KR20130139294A

KR20130139294A - 센서

Info

Publication number: KR20130139294A
Application number: KR1020137013050A
Authority: KR
Inventors: 캐써리나 프롬; 크리스티앙 보쉐
Original assignee: 프리브르 대학교
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-12-20
Also published as: KR101826724B1; EP2630250A1; CA2816223C; EP2444501A1; EP2630250B1; US20130266644A1; CN103403177B; US9758545B2; WO2012052566A1; CN103403177A; CA2816223A1; BR112013009569A2

Abstract

본 발명은 약물 방출을 트리거하기 위해 약물을 포함하는 컨테이너를 구비하는 스캐폴드형 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 스캐폴드는 내재적으로 형태적 준안정하다.

Description

센서{SENSOR}

본 발명은 스캐폴드형 센서(scaffolded sensor)에 관한 것으로, 특히 세균 감염들을 방지하거나 용액들 내의 세균을 검출하는 스캐폴드형 세균 센서에 관한 것이다.

관절 대체물(joint replacement)을 또는 내무 고정물(internal fixation)들을 필요로 하는 환자들의 수효가 증가하므로 임플란트(implant)에 대한 염증을 방지하는 것은 중요성이 높다. 무릎들, 엉덩이들, 또는 어깨들의 대체물들은 매우 흔하지만, 반면에 훨씬 더 많은 보철(prosthesis) 및 골절 고정물들이 적용된다.

이로 인해 문제들 중 하나는 관절 대체물들 및 골절 고정 디바이스들이 항상 매우 심각한 문제가 될 수 있는 염증의 위험성을 지니고 있다는 것이다. 관절들은 대체될 뿐만 아니라, 기관들, 뼈들, 혈관들 및 다른 조직들 또한 대체된다. 임플란트 재료들(단기 또는 영구)의 발전들이 성취될 뿐만 아니라 수술 기술들로 인해 점점 더 많은 임플란트 시술들이 수행되는 것이 가능할지라도, 동시에 감염의 위험성이 증가한다.

20%인 심장박동기(pacemaker)들의 이식과는 대조적으로 슬관절 임플란트들에 대한 감염율은 1% 내지 2%의 범위 내에 있다. 이들 감염들은 수술 부위의 세균 감염에 의해 수술전후(perioperative)에 자주 발생한다. 일반적으로 스타필로코커스 에피더미디스(Staphylococcus epidermidis)를 포함하는 지연성인 대부분의 저 병원성 유기체(low virulence organism)들이 원인인 경우 초기 감염은 세균 스타필로커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)에 의해 발생된다. 임플란트들 내의 세균은 전형적으로 소위 생물막(biofilm)들로 널리 공지되어 있는 엑소폴리사카라이드(exopolysaccharide)의 다층 구조들에서 증식되고 클러스터(cluster)화된다.

이 생물막들로 인해 세균은 항균제(antimicrobial agent)들 및 신체의 면역 반응들에 저항 가능하다. 그러므로 “정상적인” 항생제로 이 세균들을 처리하는 것은 불가능하다. 환자에게 급격한 합병증들을 일으키거나 또는 최악의 경우 사망에 이르게 하며 미래에 더 높은 감염률을 야기하므로, 또한 건강 시스템에 고 비용들이 동반된다.

그러므로, 건강 위험성뿐만 아니라 그와 같은 경우들에서의 의학적 치료에 대한 증가하는 비용으로 인해, 초기 감염의 예방은 주요 의료 관심사항이다.

이 생물막들의 형성 및 착생들은 자연 환경들 또한 임플란트들의 표면의 세균에 대한 널리 진화되어 온 생존 전략들이다. 생물막들은, 세균 또는 물질 잔해들의 세균 성분(bacterial component)들(폴리삭카라이드(polysaccharide)들) 및 마이크로입자들에 의해 발생되는 무균성 기능상실들 또는 세균 증식(폐혈성 기능상실)에 의해 염증 숙주 응답들을 일으킬 수 있다.

최신 기술에서, 재료 표면에 있는 약제들로 감염들을 보호하는 것이 공지되어 있으며, 이는 포장된 물질들의 포착 및 고정화 및 상기 물질들의 꾸준한 방출 하의 후속 침출(leaching)을 수반한다.

그러므로 항균제들을 꾸준히 방출하는 코팅들이 개발되었고, 이는 임플란트 상의 세포 유착의 양호한 격퇴를 보장하거나 양호한 조직 통합 즉 골유착(osseointegration)을 제공한다. 지금까지, 어떠한 코팅도 둘을 동시에 공급할 수 없었다. 그러나, US 7,455,911은 세균 유착을 방지하는 반-유착 코팅을 개시하지만 세포 착생을 억제한다.

침수성(hydrophilics)에 의한 표면 처리들과 같은 다른 방법들이 행해져서 유착하는 조직들의 수 및 이 조직들의 특정한 유착 강도를 감소시켰다. 대안으로, 골유착이 가능한 나노 구조식 표면들이 제공되었으나, 세균에 전혀 영향을 미치지 못 했다.

항생 표면을 제공하려는 시도는 항생제를 금속 표면들에 예를 들어 카테터(catheter)들에서 공유 결합으로 부착시킴으로써 달성되었으나, 이는 단지 스타필로커스 아우레우스(S, aureus) 및 다른 세균를 단기간만 제거할 뿐이다.

다른 성공적인 방법은 항생제들을 임플란트 시멘트들 내에 통합시킴으로써 행해졌다. 그러나 인가된 항생제들의 30%만이 이용 가능했는데, 왜냐하면 나머지 부분들은 온도에 의해 분해되었거나(예를 들어 반코마이신(Vancomycin)은 25°C이상에서 온도 감응하며 장기 안정성(long-term stability)이 없다) 임플란트에서 공유 결합된 상태로 남아 있었기 때문이다.

다공성 티타늄 폼(foam)을 적용함으로써 약물의 방출이 가능해졌으나, 이 모든 시도들은 세균이 시간에 따라 항생제에 대해 내성이 생기는 문제를 해결할 수 없었다. 전세계적으로 현재 세균의 항생제에 대한 내성이 계속해서 증가하고 있는 것으로 관찰되고 있으므로, 감염들에 대한 싸움은 점점 더 어려워지고 있다. 병원들에서는 락탐 항생제(lactam antibiotic)에 대한 내성이 주요 문제점이며, 시스템 및 임플란트 관련 감염들에서 메티실린 내성 S. 아우레우스(methicillin-resistant S. aureus; MRSA) 및 스타필로코커스(S.) 에피더미디스(MRSE) 감염이 각각 현저하다. 응고효소 음성 포도상구균(Coagulase-negative staphylococci)(예를 들어 S. 에피더미디스)은 외부 신체 물질들에 직접적으로 유착되므로 조직주입 중에 도입되는 가장 흔한 조직이며, 반면에 S. 아우레우스는 숙주 단백질이 덮여 있는 외부 표면들에 유착되므로 주입 이후에 임플란트들에 정착되는 전형적인 조직이다.

세균 내성에 대한 싸움에서 장기간 안정적으로 약물들을 제공하기 위해, 은 이온들을 적용하는 것이 재조명되었다. 세균에 대한 효과는 다양한 효소들의 간섭들로 인해 비특이적(non-specific), 예를 들어 세균 세포 벽의 합성이 가능하다. 과학계가 항생제에 대한 세포 내성을 우려하더라도, 은을 적용하는 것이 가능할 것 같지 않다. 그러나 이들의 비특이성으로 인해, 은 이온들은 또한 예를 들어 세균, 아키아(archaea), 또는 진핵세포(eukaryote)와 같은 내장의 플로라(flora)에서, 필수적인 세균에게 해를 가할 수 있다.

그러므로 표면들로부터의 약물 방출이 조사되었을 뿐만 아니라 확산 및/또는 희석 메커니즘들에 의해 약제를 전달하는 나노-구조 컨테이너들의 이용 또한 조사되었다. 그와 같은 시스템들은 주로 간질 또는 암 종양들과 같은 신경변성 질환(neurodegenerative disease)들의 치료에 주로 초점을 맞춰왔다. 공지되어 있는 컨테이너 시스템들 중에서, 속이 비어 있는 나노 구체(hollow nanosphere)들을 얻기 위해 산화 물질들뿐만 아니라 폴리머-계열 소포(vesicle)가 연구되어 왔다. Au, CuS 또는 AlO(OH)로부터 약물이 전달되도록 하는 다양한 나노 구체들이 테스트되었다. 게다가, CeO₂, SnO₂, SiO₂-CaO, 또는 TiO₂와 같은 산화 시스템들이 이들의 생체적합성(biocompatibility)에 대해 성공적으로 테스트되었으나, 항균 화합물들의 도입은 양호한 생물학적 특성들과 함께 공지되어 있는 방법들로 해결될 수 없는 어려운 일을 제공한다.

그러므로, 폴리머 네트워크들에 기초하여 이온들을 함유하는 나노 구체들에 양호한 안전성 및 용해도를 제공하는 산화 물질 전구체들이 연구되어 왔다. 그러나 은 이온들이 양호한 결과들을 나타낼지라도, 해결되지 않은 문제는 여전히 나노 구체들의 약물들의 방출을 제어하는 것이다.

