidazole (실시예 3 전구체, 2c)이다.The synthesized detection compounds were 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (Example 1 precursor, 1a), 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6 -carbonitrile (precursor of Comparative Example 1, 1b), 6-Methoxy-2-(thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (precursor of Comparative Example 2, 1c), 2-(Furan-2-yl) -1H-benzo[d]imidazole (Example 2 precursor, 2a, FBI), 2-(Furan-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6-carbonitrile (precursor of Comparative Example 3, 2b), 2 -(Furan-2-yl)-6-methoxy-1H-benzo[d]imidazole (Example 3 precursor, 2c).
실시예와 비교예의 탐지 화합물 전구체에 대한 특성 분석 결과는 아래와 같다.The results of characterization of the detection compound precursors of Examples and Comparative Examples are as follows.
실시예 1 전구체. 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (1a) (1.67 g, 84%) Example 1 Precursors. 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole ( 1a ) (1.67 g, 84%)
창백한 노란색 고체. 용융점 327-332℃; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 12.95 (s, 1H), 7.84 (dd, J = 3.7, 1.2 Hz, 1H), 7.72 (dd, J = 5.2, 1.1 Hz, 1H), 7.56 (q, J = 3.0 Hz, 2H), 7.24-7.17 (m, 3H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6) δ 147.6, 139.7, 134.2, 129.3, 128.8, 127.3, 122.7, 115.4. Pale yellow solid. melting point 327-332° C.; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 12.95 (s, 1H), 7.84 (dd, J = 3.7, 1.2 Hz, 1H), 7.72 (dd, J = 5.2, 1.1 Hz, 1H), 7.56 (q) , J = 3.0 Hz, 2H), 7.24-7.17 (m, 3H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6 ) δ 147.6, 139.7, 134.2, 129.3, 128.8, 127.3, 122.7, 115.4.
비교예 1 전구체. 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6-carbonitrile (1b) (0.35 g, 42%) Comparative Example 1 Precursor. 2-(Thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6-carbonitrile ( 1b ) (0.35 g, 42%)
창백한 노란색 고체. 용융점 245-248℃; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 13.47 (s, 1H), 8.08 (s, 1H), 7.92 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 7.79 (dd, J = 5.0, 1.0 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.56 (dd, J = 8.4, 1.5 Hz, 1H), 7.24 (dd, J = 5.0, 3.8 Hz, 1H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6, 90℃에서) δ 150.2, 141.9, 139.6, 132.7, 129.9, 128.4, 128.2, 125.7, 120.1, 119.8, 115.6, 104.3;Pale yellow solid. melting point 245-248°C; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 13.47 (s, 1H), 8.08 (s, 1H), 7.92 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 7.79 (dd, J = 5.0, 1.0 Hz, 1H) ), 7.68 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.56 (dd, J = 8.4, 1.5 Hz, 1H), 7.24 (dd, J = 5.0, 3.8 Hz, 1H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6 , at 90° C.) δ 150.2, 141.9, 139.6, 132.7, 129.9, 128.4, 128.2, 125.7, 120.1, 119.8, 115.6, 104.3;
비교예 2 전구체. 6-Methoxy-2-(thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (1c) (1.15 g, 50%) Comparative Example 2 Precursor. 6-Methoxy-2-(thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole ( 1c ) (1.15 g, 50%)
창백한 노란색 고체, 용융점 70-73℃(분해됨); 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 12.80 (s, 1H), 7.78 (d, J = 3.8 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 5.3 Hz, 1H), 7.45 (d, J = 5.3 Hz, 1H), 7.21 (q, J = 2.8 Hz, 1H), 7.05 (s, 1H), 6.83 (dd, J = 9.2, 2.3 Hz, 1H), 3.80 (s, 3H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6) δ 156.4, 134.5, 128.7, 126.6, 112.0, 56.0;Pale yellow solid, melting point 70-73° C. (decomposed); 1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 12.80 (s, 1H), 7.78 (d, J = 3.8 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 5.3 Hz, 1H), 7.45 (d, J = 5.3) Hz, 1H), 7.21 (q, J = 2.8 Hz, 1H), 7.05 (s, 1H), 6.83 (dd, J = 9.2, 2.3 Hz, 1H), 3.80 (s, 3H); 13 C NMR (100 MHz, DMSO-d 6 ) δ 156.4, 134.5, 128.7, 126.6, 112.0, 56.0;
실시예 2 전구체. 2-(Furan-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole (2a, FBI) (1.8236 g, 99%) Example 2 Precursors. 2-(Furan-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole ( 2a , FBI ) (1.8236 g, 99%)
갈색 고체. 용융점 271-273℃; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 12.99 (s, 1H), 7.96 (q, J = 0.8 Hz, 1H), 7.56 (q, J = 3.1 Hz, 2H), 7.23-7.19 (m, 3H), 6.74-6.72 (m, 1H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6) δ 145.8, 145.3, 144.0, 139.2, 122.9, 115.5, 112.9, 111.3.brown solid. melting point 271-273° C.; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 12.99 (s, 1H), 7.96 (q, J = 0.8 Hz, 1H), 7.56 (q, J = 3.1 Hz, 2H), 7.23-7.19 (m, 3H) ), 6.74-6.72 (m, 1H); 13C NMR (100 MHz, DMSO- d 6) δ 145.8, 145.3, 144.0, 139.2, 122.9, 115.5, 112.9, 111.3.
비교예 3 전구체. 2-(Furan-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6-carbonitrile (2b) (1.67 g, 80%) Comparative Example 3 Precursor. 2-(Furan-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole-6-carbonitrile ( 2b ) (1.67 g, 80%)
창백한 갈색 고체. 용융점 226-229℃; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 13.46 (s, 1H), 8.07 (s, 1H), 7.99 (q, J = 0.8 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.56 (dd, J = 8.5, 1.5 Hz, 1H), 7.31 (dd, J = 3.4, 0.6 Hz, 1H), 6.74 (q, J = 1.7 Hz, 1H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6, 90℃에서) δ 146.6, 145.4, 144.9, 141.6, 139.5, 125.7, 120.3, 119.8, 115.8, 112.5, 112.2, 104.4; Pale brown solid. melting point 226-229°C; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 13.46 (s, 1H), 8.07 (s, 1H), 7.99 (q, J = 0.8 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.56 (dd, J = 8.5, 1.5 Hz, 1H), 7.31 (dd, J = 3.4, 0.6 Hz, 1H), 6.74 (q, J = 1.7 Hz, 1H); 13 C NMR (100 MHz, DMSO-
실시예 3 전구체. 2-(Furan-2-yl)-6-methoxy-1H-benzo[d]imidazole (2c) (0.62 g, 29%) Example 3 Precursors. 2-(Furan-2-yl)-6-methoxy-1H-benzo[d]imidazole ( 2c ) (0.62 g, 29%)
창백한 갈색 고체. 용융점 142-145℃ (분해됨); 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 12.78 (s, 1H), 7.91 (q, J = 0.8 Hz, 1H), 7.45 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 6.98 (s, 1H), 6.83 (dd, J = 8.9, 2.4 Hz, 1H), 6.70 (q, J = 1.7 Hz, 1H), 3.79 (s, 3H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6) δ 170.9, 156.5, 146.2, 144.8, 112.8, 112.3, 110.3, 55.9; ESI-HRMS:Pale brown solid. melting point 142-145° C. (decomposed); 1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 12.78 (s, 1H), 7.91 (q, J = 0.8 Hz, 1H), 7.45 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 4.0) Hz, 1H), 6.98 (s, 1H), 6.83 (dd, J = 8.9, 2.4 Hz, 1H), 6.70 (q, J = 1.7 Hz, 1H), 3.79 (s, 3H); 13 C NMR (100 MHz, DMSO-d 6 ) δ 170.9, 156.5, 146.2, 144.8, 112.8, 112.3, 110.3, 55.9; ESI-HRMS:
시험예 2. 탐지 화합물의 형광 기반 스크리닝Test Example 2. Fluorescence-based screening of detection compounds
시험예 2.1. 플루오로 포어의 여기 및 방출 파장 식별 (λex, λem)Test Example 2.1. Identification of excitation and emission wavelengths of fluoropores (λex, λem)
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 3의 탐지 화합물 전구체를 DMSO(25 μM, 10 % DMSO)에 용해하여 제조한 용액을 pH 8.0 HEPES 완충액(20 mM)에 첨가하였다. 실시예와 비교예 용액에서의 여기 및 방출 스펙트럼을 마이크로 플레이트 리더를 사용하여 기록 하였다.A solution prepared by dissolving the detection compound precursors of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 in DMSO (25 μM, 10% DMSO) was added to a pH 8.0 HEPES buffer (20 mM). The excitation and emission spectra of Examples and Comparative Examples were recorded using a microplate reader.
시험예 2.2. 은 이온에 대한 리간드를 포함하는 탐지 화합물의 형광 기반 스크리닝Test Example 2.2. Fluorescence-based screening of detection compounds containing ligands for silver ions
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 3의 탐지 화합물 전구체를 DMSO(25 μM, 10 % DMSO)에 용해하여 제조한 용액을 pH 8.0 HEPES 완충액(20 mM)에 첨가하였다. 그 후 Ag+를 탈이온수에 용해한 용액(0-2.5 mM)을 첨가하여 부피 200 μL 및 10% DMSO의 최종 시료를 얻었다. A solution prepared by dissolving the detection compound precursors of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 in DMSO (25 μM, 10% DMSO) was added to a pH 8.0 HEPES buffer (20 mM). After that , a solution (0-2.5 mM) of Ag + in deionized water was added to obtain a final sample in a volume of 200 μL and 10% DMSO.