상이한 금속 표면들(Au, Ti)에 부착됨으로써, 항균 효과들이 의학적 적용들에서 성공적으로 테스트되었다. 추가로, 항균 표면 코팅들에 대한 여러 방법들이 조사되었다. 단점은 세균이 실제로 존재하든 안 하든, 코팅이 항균 특성들을 나타내지만 감도를 나타내지 않는다는 것이다. 그러므로 세균 내성은 코팅들의 경우 큰 문제점이다.

세균 내성을 방지하기 위해 세균용 센서가 선택적인 약물 방출을 개시할 수 있다. 세균은 매우 다양하며 이 세균들의 신진대사는 상이하므로 세균을 검출하고 분류하는 시스템들을 제공하는 것은 어렵지만, 이 시스템은 산소 소비(oxygen consumption)의 검출을 통한 마이크로칼로리미터(microcalorimetry) 또는 다중-어레이 전기기계 센서들에 의한 시험관 내 테스트들에서 성공적이었다. 불리하게도, 산소를 소비하는 세균뿐만 아니라 혐기성 세균(anaerobic bacteria), 예를 들어 P. 불가리스(vulgaris), P. 피오실리아(pyocynea), G. 람블리아(lamblia)와 같이 이 방법에 의해 검출되지 않는 부패 원인균이 존재한다.

다른 출발점은 정족수 감지(quorum-sensing) 또는 세포외 플라스미드(extracellular plasmid)들 및 RNA를 포함하는 세균의 식별이다. DNA 감지의 상황에서, 세균 게놈 센싱의 상황에서 유용할 수 있는 인식 반응들이 설정되었다. 상세하게, DNA-칩들은 정합하는 염기 쌍들의 검출을 위한 선택 도구들인 것으로 밝혀졌다. 단일 DNA 가닥(DNA strand)들은 심지어 서너 개의 오정합들이 유입될지라도 목표 가닥들을 약간 초과하는 이중 가닥들을 형성하는 것으로 밝혀졌다.

세균 사이의 정족수 감지를 억제하는 것은 또한 유망한 방법이다. 그러므로, 세균의 정족수 감지의 방해를 통해 생물막 형성을 억제하기 위해 수정되고 기능화된 퓨라논(furanone)들이 이용된다.

모든 현재의 시스템들은 임플란트 감염을 방지하기 위해 세균이 존재하든지 간에 단지 연속 약물 방출만을 제공한다. 그와 같은 지속적인 불특정한 방출은 내성 효과들을 일으켜서, 상당한 양의 약물들뿐만 아니라 임플란트들 내에 세균들을 양육하고 정상 조직에 영향을 미칠 수 있다.

최신 기술은 임플란트 상에 또는 임플란트에, 용액 내, 고체들 내 또는 세균이 존재할 수 있는 어느 곳에서라도 세균의 정착을 억제하는 코팅들, 나노 구체들 또는 유착부들을 제공하지 않으므로, 시스템에 대한 세균 검출 요구는 세균의 존재를 표시하고 방어 메커니즘을 제공하는 것에 집중된다.

게다가 최신 기술 내에서 이미 공지되어 있는 방법들 모두는 세균 감염에 대한 방어 메커니즘에 실제로 요구되는 약물보다 훨씬 더 많은 약물들을 요구하며 임플란트들 및 고정 디바이스들 상의 생물막들의 형성 및 세균 감염들을 억제할 것을 요구한다.

그러므로, 기저의 문제는 세균을 결정하고, 방어 메커니즘들을 제공하며 세균 감염들을 억제하는 것이었다. 게다가, 세균을 직접 검출하고, 신뢰성 있게 표시하고, 이들의 존재를 직접 디스플레이하는 것은 해결되어야 할 추가 문제였다.

본 발명의 목적은 추가적으로, 세균의 존재를 결정, 검출 및 표시하는데 적합한 화합물 및 조성물을 제공하여 세균 감염들 및 생물막들의 형성을 억제할 수 있는 방어 메커니즘을 제공하고, 약물에 내성이 있는 세균을 증식할 위험성을 최소화하면서 필요한 약물의 양을 줄이는 것이 가능하게 하는 것이다.

이 외에도 세균 감염들을 결정하는데 적합한 화합물 및 조성물뿐만 아니라 화합물 및 조성물을 제조하는 방법이 제공된다.

뜻밖에도 스캐폴드형 센서가 설비되어 있는 항균 시스템으로 세균의 존재를 검출하고, 결정하고 표시하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다.

본 발명에 따른 센서는 세균의 존재를 검출하고, 이는 내재적 준안정(intrinsically metastable) 스캐폴드를 에너지가 더욱 안정된 형태로 형태를 변화시키는 것을 트리거한다.

본 발명의 의미에서 “센서”는 스캐폴드의 형태 변화에 대한 트리거가 세균, 바이러스, 균, 곰팡이, 균류, 신진대사 산물 또는 노폐물들, 임의의 미생물 또는 세균의 신진대사 산물 또는 노폐물들, 펩타이드(peptide)들, 아미노산들, 독소들, 유독 물질들, 미생물들, 포자들, 병원균들, 온도, pH, 이온 농도, 자기 영향들, UV, IR, α-, β-, γ-, X-레이 방사와 같은 조사(irradiation), 마이크로파들, 압력, 삼투압, 농도 경사(concentration gradient)들 등의 임의의 환경 변화가 있을 수 있음이 이해될 것이다. 본 발명에 따른 센서는 따라서 “세균 센서”, “생화학 센서” 및/또는 “”생물물리학 센서”로, 특히 “세균 센서”로 지정될 수 있다.

본원에서 이용되는 용어 “리간드(ligand)”는 치환기(substituent)로서 기능하며 스캐폴드형 센서에 부착되거나 결합될 수 있는 화학적 엔티티(chemical entity)인 것일 수 있음이 이해된다. 리간드들은 적어도 부분적으로 정합하는 상보적인 RNA-가닥, DNA-가닥, 펩타이드, 아미노산, 효소, 기질(substrate), 복합체 등이 존재할 때마다 혼성화가 가능한 RNA-가닥들, DNA-가닥들, 펩타이드들, 아미노산들, 효소들, 기질들, 복합체들 등과 같은 (비반응성) 리간드들이거나 화학 반응 시에 참여자로서 반응할 수 있는 리간드들(반응성 리간드들)일 수 있다. 리간드들은 반응 또는 무반응 리간드들, DNA-및/또는 RNA-가닥들, 당들, 펩타이드들, 아미노산들, 효소-기질-복합체들, 또는 효소 또는 기질들, 유기금속 및 배위 화합물들, 화합물 충전 컨테이너들, 기능화 리간드들, 알코올들, 표시자들(예를 들어 pH값의 변화로 인해 자체의 컬러를 변경할 수 있는 pH-표시자들)의 그룹으로부터 선택된다.

임의의 입체를 요하는 리간드는 또한 관능기(functional group)들, DNA 및/또는 RNA, 또는 임의의 다른 금속 또는 화합물로 기능화되는 스캐폴드에 부착될 수 있다.

바람직하게도, 리간드는, 자체의 유형 또는 본 발명에 따른 스카폴드의 임의의 리간드와 기질이 상호 작용할 수 있도록 하는 임의의 다른 구조 설계에 대해 지정되고 또한 관능기가 갖추어져 있는 당들, 펩타이드들, 펩타이드-PNA들, 분자들, 유도체(derivate)들, 아미노 산들, 금속-복합체들, 금속유기-화합물들, 효소-기질 복합체들 또는 후자의 일부분들과 같은 다른 검출 가능 화합물 이외에도, 세균 DNA 및/또는 RNA 또는 다른 세균 화합물, 신진대사 산물 또는 노폐물들을 검출하는 반응성 화합물, DNA 및/또는 RNA-가닥이다.

더욱이, 리간드는 입체를 요구하거나 비-입체를 요구할 수 있다.

용어 “락킹-리간드(locking-ligand)들”은 스캐폴드에 부착되 서로의 상호 작용에 의해 스캐폴드를 에너지 비친화적인 형태로 잡고 있는 한 쌍의 리간드들을 기술한다.

본 발명에 따른 용어 “기질”은 임의의 물질, 예를 들어 DNA 및/또는 RNA-가닥들, 아미노산들, 펩타이드들, 당들, 균체 성분(bacterial component)들(폴리삭카라이드들) 또는 세균 또는 물질 잔해들의 마이크로입자들, 신진대사 산물 또는 노폐물들, 정족수 감지, 유독 물질들, 병원균들, 효소-기질 복합체들 또는 스캐폴드형 센서로 검출 가능한 임의의 다른 화합물인 것으로 이해된다.

본 발명에 따른 용어 “화합물”은 약물들, 항생제들, 설페이트(sulfate)들, 설파이드(sulfide)들, 설파진(sulfazine)들, 설파다이아진(sulfadiazine)들과 같은 금속염들, 표시자들, 변성제(denaturating agent)들, 유기금속 복합체들, 버퍼들, 알코올들, 자성 화합물들, 소포들의 그룹인 것으로 이해된다.