실시예와 비교예의 시료를 실온에서 30분 동안 인큐베이션하고, 형광 강도를 측정했다. 실시예와 비교예의 화합물의 형광 파장(탐지 파장) 측정을 위해 사용된 여기 파장(excitation wavelength)은 다음과 같다. 실시예 1(1a): λex = 315nm, 비교예 1(1b): λex = 323nm, 비교예 2(1c): λex = 316nm, 실시예 2(2a): λex = 307nm, 비교예 3(2b): λex = 315nm, 실시예 3(2c): λex = 323nm).Samples of Examples and Comparative Examples were incubated at room temperature for 30 minutes, and fluorescence intensity was measured. The excitation wavelength used for measuring the fluorescence wavelength (detection wavelength) of the compounds of Examples and Comparative Examples is as follows. Example 1 (1a): λex = 315 nm, Comparative Example 1 (1b): λex = 323 nm, Comparative Example 2 (1c): λex = 316 nm, Example 2 (2a): λex = 307 nm, Comparative Example 3 (2b) : λex = 315 nm, Example 3(2c): λex = 323 nm).
시험예 2.3. ClTest Example 2.3. Cl -- 프로브로서 탐지 화합물의 형광-기반 스크리닝 Fluorescence-based screening of detection compounds as probes
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 3의 탐지 화합물 전구체를 DMSO(25 μM, 10 % DMSO)에 용해하여 제조한 용액을 pH 8.0 HEPES 완충액(20 mM)에 첨가하였다. 그 후 Ag+를 탈이온수에 용해한 용액(125 μM)을 첨가하여 부피 200 μL 및 10% DMSO의 최종 시료를 얻었다. A solution prepared by dissolving the detection compound precursors of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 in DMSO (25 μM, 10% DMSO) was added to a pH 8.0 HEPES buffer (20 mM). After that , a solution (125 μM) of Ag + in deionized water was added to obtain a final sample in a volume of 200 μL and 10% DMSO.
이어서 실시예와 비교예의 시료를 실온에서 30분 동안 인큐베이션하였다. 탈 이온수에 용해된 Cl-(0-1 mM) 용액을 실시예와 비교예의 시료에 첨가한 다음, 혼합하고 실온에서 10분 동안 인큐베이션한 후 형광 강도를 측정했다. 측정을 위해 사용된 여기 파장(excitation wavelength)은 다음과 같다. 실시예 1(1a): λex = 315nm, 비교예 1(1b): λex = 323nm, 비교예 2(1c): λex = 316nm, 실시예 2(2a): λex = 307nm, 비교예 3(2b): λex = 315nm, 실시예 3(2c): λex = 323nm).Then, the samples of Examples and Comparative Examples were incubated at room temperature for 30 minutes. A solution of Cl - (0-1 mM) dissolved in deionized water was added to the samples of Examples and Comparative Examples, mixed and incubated at room temperature for 10 minutes, and then fluorescence intensity was measured. The excitation wavelength used for the measurement is as follows. Example 1 (1a): λex = 315 nm, Comparative Example 1 (1b): λex = 323 nm, Comparative Example 2 (1c): λex = 316 nm, Example 2 (2a): λex = 307 nm, Comparative Example 3 (2b) : λex = 315 nm, Example 3(2c): λex = 323 nm).
시험예 3. 실시예와 비교예 탐지 화합물의 염화 이온 탐지 성능 비교Test Example 3. Comparison of chloride ion detection performance of detection compounds of Examples and Comparative Examples
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐지 화합물과 비교예에 따른 화합물의 염화 이온 탐지 성능을 비교 분석한 그래프이다.5 is a graph comparing and analyzing chloride ion detection performance of a detection compound according to an embodiment of the present invention and a compound according to a comparative example.
최적의 염화 이온 형광 화학 감지기를 식별하기 위해, C2 및 C6 위치에서 다양한 치환기를 갖는 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 내지 비교예 3의 탐지 화합물 전구체를 합성하고 Ag+ 착물을 제조하기 위해 형광 리간드로서 사용 하였다. To identify the optimal chloride ion fluorescence chemical detector, to synthesize the detection compound precursors of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 having various substituents at the C2 and C6 positions and to prepare Ag + complexes used as a fluorescent ligand.
이어서, Ag+ 이온에 대한 실시예, 비교예 탐지 화합물 전구체의 형광 반응과 염화 이온에 대한 탐지 화합물의 형광 반응을 확인하였다. 먼저 Ag+를 첨가했을 때 6 개의 탐지 화합물 전구체의 형광 강도의 변화를 확인했다. Ag+가 없는 경우, 모든 탐지 화합물 전구체는 350 nm 내지 400 nm 부근에서 강한 형광 피크를 나타냈다(도 5의 염료 단독(Dye alone)). 다음으로, 실시예, 비교예 탐지 화합물 전구체에 Ag+를 첨가하였을 때, 30분 내에 2 내지 5 당량의 Ag+에 대해 포화가 발생하면서 시료로부터 발생되는 형광 강도가 감소 하였다(도 5의 Ag+-Dye w/o Cl-). 다음으로, 염화 이온의 존재 하에 탐지 화합물의 형광 강도 회복을 조사하기 위해, 염화 이온을 탐지 화합물 용액에 첨가하였다. 염화 이온 첨가 후 형광 강도 확인 결과, 실시예 1의 경우 형광 강도가 약 8배, 실시예 2의 경우 약 11배, 실시예 3의 경우 약 7배 증가하는 것을 확인할 수 있었다(도 5의 Ag+-DYE w/ Cl). Next, the fluorescence reaction of the detection compound precursors of Examples and Comparative Examples with respect to Ag + ions and the fluorescence reaction of the detection compound with respect to chloride ions were confirmed. First, the change in fluorescence intensity of the six detection compound precursors was confirmed when Ag + was added. In the absence of Ag + , all detection compound precursors exhibited strong fluorescence peaks around 350 nm to 400 nm (Dye alone in FIG. 5 ). Next, when Ag + was added to the detection compound precursors of Examples and Comparative Examples, saturation occurred with respect to 2 to 5 equivalents of Ag + within 30 minutes, and the fluorescence intensity generated from the sample decreased (Ag + in FIG. 5 ) -Dye w/o Cl - ). Next, in order to investigate the recovery of the fluorescence intensity of the detection compound in the presence of chloride ions, chloride ions were added to the detection compound solution. As a result of checking the fluorescence intensity after the addition of chloride ions, it was confirmed that the fluorescence intensity increased about 8 times in Example 1, 11 times in Example 2, and about 7 times in Example 3 (Ag + -DYE w/Cl).
상술한 비교를 통해 Ag+와의 착물화에 의해 형성된 탐지 화합물은 형광을 나타내지 않으며, 탐지 화합물과 염화 이온 사이의 리간드 교환 발생 시 형광이 다시 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 탐지 화합물과 염화 이온 사이의 교환은 AgCl을 형성하는 염화 이온에 대한 Ag+의 강한 친화성에 기인한다. 아울러, 비교예의 탐지 화합물의 경우 염화 이온 첨가 후에도 형광 강도가 회복되지 않는 모습을 보였다. 이는 비교예의 탐지 화합물과 염화 이온 사이의 리간드 교환이 충분히 이루어지지 않았음을 나타낸다. 또한 이로 인하여 비교예의 탐지 화합물은 염화 이온 탐지에 이용하기 부적합함을 알 수 있다.Through the above-described comparison, it was confirmed that the detection compound formed by complexation with Ag + did not exhibit fluorescence, and fluorescence reappeared upon ligand exchange between the detection compound and chloride ion. The exchange between these detection compounds and chloride ions is due to the strong affinity of Ag + for chloride ions to form AgCl. In addition, in the case of the detection compound of Comparative Example, the fluorescence intensity was not recovered even after the addition of chloride ions. This indicates that ligand exchange between the detection compound of Comparative Example and chloride ions was not sufficiently achieved. Also, due to this, it can be seen that the detection compound of Comparative Example is not suitable for use in detecting chloride ions.
시험예 4. 실시예 2의 탐지 화합물의 염화 이온 탐지 성능 확인Test Example 4. Confirmation of chloride ion detection performance of the detection compound of Example 2
앞선 시험예 1에서와 같이 실시예 2에 따른 탐지 화합물 전구체를 제조하고, 125μM AgNO3 용액 사용하여 탐지 화합물 전구체와 Ag+를 반응시켰다. 제조된 실시예 2의 탐지 화합물(Ag+-헤테로아릴 복합체)을 실온에서 30 분 동안 인큐베이션한 후, 염화 이온을 탈이온수에 용해한 용액(0-10 mM)을 첨가 하였다. 염화 이온 용액과 실시예 2의 탐지 화합물을 혼합하고 실온에서 추가로 10 분 동안 인큐베이션하였다.As in Test Example 1, the detection compound precursor according to Example 2 was prepared, and the detection compound precursor was reacted with Ag + using a 125 μM AgNO 3 solution. The prepared detection compound of Example 2 (Ag + -heteroaryl complex) was incubated at room temperature for 30 minutes, and then a solution (0-10 mM) in which chloride ions were dissolved in deionized water was added. The chloride ion solution and the detection compound of Example 2 were mixed and incubated at room temperature for an additional 10 minutes.
제조된 탐지 화합물을 이용하여 다음의 물성 평가를 수행하였다.The following physical properties were evaluated using the prepared detection compound.