본원에서 이용되는 용어 “컨테이너”는 예를 들어 플러렌(fullerene)들, 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나 화합물 등과 같은 무기 산화물등과 같은 비활성 재료로 제작되는 다공성, 통상적으로 동공인 나노캐슐을 의미한다. 그러한 컨테이너의 제조는 아래에서 더 기술된다.

본원에서 이용되는 용어 “나노캡슐”은 포어(pore) 크기를 가역하여 바꿀 가능성이 있는 다공성 나노캐슐이다. 공지되어 있는 컨테이너들 중에서, 속이 비어 있는 나노캡슐들을 합성하기 위해 산화 물질들뿐만 아니라 폴리머-계열 컨테이너들이 연구되어 왔다. 예를 들어 T1O₂, SiO, Sn0₂, AI₂O₃, AlO(OH) 또는 금속-계열 화합물에 대한 산화 화합물들의 강인성 및 이들의 생체 적합성이 제공된다. 바람직하게도, 나노캡슐들의 외부 쉘(shell)은 항균 활성, 특히 살균되어야 할 임플란트 디바이스들, 임플란트들 또는 수술용 장비 및 기구들, 액체들 또는 다른 재료들을 위한 저장고들의 코팅들 시에 적용될 때 항염 및 항감염 활성을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 내재적 준안정 스캐폴드를 구비한 센서에 의해 고형체들, 용액들, 시험관 내의, 또는 살아있는 조직 내의 세균, 바이러스, 균류, 포자들, 곰팡이들, 균들, 병원균들, 유독 물질들 등을 검출하기 위한 방법, 화합물 및 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 부가적인 모드에서, 스캐폴드는 약물 방출을 트리거하여 현재의 세균을 격퇴하기 위해 약물-충전 컨테이너들에 링크될 수 있다.

본 발명의 방법에 의해, 준안정 스캐폴드의 형태 변화를 일으키는 세균의 존재가 직접적으로 검출될 수 있다. 에너지적으로 더욱 안정된 형태로의 변경이 디스플레이되고 예를 들어 센서의 컬러의 변화, 광(가시 또는 비-가시)의 방출, 온도의 증가, 화학제, 가스, 액체, 냄새, 버블링(bubbling) 또는 형광, 방취, 불쾌한 맛의 방출에 의해 검출될 수 있다.

본 발명의 부가적인 모드에서, 화학제들의 방출은 세균 감염, 염증, 생물막들 및 유착부들의 형성을 억제하기 위해 스캐폴드에 링크된 컨테이너로부터의 약물 방출일 수 있다. 센서는 악물들을 소비하거나, 컨테이너로부터의 방출이 느리거나 억제됨으로써 비활성의 위험성이 있거나, 건강한 조직에 영향을 미치거나, 지속적인 약물 방출로 인해 세균에 내성이 생길 위험성이 없으면서도, 원래의 장소에서 현재의 세균과 싸우는데 필요한 약물들의 양을 정확하게 방출하는 것이 가능하다. 더욱이, 항균 시스템은 검출 가능 또는 가시 신호들에 의해, 예를 들어 컬러 또는 도전율 등을 변경함으로써 세균을 검출하고 그 존재를 표시할 수 있다. 더욱이, 그 종류의 세균에 대해 고감도가 제공되어 세균 감염에 대한 최적의 의료용 치료 및 질병의 단기간 검출이 가능하다. 특히, 감염들을 직접적으로 억제하고 임플란트들, 고정 디바이스들, 또는 장기 이식들의 염증 또는 거부들을 방지하고, 세균 감염으로 인한 생물막들의 형성을 방지하여 환자들의 생존율을 높이고 치료를 강화하는 그러한 본 발명의 화합물들이 임플란트들에 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 센서의 스캐폴드는 현재의 기질들, 예를 들어 스캐폴드형 센서로 검출 가능한 DNA 및/또는 RNA-가닥들, 아미노산들, 펩타이드들, 당들, 균체 성분들(폴리삭카라이드들) 또는 세균 또는 재료 잔해들의 마이크로입자들, 신진대사 산물 또는 노폐물들, 정족수 감지, 유독 물질들, 병원균들, 효소-기질 복합체들 또는 임의의 다른 화합물로 인해 세균의 존재를 등록한다. 그와 같은 기질들의 존재는 준안정 스캐폴드의 형태 변경을 트리거한다. 그러므로 세균이 존재하거나 존재하지 않더라도 신뢰성 있는 결과들을 획득하기 위한 직접 검출이 제공된다.

스캐폴드의 내재적 준안정 형태는 스캐폴드가 임의의 트리거에 의해 트리거되지 않는 한 자체의 비친화적인 형태를 지니므로, 더욱 에너지 친화적인 형태로 변경된다. 반응성 아니면 비반응성 리간드들인, 락킹-리간드들의 페어링(pairing)으로 인해 스캐폴드는 자체의 비친화적인 위치에 있게 된다. 락킹-리간드들의 페어링 또는 결합은 기질 및 락킹-리간드들 중 하나 사이의 결합 에너지가 더 높기 때문에 임의의 기질이 존재할 때마다 파괴된다.

본 발명의 부가적인 실시예에서 락킹-리간드들의 페어링은 DNA 및/또는 RNA-가닥들이 적어도 부분적으로 오정합함으로써 발생된다. 그러나, 당업자에게 공지되어 있는 임의의 다른 기질-민감성 리간드가 적용될 수 있다.

더 에너지 친화적인 형태로의 형태 변경은 온도, pH, 환경 내의 이온 농도의 변화, 당들, 펩타이드들, 신진대사 산물 또는 노폐물들, 기질들, 아미노산들, 효소들, 효소-기질 복합체들, 또는 임의의 세균, 바이러스, 미생물, 곰팡이, 균류 등과 같은 상이한 화합물들의 존재에 의해 트리거될 수 있다.

기질이 존재할 때마다 락킹-리간드들의 페어링은 락킬-리간드들 중 하나에 결합되는 기질이 더 양호하게 정합됨으로써 파괴된다. 락킹-리간드들 사이의 상호 작용이 깨지면 후속 프로세스를 트리거하는 더 친화적인 형태로 형태 변화가 개시된다. 본 발명의 특정 모드에서 그와 같은 후속 프로세스는 자유로운 리간드 및 스캐폴드에 부착되어 있는 다른 리간드 사이에서 발생하는 화학적 반응, 예를 들어 이온들 또는 분자들, 스캐폴드에 결합되어 있는 다른 리간드들의 이탈기(leaving group)들 또는 할로겐화물(halide)을 제거하는 예를 들어 제거 반응일 수 있다. 화학 반응으로 인해 더 안정한 형태가 이루어지고 안정화된다. 예를 들어 이온들 또는 중성 분자(neutral molecule)들, 예를 들어 이탈기들을 제거함으로써 스캐폴드의 환경 내의 농도가 변하게 되고, 이로 인해 추가 반응들, 예를 들어 다른 화합물들의 방출, 센서의 다른 변화들, 예를 들어 컬러, 온도, pH, 이온 농도, 방출 광, 가스, 또는 액체들의 변화이 개시될 수 있다.

본 발명의 추가적인 모드에서, 기질들과의 새로운 결합으로 인한 스캐폴드의 형태 변화는 샘플의 온도 증가를 트리거하는데, 이는 새로운 쌍의 더 높은 결합 에너지에 의해 결합 에너지가 방출됨으로써 발생된다. 이는 온도에 매우 민감한 세균의 추가 감염을 억제하는 것 외에, 온도의 변화가 서모미스터들 등을 통해 용이하게 검출될 수 있다는 유리한 효과를 지닌다. 의료 목적들로 이용될 때, 온도의 증가는 신체의 자가 방어 메커니즘을 지원함으로써, 이 메커니즘은 결과적으로 세균 감염들과 더욱 효과적으로 싸우게 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 이탈기들의 제거로부터 발생되는 이온 농도의 변화로 인해, 세균 감염이 억제되는데 반해 추가 변화들이 또한 억제될 수 있고, 센서에 나노 다공성 약물-충전 컨테이너가 구비되어 있는 경우, 상이한 농도들 사이에서 평형을 이루려는 용액의 경향에 기초하여 컨테이너들의 증가된 포어 크기들로 인해 약물의 방출이 개시될 수 있다.

제거된 적은 분자들은 샘플의 pH-변화를 더 트리거하여, 표시자들이 스캐폴드에 부착되어 있거나 스캐폴드에 링크되어 있는 컨테이너로부터 방출될 때 컬러의 변화를 일으킬 수 있다. 화학 표시자 반응들은 바람직하게도 컬러 변화들을 일으키며, 이 컬러 변화들은 용이하게 검출되므로 트리거의 존재를 신뢰성 있게 표시할 수 있다.