시험예 4.1. 실시예 2의 탐지 화합물의 염화 이온 탐지 민감도 확인Test Example 4.1. Confirmation of chloride ion detection sensitivity of the detection compound of Example 2
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 염화 이온 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.6A and 6B are graphs showing chloride ion detection performance of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
실시예 2 탐지 화합물의 화학 구조는 FT-IR 및 1H NMR 분광법에 의해 결정되었다. 탐지 화합물의 FT-IR 스펙트럼은 Ag+의 존재 하에서 1420cm-1에서 1385cm-1로 v(C=N, 벤즈이미다졸)의 이동을 나타내었고, 이는 벤즈이미다졸 고리의 3차 질소가 관여함을 나타낸다. 탐지 화합물의 1H NMR 스펙트럼 간의 비교는 Ag+의 존재 하에서 벤즈이미다졸 -NH에 대한 다운필드 시프트를 12.95 ppm에서 보여 주었다. 또한 7.6-7.0 ppm의 아릴 및 푸라닐 부분 신호도 이동하였으며 뚜렷한 분리 패턴을 나타냈다. 이러한 결과는 Ag+ 착물화 동안 벤즈이미다졸 -NH가 온전하게 유지되고 푸라닐 고리가 착물 형성에 관여함을 시사한다. 이것은 Job plot에 의해 추가로 확인되었으며, 이는 Ag+와 실시예 2 탐지 화합물 전구체가 1:1 결합함을 나타냈다. Example 2 Chemical structures of detection compounds were determined by FT-IR and 1H NMR spectroscopy. FT-IR spectrum of the detected compounds showed the shift to 1385cm -1 in 1420cm -1 v (C = N, benzimidazole), in the presence of Ag +, which already that the tertiary nitrogen of the imidazole ring are involved benzamide indicates. Comparison between the 1H NMR spectra of the detection compounds showed a downfield shift at 12.95 ppm for benzimidazole-NH in the presence of Ag + . Also, the aryl and furanyl moieties signals of 7.6-7.0 ppm were shifted and showed a distinct separation pattern. These results suggest that the benzimidazole-NH remains intact during Ag + complexation and that the furanyl ring is involved in complex formation. This was further confirmed by the job plot, which indicated that Ag + and the Example 2 detection compound precursor were 1:1 bound.
다음으로 실시예 2 탐지 화합물의 염화 이온 감지 용량을 결정하기 위해, 다양한 염화물 이온 농도의 존재하에 탐지 화합물의 형광 강도의 변화를 측정 하였다.Next, in order to determine the chloride ion detection capacity of the detection compound in Example 2, the change in fluorescence intensity of the detection compound was measured in the presence of various chloride ion concentrations.
Ag+에 의한 탐지 화합물 전구체(벤즈이미다졸)의 형광 강도의 감소는 5 당량의 Ag+로 포화되기 때문에, 25μM의 실시예 2 탐지 화합물 전구체 및 125μM Ag+를 사용하여 10% DMSO를 함유하는 pH 7.4 HEPES 완충액에서 실시예 2 탐지 화합물을 제조하였다. Since the reduction of fluorescence intensity of the detection compound precursor (benzimidazole) by the Ag + will become saturated with
실시예 2 탐지 화합물의 형광 강도는 염화 이온 농도가 1.5mM까지 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 염화 이온에 대한 검출 한계(LOD)는 3σ/기울기 (도 6b; σ 3.441)를 기준으로 약 19μM로 측정되었으며, 이는 이전에 보고 된 염화 이온 탐지체 대부분의 검출 한계에 비해 낮은 수치이다. 특히, 상술한 실시예 2 탐지 화합물의 검출 한계(LOD)는 땀에 포함된 염화 이온의 최대 농도보다 낮다. 이는 실시예 2 탐지 화합물이 생물학적 매트릭스(biological matrix)의 간섭 없이 땀에 포함된 염화 이온을 정량화하는데 사용될 수 있음을 나타낸다.Example 2 The fluorescence intensity of the detection compound increased linearly as the chloride ion concentration increased to 1.5 mM. The limit of detection (LOD) for chloride ion was measured to be about 19 μM based on 3σ/slope (Fig. 6b; σ 3.441), which is lower than the detection limit of most of the previously reported chloride ion detectors. In particular, the limit of detection (LOD) of the detection compound of Example 2 described above is lower than the maximum concentration of chloride ions contained in sweat. This indicates that the detection compound of Example 2 can be used to quantify chloride ions contained in sweat without interfering with the biological matrix.
실시예 4.2. 실시예 2의 탐지 화합물의 염화 이온 선택적 탐지 성능 확인Example 4.2. Chloride ion selective detection performance confirmation of the detection compound of Example 2
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 염화 이온에 대한 선택적 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing selective detection performance for chloride ions of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
실시예 2의 탐지 화합물에 대하여, 아래의 시료를 첨가하였다.For the detection compound of Example 2, the following samples were added.
(a) 다음의 이온을 포함하는 1 mM 용액 100μL: Cl-, I-, Br-, F-, PO4 3-, HCO3 -, CH3COO-, SO4 2-, NO2 -, NO3 -, ClO4 -, Ca2+, K+, Mg2+, Cd2+, Cu2+, Fe2+, and Ni2+. (a) 100 μL of a 1 mM solution containing the following ions: Cl - , I - , Br - , F - , PO 4 3- , HCO 3 - , CH 3 COO - , SO 4 2- , NO 2 - , NO 3 - , ClO 4 - , Ca 2+ , K + , Mg 2+ , Cd 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ , and Ni 2+ .
(b) 다음의 이온 성분을 포함하는 용액 100μL: [I-] = 1 μM, [Br-] = 1 μM, [F-] = 1 μM, [PO4 3-] = 20 μM, [HCO3 -] = 200 μM, [CH3COO-] = 20 μM, [SO4 2-] = 20 μM, [NO2 -] = 1 mM, [NO3 -] = 1 mM, [ClO4 -] = 1 mM, [Ca2+] = 250 μM, [K+] = 500 μM, [Mg2+] = 20 μM, [Cd2+] = 1 μM, [Cu2+] = 1 μM, [Fe2+] = 1 μM, 및 [Ni2+] = 1 μM.(b) 100 µL of a solution containing the following ionic components: [I - ] = 1 µM, [Br - ] = 1 µM, [F - ] = 1 µM, [PO 4 3- ] = 20 µM, [HCO 3 - ] = 200 μM, [CH 3 COO - ] = 20 μM, [SO 4 2- ] = 20 μM, [NO 2 - ] = 1 mM, [NO 3 - ] = 1 mM, [ClO 4 - ] = 1 mM, [Ca 2+ ] = 250 μM, [K + ] = 500 μM, [Mg 2+ ] = 20 μM, [Cd 2+ ] = 1 μM, [Cu 2+ ] = 1 μM, [Fe 2 + ] = 1 μM, and [Ni 2+ ] = 1 μM.
염화 이온과의 결합에 대한 다른 이온의 영향을 파악하기 위하여 (a) 및 (b)와 함께 1mM 염화 이온 용액을 실시예 2 탐지 화합물 시료에 더 첨가하였다.In order to determine the effect of other ions on binding to chloride ions, 1 mM chloride ion solution was further added to the sample of Example 2 detection compound together with (a) and (b).
땀에는 다양한 이온이 포함되어 있기 때문에, 실시예의 탐지 화합물이 염화 이온에 대한 높은 선택성을 갖는지 확인이 필요하였다.Since sweat contains various ions, it was necessary to confirm whether the detection compound of Example has high selectivity for chloride ions.
땀을 구성하는 음이온 및 양이온이 염화 이온 탐지에 미치는 영향을 조사한 결과, 몇몇 높은 농도의 이온 종이 실시예 2 탐지 화합물의 반응에 영향을 미쳤으나, 생리학적 환경에서 이러한 영향은 염화 이온에 의해 발생하는 형광 강도 변화에 무시할 정도인 것으로 확인됐다. 도 7을 참고하면, 약 344nm에서의 F/F0(F: 형광 강도, F0: 이온이 없는 경우 탐지 화합물의 형광 강도)는 염화 이온을 단독으로 첨가하였을 때 높게 나타났으며, 염화 이온 없이 다른 종류의 이온만을 단독으로 첨가하였을 때는 낮게 나타났다. 그러나, 다른 종류의 이온과 염화 이온을 복합으로 첨가하였을 때(Cl- + anion/cation)는 다시 형광 강도 변화가 높게 나타났다. 이는 형광 강도 변화가 다른 이온에 영향을 거의 받지 않고 염화 이온에 영향 받음을 의미한다.As a result of examining the effect of the anions and cations constituting sweat on the detection of chloride ions, some high concentrations of ionic species affected the reaction of the detection compound of Example 2, but in a physiological environment, this effect was not caused by chloride ions. It was confirmed that the change in fluorescence intensity was negligible. Referring to FIG. 7 , the F/F 0 (F: fluorescence intensity, F 0 : fluorescence intensity of the detection compound in the absence of ions) at about 344 nm was high when chloride ions were added alone, and without chloride ions. When only other types of ions were added alone, the results were low. However, when other types of ions and chloride ions were added in combination (Cl - + anion/cation), the change in fluorescence intensity was again high. This means that the change in fluorescence intensity is affected by chloride ions and hardly affected by other ions.
특히, 땀 속에 상술한 염화 이온을 제외한 다른 이온 종의 농도는 염화 이온에 비하여 훨씬 낮기 때문에, 이러한 이온 종들이 염화 이온 탐지에 미치는 영향은 실질적으로 없을 것으로 사료된다.In particular, since the concentration of other ionic species other than the above-mentioned chloride ion in sweat is much lower than that of the chloride ion, it is considered that these ionic species have substantially no effect on the detection of chloride ions.
실시예 4.3. 실시예 2의 탐지 화합물의 pH에 따른 염화 이온 탐지 성능 확인Example 4.3. Confirmation of chloride ion detection performance according to the pH of the detection compound of Example 2
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 화합물의 pH에 따른 염화 이온 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing chloride ion detection performance according to pH of a detection compound according to an embodiment of the present invention.