제거된 작은 분자들은 추가적으로 다른 리간드들과 반응하고, 다른 화합물들, 예를 들어 부착된 표시자 분자들(예를 들어 pH-값의 변화로 인해 자체의 컬러를 변경할 수 있는 pH-표시자 분자들) 또는 약물들의 방출을 트리거하여 추가 세균 감염을 방지할 수 있다. 그러므로, 세균과의 싸움은 존재하는 것 자체만으로 직접적으로 개시될 수 있다. 컬러 변화는 세균 또는 곰팡이, 균류, 바이러스, 미생물 등와 같은 임의의 다른 기질을 표시하여 감염된 샘플을 이용하는 것을 예방하는데 유용하다.

형태 변화는 화합물들의 방출을 직접적으로 또는 간접적으로 트리거한다. 직접적으로는, 링크된 리간드들의 제거를 통하고, 또는 간접적으로는 부착된 컨테이너들로부터의 방출을 통한다. 게다가, 또한 센서를 포함하는 샘플의 컬러 변화 또는 맛을 개시하는 가스들이 또한 직접적으로 또는 간접적으로 방출될 수 있다. 컬러 변화 외에도, 또한 광의 방출, 형광 등과 같은 임의의 다른 시각 검출 변화가 트리거될 수 있다. 이 외에도, 리간드들의 방출은 형태 변경을 일으켰던 환경의 영향을 무산시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예들은 준안정 형태가 에너지적으로 더 안정한 형태로 변경될 때 시각 신호를 제공함으로써 고형체들, 액체들 등 내의 임의의 기질을 트리거하는 것이 가능하다. 그러므로, 시각 신호들은 액체, 고형체 등의 컬러의 변화, 가스 버블들의 형태의 변화일 수 있고, 이는 세균, 바이러스, 균, 포자들, 곰팡이, 병원균들, 유독 물질들 등과 관련된 임의의 물질의 존재를 나타낸다. 컬러 변화, 변성(denaturation), 또는 검출된 기질의 존재에 대한 임의의 다른 표시는 감염들 또는 질병들에 대한 양호한 보호를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 스캐폴드형 센서에는 약물 방출을 트리거하는 약물을 포함하는 컨테이너가 설비되고, 여기서 스캐폴드는 내재적으로 준안정하다. 스캐폴드형 센서로 세균의 존재가 검출되고, 이 검출로 약물을 포함하는 컨테이너로부터 약물들이 방출되는 것이 개시되어, 예를 들어 임플란트들 상에 생물막들이 생성되는 것과 특히 검출된 세균에 감염되는 것이 억제된다.

그와 같은 약물 충전 컨테이너들은 항균 효과를 가지거나 당업자가 생각할 수 있는 임의의 질병에 대한 다른 효과를 가지는 임의의 약물들을 포함할 수 있다. 세균 또는 독 감염들의 억제는 예를 들어, 항생제, 락탐-유도체(lactam-derivative)들, 아미노산 서열들로 기능화되는 백금, 금, 비스무트(bismuth), 티타늄, 망간, 구리 또는 은 나노입자들과 같은 은 화합물들의 금속 유도체들, 펩타이드들, 질병들, 세균 감염들, 독 감염들 또는 다른 병들에 영향을 미치는 다른 유도체들, ?타이드들, 설파다이아진들, 또는 당업자에게 공지되어 있는 임의의 그러한 화합물들에 의해 달성될 수 있다.

약물들은 이 컨테이너들로부터 방출될 뿐만 아니라 액체들을 변성하거나 착생된 화합물들의 방출을 통해 액체들을 오염된 것으로 표시, 예를 들어 마실 물이 세균에 오염되어 있음을 표시하는 화합물에 의해 방출되어 세균 감염들에 의해 발생되는 질병들 및 결핵을 방지할 수 있다.

유용하게도, 컨테이너들로부터의 화합물들의 방출은 세균의 존재에 의해 트리거되고, 따라서 세균이 존재할 때 그리고 세균이 존재하는 동안에만 방출된다. 그러므로, 세균 감염과 싸우는데 필요한 방출량이 특히 감소될 수 있다.

약물-충전 컨테이너의 경우, 약물들의 단기간 적용으로 인해 세균의 약물 내성을 키우는 것이 방지된다. 최신 기술에서, 항생제와 같은 약물들은 세균 감명의 완전한 박멸을 보장하기 위해 장기간 동안 적용된다. 본 발명에 따른 센서에 의해, 약물 방출은 단지 세균, 균류, 미생물들, 포자들, 곰팡이들, 병원균들, 유독 물질들 또는 임의의 다른 균이 존재할 때에만 제공되므로, 세균 감염이 패퇴될 때마다 중단된다.

본 발명에 따르면 화합물-충전 컨테이너들은 형태학적 준안정 스캐폴드에 링크된다. 준안정 스캐폴드는 강제로 덜 바람직한 형태가 되고, 이 형태는 세균이 존재할 때마다 형태 변화를 개시한다. 형태의 변화는 준안정 형태로부터 시작하여 바람직한 형태가 되며, 이로부터 컨테이너로부터의 화합물들의 방출이 개시된다.

화합물은 직접적으로 방출되어, 추가 세균 감염들의 억제를 제공하거나, 방출된 화합물들이 표시자들이면 컬러의 변화로부터 기인하는 세균의 존재를 표시하거나, 자성 화합물의 경우, 센서를 특정한 장소들에서 유지하거나, 화합물이 형광이라면 광의 방출을 제공하거나, 화합물이 결합 에너지를 방출하는 스캐폴드에 부착된 리간드와 반응하면 샘플들의 온도를 증가시키거나, 또는 환경 내에 이미 존재하는 화합물들과 화학적 반응한다. 그러므로, 상기 방출은 정확히 세균이 존재하는 곳에서 발생하며, 약물들을 방출하기 위해 세균이 존재할 필요가 있으므로 가능한 적은 수의 약물들이 이용되는 것이 보장된다.

스캐폴드형 센서는 형태학적 준안정 스캐폴드에 링커(linker)에 의해 링크되거나 아니면 직접적으로 결합되는 적어도 하나의 약물-충전 컨테이너를 포함한다. 컨테이너들이 스캐폴드에 직접 또는 간접적으로 결합될지는 세균의 종류 및 그 이용에 좌우된다. 컨테이너들에 테더(tether)들이 구비될 때 테더들을 통해 컨테이너는 스캐폴드에 링크될 뿐만 아니라 다른 표면들에도 링크될 수 있는 것이 유용하다. 따라서 그와 같은 컨테이너는 예를 들어 임플란트 재료에 그와 같은 표면 테더를 통해 직접적으로 또는 이전에 증착된 코팅의 상부에 부착될 수 있다. 더욱이, 컨테이너들은 스캐폴드에 또는 표면에 결합될 수 있다.

컨테이너는 테더들을 통해 자신을 표면 상 또는 표면 내에 부착함으로써 코팅 내에서 구현될 수 있다. 그 안에서, 세균 감염의 억제를 보장하기 위해 느린 화합물 방출이 제공된다. 코팅, 특히 임플란트 또는 고정 디바이스의 표면에 부착되므로, 세균 착생으로 인한 감염들이 억제된다. 그와 같은 코팅들은 또한 무-세균 장비를 제공하기 위해 임의의 의료 또는 살균 물체에 적용될 수 있다. 그와 같은 센서가 임의의 표면에 부착되는 경우, 생물막들의 형성이 억제된다.

추가적으로 컨테이너들 내에서 캡슐화된 화합물들은 세균의 존재로 인해 생물막들의 형성을 억제할 수 있다. 이 화합물들은 방출되어서 세균이 그와 같은 생물막들 내에 정착하는 것을 방지한다. 생물막들이 이미 형성되어 있고 세균이 정착되어 있는 경우, 스캐폴드에 직접적으로 링크되어 있거나 컨테이너들 내에서 캡슐화되어 있는 다른 화합물둘이 방출되어 생물막들을 용해시키고, 존재하는 세균과 싸울 수 있다. 화합물들은 이 생물막들을 용해시키고, 생물막 매트릭스 내로 이주하고, 거기서 세팅되어, 추가 형성을 방지하고 생물막 매트릭스를 제거하기 위해 방출될 수 있다. 더욱이, 기능화된 컨테이너들은 세균 선택 화합물들로 충전될 수 있다. 세균 또는 생물막들이 존재할 때마다 컨테이너들은 스캐폴드의 형태 변화에 의해 개별화되고, 세균에 의해 트리거되고, 생물막-매트릭스 내로 이주되어, 여기서 컨테이너들은 용해 및 항균 화합물들을 매트릭슨 내에 직접적으로 방출하기 시작한다.

통상적으로, 생물막들은 세균이 자신들 내에서 정착되고 확산되므로 세균으로 하여금 항균제들에 저항할 수 있도록 하여 항균 화합물들로부터 세균을 보호하므로, 형성 이후에 형성된 생물막들을 정상적인 방법들로 처리하는 것은 거의 불가능하다. 본 발명에 있어서, 상기 형성 그에 따라 감염율은 세균의 생물막 형성 및 확산이 억제될 때 크게 감소될 수 있다.

대안으로, 화합물-충전 컨테이너들이 구비되지 않은 센서는 혼합 코팅들의 적용에 의해 직접적으로 또는 테더들을 통해 표면 코팅 내에 직접적으로 임베딩(embedding)될 수 있다. 이는 임플란트들에 그와 같은 코팅이 제공되는 경우에 유용한데, 왜냐하면 이것은 염증 또는 세균 감염이 수술 이후에 발생할 수 없음을 보장하고 치료 프로세스를 가속하기 때문이다. 그와 같은 코팅들은 또한 깨끗하고 무균 상태로 유지되어야 할 수술 및 의료 장치에, 또는 모든 화합물들에 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 발명은 복수의 변화 가능 형태들을 지니는 스캐폴드를 포함하는 센서를 제공한다. 스캐폴드는 준안정 형태가 되고, 이 준안정 형태는 대략 에너지적으로 바람직한 여러 형태들 사이에서 변화될 수 있다.

스캐폴드는 내재적으로 형태학적 준안정 상태하므로, 이는 트리거가 존재할 때 변화될 수 있다.

스캐폴드는 적어도 하나의 준안정 형태 및 적어도 하나의 형태학적 안정 형태를 제공한다. 그와 같은 스캐폴드는 시클로헥산(cyclohexane) 또는 페로센(ferrocene) 유도체 또는 임의의 화합물일 수 있으며, 이것들은 pH, 온도, UV, IR, α-, β-, γ-, X-레이 방사와 같은 조사, 마이크로파들과 같은 환경 요인에 의해 또는 활성자(activator), 스캐폴드에 링크되는 결합 리간드들 사이의 반응으로 인한 분자 내 이동, 스캐폴드에 결합된 특정한 리간드들 및 상이한 분자들 사이의 반응으로부터 발생되는 분자간 이동의 존재에 의해 개시되는 형태 변화를 겪을 수 있다.

도 1은 관능기들에 의해 형태상 준안정 상태로 강제화 된 시클로헥산 스캐폴드를 구비하는 센서를 개략적으로 도시화한 것이다.
도 2는 적어도 하나의 리간드 및 DNA 및/또는 RNA 가닥을의 적어도 하나의 부분적 오정합 쌍을 구비하는 스캐폴드를 도시화 한 것이다.
도 3 적절한 형태로 배치할 때 방출 메커니즘은 제거가 진행되는 방식으로 개시되는 것을 도시화 한 것이다.
도 4는 페로센-스캐폴드-유도체의 에너지적으로 안정된 형태를 도시화 한 것이다.
도 5는 부착되는 리간드들을 구비하는 시클로 헥산 스캐폴드의 합성경로를 도시화 한 것이다.
도 6 은 부착되는 리간드들을 구비하는 페로센 스캐폴드의 합성경로를 도시화 한 것이다.
도 7 은 시클로헥산계 스캐폴드의 두 측들에서 DNA 와 결합되어 있는 준안정 스캐폴드를 도시화 한 것이다.
도 8 은 센서 제조방법을 도시화 한 것이다.
도 9는 세정의 시간 및 온도에 따른 결과적인 실리카 나노 구체를 도시화 한 것이다.
도10은 세정의 시간 및 온도에 따른 결과적인 실리카 나노 구체를 도시화 한 것이다.
도 11은 세정의 시간 및 온도에 따른 결과적인 실리카 나노 구체를 도시화 한 것이다.
도 12는 나노 컨테이너를 센서에 부착하는 방법을 도시화 한 것이다.
도 13은 나노 컨테이너를 도시화 한 것이다,
도 14는 VAN-AEEA-13의 합성경로를 도시화 한 것이다.

도 1은 관능기들에 의해 형태상 준안정 상태로 강제화된, 시클로헥산 스캐폴드(cyclohexane scaffold)를 구비하는 센서를 개략적으로 도시한다.

스캐폴드의 형태 변화는 가역일 수 있고, 바람직하게도 이는 비가역이다. 유용하게도 스캐폴드의 형태 변화는 용이하게 개시되지만, 변경된 스캐폴드들의 양은 환경 변화의 강도에 좌우되며, 이는 용이하게 검출될 수 있다.

그와 같은 형태 변화들은 또한 센서의 컬러 변화에 의해 검출될 수 있다. 세균 DNA 및/또는 RNA 또는 세균 존재와 관련되는 임의의 다른 화합물들의 존재는 스캐폴드형 센서를 트리거하여 자체의 컬러를 가시광의 범위 내에서 선호되는 컬러로 변경하고 컨테이너로부터 약물들을 방출한다. 그러므로, 세균이 존재하면, 덜 선호되는 준안정 형태는 더 안정된 형태로 변화되고, 이는 컬러 변화를 발생시켜 형태 변화를 디스플레이한다.

게다가, 세균이 존재하면, 스캐폴드는 예를 들어 음료수, 음식 등을 변성시키는 화학제들의 방출을 직접적으로 트리거하여 세균에 오염된 음식, 음료수 등의 소비에 의한 감염들을 예방할 수 있다.

오염된 음식의 소비를 예방하는 다른 방법은 센서가 세균들을 검출할 때 냄새가 나거나 버블링하는 가스, 불쾌한 맛의 방출을 트리거하고, 센서 조성물의 컬러의 변화를 개시하고, 결과적으로 부착된 컨테이너들로부터 방출될 수 있는 용액, 고형체 등의 컬러를 변경하는 것이다. 그러므로, 부착되는 센서로 인해 오염된 음식, 물, 음료수 등이 세균 감염을 일으키지 않았다는 것이 효과적으로 보장된다.

형태 변화는 또한 현재의 세균을 격퇴시키거나 용액, 고형체 등을 변성시키기 위해 화학제들의 직접 방출을 트리거할 수 있다.

게다가, 형태 변화는 코팅들 또는 유착부들에, 또는 내에, 또는 상에 직접적으로 화합물들의 방출을 제공하여 존재하는 세균을 격퇴하거나 용액, 고형체 등을 변성하거나, 또는 코팅 또는 유착부의 감염된 표면에 부착될 수 있는 표시자들, 염료들, 색소들 등의 방출로 인한 컬러의 변화에 의해 상기 존재를 표시하도록 기능화된 화합물-충전 컨테이너들을 트리거할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서 센서는 또한 다른 균들, 바이러스들, 균류들, 포자들, 곰팡이, 병원균들, 유독 물질들 또는 질병들, 질환들을 일으킬 수 있거나 인간의 건강에 영향을 미칠 수 있는 임의의 다른 문제들을 검출할 수 있다.

본 발명의 의미에서, 센서의 스캐폴드는 예를 들어 시클로헥산 또는 페로센 유도체 또는 상이한 리간드들이 가역 가능하거나 가역 불가능하게 결합될 수 있는 임의의 골 구조일 수 있다. 바람직하게도 스캐폴드는 형태 변화들을 제공할 능력이 있는 3차원 구조를 제공한다. 유용하게도, 스캐폴드는 자체가 불활성 화합물이고 양호한 생체적합성을 나타낸다.

본 발명에 따른 센서는 바람직하게도 복수의 형태들을 제공하는 스캐폴드, 예를 들어 시클로헥산 유도체를 포함한다. 시클로핵산 유도체들은 상당히 비반응적이고 무해하며 의자, 반-의자, 포락, 트위스트 또는 트위스트 보트 또는 보트 형태와 같은 복수의 상이한 형태들을 제공하는 것이 이점이다. 트위스트 형만이 분리 가능한데 왜냐하면 - 의자 형태와 같이- 이는 바람직한 에너지 상태, 최소 에너지를 나타내기 때문이다. 보트 형태는 각 변형(angle strain)이 발생하지 않으나 이른바 깃대 상호 작용(flagpole interaction) 시에 2축 1,4-수소 원자로부터 발생되는 공간 변형으로 인해 의자 형보다 더 높은 에너지를 가진다. 보트 형태에서의 비틀림 변형은 탄소 결합들 중 2개가 중첩되므로 최대 값을 가진다. 이것을 모든 결합들이 엇물려 있고 비틀림 변형이 전혀 없는 의자와 비교하고 부분적으로 중첩된 6개의 결합들 중 4개를 가지는 트위스트 보트와 비교해 보자. 반-의자 형태에서 4개의 탄소 원자들은 2개의 결합들이 완전히 중첩되는 평면 상에 위치된다. 보트 및 포락 형태들은 각각 트위스트 형들 및 트위스트 및 의자 형들 사이의 전이 상태들이고 분리가 불가능하다. 트위스트-보트 형태는 의자 형태보다 덜 안정적이다. 이제 트위스트-보트 형태를 통해 그리고 반-의자 전이 상태들을 통해 발생하는 링 플립핑(ring flipping) 프로세서가 보다 정확하게 기술될 수 있다. 주변 온도들에서 안정적이지 않을지라도, 모든 형태들은 리간드들이 도입되면 안정화될 수 있다. 부착되는 리간드들을 구비하는 시클로헥산 스캐폴드의 예시적인 합성 루트는 도 5에 도시된다.