실시예 2의 탐지 화합물 시료에 대하여 pH(pH 범위 4.0 - 9.0)를 조정한 후, 형광 스펙트럼(λex = 307 nm)을 기록하였다. 또한 제조된 탐지 화합물에 1 mM 염화 이온 용액을 첨가한 후 형광 스펙트럼 측정 및 데이터 분석을 수행하였다. 최종 시료의 pH를 4.0 내지 9.0으로 조정하였으며, 형광 스펙트럼을 사용하여 실시예 2 탐지 화합물의 리간드 교환에 의한 형광 변화를 조사하였다.After adjusting the pH (pH range 4.0 - 9.0) for the detection compound sample of Example 2, the fluorescence spectrum (λex = 307 nm) was recorded. In addition, after adding a 1 mM chloride ion solution to the prepared detection compound, fluorescence spectrum measurement and data analysis were performed. The pH of the final sample was adjusted to 4.0 to 9.0, and the change in fluorescence due to ligand exchange of the detection compound of Example 2 was investigated using a fluorescence spectrum.
도 8을 참고하면, 실시예 2의 탐지 화합물은 pH 6.0 내지 pH 8.0의 범위에서 잘 기능하였다. 생물학적으로 관련된 pH 7.4에서 염화 이온에 대한 가장 강한 반응이 관찰되었다는 점은 주목할 가치가 있다. 이 발견은 탐지 화합물이 생리학적 조건에서 염화 이온 검출에 적용될 수 있음을 시사한다.Referring to FIG. 8 , the detection compound of Example 2 functioned well in the range of pH 6.0 to pH 8.0. It is worth noting that the strongest response to chloride ions was observed at a biologically relevant pH of 7.4. This finding suggests that the detection compound can be applied to the detection of chloride ions under physiological conditions.
시험예 4.4. 인공 땀에서 염화 이온의 정량적 측정Test Example 4.4. Quantitative determination of chloride ions in artificial sweat
실시예 2의 탐지 화합물에 대하여, 다른 염화물 이온 농도 (20mM, 50mM, 100mM)를 포함하는 10μL 인공 땀 용액과 혼합하였다. 인공 땀과 혼합된 시료의 형광 강도 회복을 앞선 시험예 4.1에서 얻은 결과와 비교함으로써 정량 평가하였다.For the detection compound of Example 2, it was mixed with 10 μL artificial sweat solution containing different chloride ion concentrations (20 mM, 50 mM, 100 mM). The fluorescence intensity recovery of the sample mixed with artificial sweat was quantitatively evaluated by comparing it with the results obtained in Test Example 4.1.
낭포성 섬유증의 진단을 위해 땀 시료에서 염화 이온을 검출하는 탐지 화합물의 적합성을 평가하기 위해, 인공 땀 시료의 염화 이온 수준을 측정 하였다(표 1). 영국 표준 (BS EN1811-1999)에 따라 염화 이온 농도가 다른 3 개의 인공 땀 샘플이 준비하였다. 성인의 낭포성 섬유증에 대한 진단 기준 수준: <40 mM (음성), 40-59 mM (가능) 및> 60 mM (양성)의 염화 이온 농도는 영아의 경우 약간 더 낮은 값으로 선택되었다. 염화 이온 회수율은 98 ~ 114 %이며 상대 표준 편차(RSD)는 4.55 ~ 7.22 %를 보였다(표 1). 이러한 결과는 탐지 화합물이 복잡한 인공 땀 시료에서 염화 이온을 정확하게 감지할 수 있음을 나타내고 탐지 화합물이 낭포성 섬유증의 땀 테스트 진단에 사용될 가능성이 크다는 것을 나타낸다. To evaluate the suitability of a detection compound to detect chloride ions in sweat samples for the diagnosis of cystic fibrosis, chloride ion levels in artificial sweat samples were measured (Table 1). Three artificial sweat samples with different chloride ion concentrations were prepared according to the British standard (BS EN1811-1999). Chloride ion concentrations of <40 mM (negative), 40-59 mM (possible) and >60 mM (positive) of the diagnostic criteria for cystic fibrosis in adults were chosen as slightly lower values for infants. The recovery of chloride ions was 98 to 114%, and the relative standard deviation (RSD) was 4.55 to 7.22% (Table 1). These results indicate that the detection compound can accurately detect chloride ions in complex artificial sweat samples and indicate that the detection compound has great potential for use in the diagnosis of sweat tests in cystic fibrosis.