본 발명에 따른 센서의 다른 변형은 페로센-유도체를 스캐폴드로서 이용한다. 페로센-유도체는 엇물린 형태 또는 중첩된 형태로 있을 수 있는 회전 유연성 시클로펜타디엔(cyclopentadiene) 링들을 나타낸다. 그와 같은 스캐폴드-유도체들의 장점은 형태가 매우 쉽게 변할 수 있으나 회전-억제 리간드들에 의해 안정적일 수 있다는 점이다. 그러므로, 스캐폴드형 센서의 형태 변화는 환경 요인들의 임의의 변화에 의해 매우 쉽게 개시된다. 부착되는 리간드들을 구비하는 페로센 스캐폴드의 예시적인 합성 루트는 도 6에 도시된다.

세균 센서의 스캐폴드의 변화는 또한 세균의 존재에 의해 개시될 수 있다. 이는 또한 세균 세포 벽 구성들 또는 다른 시그널링 분자들에 의해 개시될 수 있다. 세균의 검출은 센서의 환경에서 현재의 DNA 및/또는 RNA 또는 임의의 다른 세균 화합물 또는 생성물들을 통해 달성될 수 있다. 센서의 스캐폴드에는 정합 또는 오정합, 또는 적어도 부분적으로 오정합하는 DNA 및/또는 RNA 서열들이 갖추어질 수 있고, 이 서열들은 환경 내에서 세균 DNA 및/또는 RNA 단편(fragment)들 또는 서열들을 검출하는 기능이 있다. 세균 DNA 및/또는 RNA 서열들과 스캐폴드에 링크된 DNA 및/또는 RNA 개시자-서열들과의 정합은 스캐폴드의 형태 변화를 트리거한다. 그러므로 센서의 환경 내의 세균의 검출은 세균의 존재에 의해 직접적으로 개시되고 시간 손실 없이 검출된다.

세균 DNA 및/또는 RNA 서열들과 스캐폴드에 링크된 DNA 및/또는 RNA 개시자-서열들과의 정합은 스캐폴드의 형태 변화를 트리거하는데 반해, 형태 변화는 컨테이너들로부터의 약물 방출을 트리거한다. 그러므로 어떠한 추가 테스트, 진단 또는 다른 처리 없이 세균의 검출 및 격퇴가 동시에 수행된다. 그러므로, 약물들의 양은 실제 필요한 양으로 감소될 수 있고, 약물들이 필요한 곳에 직접적으로 방출되므로 효율이 증가되며, 세균의 존재가 약물 방출을 트리거함으로써 약물, 예를 들어 항생제에 내성이 있는 세균이 증식될 위험성이 크게 감소된다.

센서의 스캐폴드는 리간드들을 가진다. 그와 같은 리간드들은 스캐폴드에 부착될 수 있는 리간드들일 수 있다. 적절한 리간드들은 앞에서 기술되었다.

게다가, 최신식으로 공지되어 있는 임의의 디바이스와 함께 검출될 수 있는 센서의 효율을 결정하기 위해 추적 시스템들이 스캐폴드에 부착될 수 있다.

리간드들은 스캐폴드의 형태가 준안정 형태가 되도록 축상 배열될 수 있다. 그러므로 리간드들은 락킹-리간드들, 예를 들어 정합, 오정합 또는 부분적으로 오정합하는 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 결합에 의해 스캐폴드가 준안정 형태가 되도록 할 수 있다. 스캐폴드의 형태 변화는 락킹-리간드들의 상호 작용이 깨어짐으로써 개시될 수 있다. 리간드들이 리간드들 사이의 결합 해제로 인해 스캐폴드의 준안정 형태를 안정화함에 따라, 리간드들의 위치가 재배열되어 수평 위치들이 될 수 있으므로 형태는 더욱 안정된 위치로 변화될 수 있다. 준안정 형태가 더 안정된 형태로 전환하는 경우, 다른 리간드들은 서로 가까이 근처에 있다. 그러므로 근처에 있는 다른 리간드와 분자내 화학 반응이 일어나거나, 리간드 또는 임의의 다른 화합물 또는 환경 내에 존재하는 활성자들과의 분자간 화학 반응이 일어남으로써, 결과적으로 스캐폴드는 더 안정한 형태가 될 수 있다.

실시예에서, 본 발명의 의미에서의 센서는 도 2에 예시된 바와 같이 적어도 하나의 리간드 및 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 적어도 하나의 부분적 오정합 쌍을 구비하는 스캐폴드를 가진다. 그와 같은 세균 센서의 스캐폴드는 어느 정도의 오정합을 보이는 적어도 2개의 DNA 및/또는 RNA의 상보적 가닥들의 상호 작용에 의해 내재적 준안정 형태로 유지된다. 용액 내에 또는 환경 내에 완전히 정합하는 상보적 단일-가닥 서열이 존재하면, 더 강한 상호 작용, 이른바 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 혼성화가 초래됨으로써, 오정합하는 DNA 및/또는 RNA의 분자내 페어링이 깨지고 형태 변화가 개시된다. 그러므로, DNA 및/또는 RNA-가닥들(이들 중 하나는 현재 외래의 상보적 서열과의 이중 구조와 같다)을 공간적으로 더 적절한 수평 위치에 배치함으로써 링의 다른 부분들은 가까운 부근에 있게 되고 X(부산물)를 방출하는 분자내 화학 반응이 가능해진다. 2개의 리간드들, DNA 및/또는 RNA-가닥들이 더 안정한 수평 위치들에 위치되고, 이 가닥들이 형태를 적절한 형태로 배치할 때 방출 매커니즘은 제거가 진행될 수 있는 방식으로 개시된다.

더 상세하게, 그와 같은 반응은 기능화 그룹에 따라 락톤화(lactonization)(X=알코올 또는 F, 도 3을 또한 참조하라) 또는 트랜스(trans) E₂-제거(BX= 할로겐화물)일 수 있다. 그리고 나서 스캐폴드에 부착된 리간드는 알코올, 할로겐 또는 임의의 다른 이탈기로 기능화될 수 있는 반응성 리간드이다.

이 개념에서, 임의의 종류의 분자 인지 유형들, 예를 들어 펩타이드들, 작은 분자들 또는 다른 유형들의 핵산들이 적용될 수 있다.

더욱이, 페로센-스캐폴드-유도체의 회전 자유도를 이용하는 것은 분자 내 DNA 및/또는 RNA, 부분적으로 오정합하는 DNA 및/또는 RNA 가닥들에 의해 제한되지만, 외래 DNA 및/또는 RNA-가닥과의 완전한 정합의 혼성화는 상기 제한을 해제하며 형태는 회전하고 도 4에 예시적으로 도시된 바와 같이 에너지적으로 더욱 편리한 형태로 전환될 수 있다.

DNA 및/또는 RNA-서열로서, 당업자에게 공지되어 있는 모든 서열은 센서의 스캐폴드에 적용 및 부착될 수 있다. 비제한적인 예들은 서열들 AAAAA 및 TTATT이지만, 또한 더 양호한 정합 서열들 또는 더 편리하고 더 값싼 다른 서열들이다.

서열은 검출되어야 할 세균의 종류에 적응되어야 한다.

게다가, 이미드/아미노피리미딘 시스템들, 또는 AAGGAGGTGA 및/또는 GTTACGACTTCAC와 같은 서열들 및 적어도 부분적으로 오정합하는 파트너 가닥, 예를 들어 mRBS-0 ((KFF)₃K- (egl^d)₂-AAGGAGGTGA) , mRBS-1((KFF)₃K-(egl)2-AAGGACGTGA), mRBS-2 ((KFF)₃K-(egl)2-ACCGAGGTGA), 344 ((KFF)₃K-(G^e) -GCTGCCTCCCGT), 522 ( (KFF)₃K- (G) -TTACCGCGGCTG), 899( (KFF)₃K- (G) -GAGTTTTAACCTTG) , 1489((KFF)₃K- (G) GTTACGACTTCAC)이 부착될 수 있다.

상술한 바와 같이 센서는 적어도 하나의 리간드를 포함하고, 리간드는 바람직하게도 컨테이너이다. 컨테이너는 약물-충전 컨테이너일 수 있다. 그와 같은 약물-충전 컨테이너들에는 격퇴되어야할 세균의 종류 및 적용 범위에 따라 상이한 항균 화합물들이 제공될 수 있다.

그와 같은 컨테이너들 내에 충전되는 화합물들은 단지 자체의 크기 및 용해도에 의해 제한된다. 유용하게도, 항균 효과를 가지는 화합물들이 컨테이너들 내에 충전된다.

예상되는 세균의 종류에 따라 상이한 화합물들이 약물들로서 적용될 수 있다. 그러나, 또한 세균 감염들을 억제하기 위해 금속염들이 이용될 수 있고, 예를 들어 은 설파다이아진들과 같은 은 이온들이 그와 같은 컨테이너들 내에 충전된다.

은 화합물들은 자체의 세균에 대한 독소로 인해 높이 평가된다.