이상에서 살펴본 것과 같이 탐지 화합물 내 Ag+와 염화 이온 사이의 강한 상호 작용을 활용하여 염화 이온을 검출할 수 있음을 확인하였다. 탐지 화합물의 형광 강도는 Cl-의 존재 하에서 증가하였고, 이를 통해 Cl- 이온 검출 민감성 향상(LOD = 19 μM) 및 신속한(응답 시간 <3 분) 검출이 가능함을 확인하였다. 또한, 탐지 화합물은 Cl- 이온에 대해 높은 선택성을 보였고, 땀에 있는 다른 일반적인 이온 성분에 영향을 받지 않았다. 특히, 탐지 화합물은 생리학적 환경인 pH 7.4에서 최고 성능을 나타냈으며, pH 6.0 내지 pH 8.0의 범위에서 효과적으로 작동하였다. 아울러 복잡한 인공 땀 시료에서 염화 이온을 정량적으로 측정함으로써 탐지 화합물이 낭포성 섬유증 진단과 관련된 유용한 정보를 제공할 수 있음을 확인하였다.As described above, it was confirmed that chloride ions could be detected by utilizing the strong interaction between Ag + and chloride ions in the detection compound. Detecting fluorescence intensity of compounds Cl-increased in the presence of, this Cl over - was confirmed that the ion detection sensitivity improvement (LOD = 19 μM) and rapid (response time <3 minutes) detection is possible. In addition, the detection compound showed high selectivity for Cl − ions, and was not affected by other common ionic components in sweat. In particular, the detection compound showed the best performance in the physiological environment of pH 7.4, and worked effectively in the range of pH 6.0 to pH 8.0. In addition, it was confirmed that the detection compound could provide useful information related to the diagnosis of cystic fibrosis by quantitatively measuring chloride ions in complex artificial sweat samples.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the technical field will not depart from the spirit and technical scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the scope of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the content described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
100: 반응부 200: 검출부100: reaction unit 200: detection unit
Claims (8)
염화 이온과 반응하여 탐지 파장을 방출하는, 탐지 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기임.comprising a compound of Formula 1;
A detection compound, which reacts with chloride ions to emit a detection wavelength:
[Formula 1]
In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl , heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof.
상기 탐지 파장은 330nm 내지 380nm의 파장 대역을 갖는, 탐지 화합물.The method of claim 1,
The detection wavelength has a wavelength band of 330nm to 380nm, detection compound.
하기 화학식 2의 화합물을 포함하는, 탐지 화합물.
[화학식 2]
A detection compound comprising a compound of Formula 2 below.
[Formula 2]
상기 탐지 화합물과 상기 염화 이온의 반응에 따라 발생하는 탐지 파장의 세기 변화를 검출하는 검출부를 포함하고,
상기 탐지 화합물은 화학식 1의 화합물을 포함하는, 탐지 장치:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기임.a reaction unit including a detection compound reacting with chloride ions; and
A detection unit for detecting a change in the intensity of the detection wavelength that occurs according to the reaction between the detection compound and the chloride ion,
A detection device, wherein the detection compound comprises a compound of formula 1:
[Formula 1]
In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl , heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof.
상기 탐지 파장은 330nm 내지 380nm의 파장 대역을 갖는, 탐지 장치.6. The method of claim 5,
The detection wavelength has a wavelength band of 330nm to 380nm, the detection device.
상기 체액 시료와 상기 탐지 화합물의 혼합물로부터 발생되는 탐지 파장 대역의 빛의 세기를 탐지하는 제2 단계; 및
상기 탐지 파장 대역의 빛의 세기가 기설정된 값 이상인지 여부를 판단하여, 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 발병 가능성에 대한 정보를 제공하는 제3 단계를 포함하고,
상기 탐지 화합물은 화학식 1의 화합물을 포함하고 상기 탐지 화합물과 상기 체액 시료 내 염화 이온과 반응하여 상기 탐지 파장이 방출되는, 진단 관련 정보 제공 방법:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시아노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기임.a first step of mixing a bodily fluid sample with a detection compound;
a second step of detecting an intensity of light in a detection wavelength band generated from a mixture of the body fluid sample and the detection compound; and
a third step of providing information on the possibility of cystic fibrosis by determining whether the intensity of light in the detection wavelength band is greater than or equal to a preset value;
wherein the detection compound includes a compound of Formula 1, and the detection wavelength is emitted by reacting the detection compound with chloride ions in the bodily fluid sample:
[Formula 1]
In Formula 1, R1 and R2 are each independently hydrogen, deuterium, halogen, alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, heterocycloalkyl, arylalkyl, alkoxy, aryloxy, amino, cyano, silyl, alkenyl, cycloalkenyl , heteroalkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, acyl, carboxylic acid, ether, ester, nitrile, isonitrile, sulfanyl, sulfinyl, sulfonyl, phosphino, and combinations thereof.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20200093416A1 (en) | 2017-06-02 | 2020-03-26 | Northwestern University | Thin, soft, skin-mounted microfluidic networks for detection and analysis of targets of interest in sweat |
| KR102102542B1 (en) | 2018-10-18 | 2020-04-21 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Fluorescent compound, imidazole-based compound comprising the fluorescent compound, and chemical sensor for detecting hypochlorous acid ion comprising the imidazole-based compound |
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2020
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Non-Patent Citations (3)
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|---|
| Analytical methods, 2013, Vol. 5, pp 3880-3887. |
| Chemical science, 2017, Vol. 8, pp 550-558. |
| Journal of fluorescence, 2019, Vol. 29, pp 945-952. |
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