게다가 무기 또는 유기 금속 화합물들과 상이하며 양호한 용해도, 고 효율 및 적은 원치 않는 부작용들을 제공하는 은 화합물들이 적용될 수 있다. Pt, Cu, Bi, Au, Ti 또는 이들의 혼합물들을 포함하는 조성물들이 적용 가능하다. 유용하게도, 항균 은, 비스무스, 구리, 금 조성물들, 예를 들어 구리 염(Cu-salt)들, 콜로이드성 비스무스 서브시트레이트(colloidal bismuth subcitrate; CBS), 비스무스 서브살리실레이트(bismuth subsalicylate; BSS)가 적용될 수 있다.

학계에서는 세균은 자체가 다수의 세균 효소들과 비특이적으로 효소 간섭하므로 은에 내성화될 수 없다고 추정되고 있으므로, 항생제 내성 세균의 경우들에서 은을 적용하는 것을 권고한다. 은 이온들의 활동에 대한 분자 메커니즘으로 인해 생분자들에서 은 이온들 및 은 나노입자들에 대한 효과적인 우선 결합(preferential binding)이 발생된다. 은 이온들은 특정한 아미노산 서열들 및 펩타이드들에 의해 우선적으로 인식되고 결합된다.

그러므로, 한정된 크기의 은 나노입자들은 이 아미노산 서열들에 따라 형성되었다. 은 화합물들은 세균 감염들을 억제하기 위해 펩타이드들에 따라 조작될 수 있다. 게다가, 은 이온들 및 펩타이드계 항생제들, 예를 들어 반코마이신(vancomycin)이 형성된 항균 화합물들은 세균을 격퇴하는데 또한 적용된다.

은 화합물들의 용해도가 여전히 힘든 난제이므로, 은 화합물, 예를 들어 은-염들을 컨테이너들 내부로 구현하면 이 문제가 해결된다. 컨테이너들 내부에 충전되고 필요할 때 방출되어, 은 화합물들은 존재하는 세균에 영향을 미치고 이들의 번식을 억제한다. 그러므로 용해도는 오랜 시간 기간 동안 컨테이너로부터 조금의 양만 방출될 때 더 이상 문제가 아니다.

컨테이너들 내부로의 구현은 단지 화합물들의 크기에 의해서만 제한되므로, 모든 화합물이 컨테이너들 내로 운반될 수 있는 것은 아니다. 특정한 폴리삭카라이드들 또는 단백질들은 세균 호흡 및 성장에 필수적인 효소들로부터 Ca²⁺, Zn²⁺와 같은 필수적인 이온들을 이동시킴으로써 간섭되므로, 항균 약물들로서 이용되는 금속 유도체들은 상기 특정한 폴리삭카라이드들 또는 단백질들에 세균 세포 벽 분자들에 더 양호하게 결합하는 특성을 더 제공해야만 한다. 추가적으로 백금, 금, 망간 화합물들 또는 심지어 일부 펩타이드들은 은 이온들에 대한 자신들의 결합 특성들로 인해 성공적으로 적용되었고, 은과 결합하는 화합물들은 프롤린(praline) 및 하이드록실 함유 아미노산 잔여물들에 대한 우선적 농축(preferential enrichment)을 나타낸다. 더욱이, 은 은 조직에 해를 미치지 않고 신체 내에 연장된 기간 동안 남아 있을 수 있고, 이는 장기간 연구들에서 성공적으로 확인되었다. 그러므로, 나노입자들 또는 (나노) 파우더들로서 적용되는 은 화합물들의 효과가 연구되었다. 은 금속 화합물들은 체내에서 피하에(subcutaneously) 적용되었으나, 컨테이너들로부터의 방출이 더 효과적이다. 후자는 은 화합물에 한정된 공간을 제공하고 확산을 통해 후자가 느리고 일정하게 방출하도록 한다.

게다가, 인간 중간엽 줄기 세포(human mesenchymal stem cell; hMSC)들에 대한 은 나노입자들 및 은 아세테이트의 세포독소의 연구는 아세테이트에 대한 나노입자들에 대해 발생하는 세포 반응들로 인해 세포독성이 있는 반면에 효모균(yeast), 이 콜라이(E. coli) 또는 S. 아무레우스에 대한 MIC는 훨씬 더 낮은 것으로 밝혀졌다. 은 나노입자들의 다른 효과는 해로운 부작용들 없이 모이도록 혈소판(blood platelet)들의 능력을 감소시키는 것이다. 예를 들어 수산화아파타이트(hydroxyapatite)와의 결합 시에 적어도 1 내지 5%의 은 나노입자들을 함유하는 항균 코팅들은 세포독소 또는 용혈(hemolysis)을 나타내지 않았다.

상술한 바와 같이, 스캐폴드의 형태 변화는 세균의 존재에 의해 트리거된다. 스캐폴드는 리간드들로 기능화되며, 리간드들은 DNA 및/또는 RNA-가닥들 또는 아미노 DNA 및/또는 RNA, 당들, 효소-기질 복합체들 도는 이들의 일부들, 아미노산들, 펩타이드들 또는 임의의 다른 신진대사 또는 노폐물에 결합될 수 있는 임의의 다른 화합물일 수 있다. 스캐폴드는 어느 정도 오정합되어 있는 DNA 및/또는 RNA의 상보적 가닥들의 상호 작용에 의해 준안정 상태에서 유지된다. 부분적으로 오정합하는 DNA 및/또는 RNA-가닥들은 스캐폴드의 형태를 에너지 비 친화적인 준안정 형태가 되도록 한다. 완전히 정합하는 상보적 단일-가닥 서열인, DNA 및/또는 RNA의 정합하는 상보적 세균 가닥이 존재하면, 더 강한 상호 작용, 이른바 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 혼성화가 초래됨으로써, 부분적으로 오정합하는 DNA 및/또는 RNA의 분자내 페어링이 깨지고 형태 변화가 개시된다. 형태 변화는 화학적 분자내 또는 분자간 반응을 트리거하고, 이는 스캐폴드에 링크되거나 결합된 약물-충전 컨테이너로부터 약물 방출을 개시한다. 센서가 세균 DNA 및/또는 RNA에 감응하므로, 약물 방출은 단지 세균이 존재할 때에만 개시된다.

그러므로, 세균이 약물에 내성을 가질 위험성이 적으면서도 세균 정착 및 감염의 최종적인 파괴가 가능하도록, 약물들은 단지 세균이 있을 때에만 방출된다. 더욱이, 센서는 예를 들어 용액의 컬러, 전도도 또는 pH를 변화시킴으로써 특정한 유형들의 세균이 검출되고 표시될 수 있는 방식으로 변형될 수 있다. 스캐폴드가 설비되어 있고, 세균 또는 임의의 다른 바이러스, 균류, 곰팡이, 병원균들, 유독 물질들 또는 임의의 다른 균들의 존재에 감응하는 센서는 또한 세균 감염에 의한 생물막들의 형성을 방지할 수 있고 임플란트들, 고정 디바이스들을 지녔거나 이식한 이후의 환자들에 대한 더 양호한 치료를 제공할 수 있다. 게다가, 세균이 없으면 약물 방출은 중단되거나 둔화되고 반면에 세균이 있으면 약물 방출이 증가된다.

세균 신진대사들 또는 노폐물들 또는 정족수 감지 분자들 외에, 세균 DNA 및/또는 RNA뿐만 아니라 특정 아미노산 서열들 또는 펩타이드들과 같은 임의의 세균 화합물들의 존재가 스캐폴드의 형태 변화를 트리거할 수 있다.

센서는 스캐폴드의 형태 변화를 트리거하고, 이는 반응성 또는 비반응성 리간드들의 분자내 화학 반응을 개시한다. 내재적으로 형태가 불안정한 스캐폴드는 어느 정도 오정합되어 있는 DNA 및/또는 RNA의 상보적 가닥들의 상호 작용에 의해 준안정 상태에서 유지된다. 용액 내에 완전하게 정합하는 상보적 단일-가닥 서열이 존재하면, 더 강한 상호 작용이 일어남으로써, 분자내 페어링을 깨서 형태 변화를 트리거할 것이다. 그러므로, 둘 중 하나가 현재 외래의 상보적 서열과의 이중 구조와 같은 DNA 및/또는 RNA-가닥들을 공간적으로 더 적절한 수평 위치에 배치함으로써 링의 다른 부분들이 가까운 부근에 있게 되어 분자내 화학 반응이 가능해질 것이고, 작은 분자들, 예를 들어 할로겐화물 또는 다른 이탈기들을 방출할 것이다. 보다 구체적으로, 그와 같은 반응은 락톤화일 수 있고, 여기서 알코올 또는 할로겐화물이 이탈기들로서 또는 트랜스 E2-제거로서 존재한다. 이 메커니즘은 DNA 및/또는 RNA 가닥들로 제한되지 않고, 임의의 유형의 인지 가능 유형, 예를 들어 펩타이드들, 작은 분자들 또는 다른 유형들의 핵산들이 이 방법에서 적용될 수 있다.

스캐폴드의 형태 변화는 락킹-리간드들의 상호 작용이 깨어짐으로써 개시될 수 있다. 리간드들이 리간드들 사이의 결합 해제로 인해 스캐폴드의 준안정 형태를 안정화함에 따라, 리간드들의 위치가 재배열되어 수평 위치들이 될 수 있으므로 형태는 더욱 안정된 위치로 변화될 수 있다. 더 안정한 현태로의 형태 전환의 결과로서, 다른 리간드들은 서로 가까운 근처에 있다. 그러므로 근처에 있는 다른 리간드와 분자내 화학 반응이 일어나거나, 리간드 또는 임의의 다른 화합물 또는 환경 내에 존재하는 활성자들과 분자간 화학 반응이 일어날 수 있다.

분자내 화학 반응은 컨테이너로부터 약물 방출을 트리거한다고 밝혀졌다. 세균이 존재하면, 스캐폴드의 형태 변화가 트리거되고, 이는 스캐폴드에 결합된 리간드들의 분자내 화학 반응을 개시한다. 리간드들의 분자내 반응은 컨테이너들로부터 약물 방출을 트리거할 수 있다. 그러므로, 세균이 존재하면 형태 변화가 트리거되고 이는 리간드들의 분자내 반응 및 약물 충전 컨테이너들로부터의 약물 방출을 발생시켜 세균 감염을 억제한다. 그러므로 약물들은 단지 세균이 존재할 때 그리고 존재하는 동안 방출되고, 이는 세균 감염을 예방하는데 필요한 약물들의 양을 감소시키지만 또한 세균을 물리치는 활동을 또한 증가시킨다. 컨테이너들로부터의 약물의 방출은 장기간에 걸쳐 발생할 것이므로, 이 방출은 더 양호한 제어 방식으로 그리고 더 높은 수율로 적용되는 반면에 센서는 환경 변화들이 분해(decomposition)를 일으키지 않으므로 자체의 효율을 상실하지 않는다.

게다가, 약물-충전 컨테이너들이 갖추어져 있는 그와 같은 센서들은 또한 표면들, 공유 결합으로 표면-링크된 코팅들에 링크될 수 있거나 또는 코팅들 내에 적용될 수 있고, 그리고 표면 코팅으로의 자체의 이식(grafting) 이후에 컨테이너들에 약물들이 적재될 수 있는 장점을 가진다. 코팅의 활성 부분은 수동 매트릭스 내로 통합되거나 수동 매트릭스와 함께 층식 구조를 형성할 수 있다. 나노규모 컨테이너들은 이 코팅들 내에 통합될 수 있고 이로부터 약물들이 컨테이너들로부터 느리거나, 지속적이거나, 즉각적으로 방출되는 것이 가능하다. 그러므로 적용 분야에 따라, 상이한 코팅들이 적용될 수 있다. 졸 겔(sol-gel)들 또는 색소들로 이루어진 전통적인 코팅들과 같이, 컨테이너들이 통합되어 있는 수동 숙주-활성 게스트 구조들, 컨테이너들 컨테이너들을 통합하기 위해 수동 매트릭스를 제공하는 코팅들, 또는 테더들을 통해 자체의 표면들에 링크되는 컨테이너들을 가지는 층식 코팅들이 가능하다. 컨테이너들을 소유하는 쉘(shell)로 약물들을 적재하는 것은 제어된 투과 특성들에 의해 행해지고, 그 후에 코팅 매트릭슨 내에 약물-충전 컨테이너들이 도입된다.

상기 분배는 세균 감염들을 억제하기 위해 동일한 분배만이 확실한 약물 방출을 제공하므로 중요하다. 그러므로 환경이 개시되는 변화들을 겪을 때에만 약물 방출이 제공되는 것을 보장하기 위해 약물-충전 컨테이너들을 포획 상태로 유지하기 위해서, 수동 매트릭스 구조들 또는 임의의 다른 수동 코팅이 유용하게 적용된다. 캡슐화된 약물들의 방출은 환경 변화들이 발생할 때 개시되고, 나노컨테이너들은 이 신호에 반응한다.

유리하게도, 그와 같은 코팅은 세균 감염으로부터 보호되어야 할 임의의 수술 장비, 임플란트 또는 고정 디바이스들, 또는 임의의 다른 표면에 적용될 수 있다. 특히 임의의 코팅 또는 표면에 링크될 때 컨테이너들 내에 충전된 민감성 약물들은 해가 되지 않으므로 장기간 안정성이 제공된다.

그 외에도, 그러한 센서들을 구비하는 컨테이너들 내에 약물들을 제공하는 것은 컨테이너들의 약물 적재의 타이밍이 간소화되는 장점을 보인다. 수술 장비에 대한 센서들의 적용은 예를 들어 살균 장비를 제공하는 살균 기술들, 예를 들어 고압살균 또는 임의의 다른 기술 전 또는 후에 발생하도록 선택될 수 있다. 항생제들을 직접 적용하는 것과는 대조적으로, 약물-충전 컨테이너들이 설비되어 있는 센서는 심지어 약물-충전 컨테이너들에 항생제들이 제공될 때조차도, 온도-감응이 나타내지 않는다. 그러므로, 살균 장비를 제공하는 통상적인 기술들은 세균 감염들을 예방하기 위해서 센서들을 포함하거나 표면에 부착된 센서들을 가지는 코팅들과 결합될 수 있다. 결합으로 인해 살균이 필요한 의료 또는 외과적 치료 또는 임의의 다른 다능한 상황 또는 디바이스에서 감염률이 더 낮아질 수 있다.

스캐폴드에 링크된 컨테이너들을 구비한 센서들을 통한 약물 투여의 추가 장점은 이 컨테이너들 내에 충전된 약물들이 직접 투여되거나 적용되는 미가공 재료보다 온도 및 압력(예를 들어 고압살균기들 내의), 효소 활성 또는 산성 조건들(예를 들어 구강 투여될 때), 확산(예를 들어, 코팅들 내에 직접적으로 적용될 때)으로 인한 손실들, 또는 사람 또는 동물의 신진대사, 신체, 용액 내에서 일어날 수 있는 임의의 다른 파괴와 같은 환경 영향들에 더 양호하게 저항한다는 점이다. 센서들을 이용함으로써 세균이 직접적으로 검출되고 약물-충전 컨테이너들로부터의 약물들의 방출에 의해 격퇴될 수 있으나 컨테이너들이 임의의 환경 변화에 매우 잘 저항하므로 또한 장기간 안정성을 제공하는 장점을 제공한다.

상술한 바와 같이, 센서는 약물들이 충전되어 있는 다공성 나노캡슐인 컨테이너를 가진다. 센서는 다공성 나노캡슐인 적어도 하나의 약물-충전 컨테이너일 수 있는 리간드들에 링크되는 스캐폴드를 제공한다.

나노캡슐들은 염증을 유발하거나, 산, 염기, 또는 중성 환경들에서 분해되지 않고 장기간 동안 안정한 특성들을 지니는 재료들을 요구한다. 나노캡슐들은 최신 기술로부터 공지되는 여러 방법들에 따라 획득 가능하다. 그와 같은 재료 전구체들은, 코팅들 또는 표면들에 나노캡슐들을 링크시키기 위해 상이한 관능기들 또는 금속들 또는 테더들을 구비하는 기능화된 표면이 종종 제공되는 상이한 무기 산화물들로 구성된다. 속이 비어 있는 나노캡슐들은 졸-겔 방법들에 의해 무기 산화 또는 기능화 물질 전구체로 코팅되는 폴리스틸렌 라텍스 비드(bead)들에 기초하여 합성될 수 있다. 순차적으로, 무기 폴리스틸렌 라텍스 비드들로 구성되는 내부 부분은 열, 예를 들어 하소(calcination)에 의해 파괴된다. 그러므로, 외부 부분만이 남아, 결과적으로 속이 비어 있는 다공성 무기 산화 쉘들이 형성된다. 대안의 루트는 나노규모 코어들을 가지는 SiO₂ 전구체를 제공한다. 산화 전구체 나노에멀전을 SiO₂ 전구체 상에 증착한 후에, 실리카(silica)는 NaOH에 의해 용해된다. 그 후에 무기 쉘은 다공성 구조를 가지며 속이 빈 나노캡슐로서 남는다. 입자 크기, 쉘의 두께, 및 포어들의 크기는 여러 합성 조건들에 의해 조정될 수 있다.

다른 방법은 마이크로에멀젼들을 이용하여 두 개의 상들 사이의 경계에 무기 쉘을 구성함으로써, 결과적으로 또한 속이 비어 있는 나노캡슐을 형성한다. 이 결과적인 나노캡슐들은 소결에 안정적이고 열에 안정적이며, 시스템의 완전성을 유지하기 위해 녹지 않는다. 이상적으로, 약물들이 충전된 컨테이너들은 약물들을 캡슐화하여 외부의 영향들로부터 이들을 격리시킨다. 그러므로, 컨테이너들 내의 약물들은 약물들의 직접 적용과는 대조적으로, 장기간 안정된다. 게다가, 신진대사, 예를 들어 또는 희석으로 인해 손실들이 발생하지 않으므로 효율이 증가된다.

추가로, 나노캡슐들에는 나노캡슐들의 효율을 추적하기 위해 방사성 화합물 또는 임의의 다른 화합물일 수 있는 추적 시스템들이 설비될 수 있다. 그러므로 외부 쉘 상에서, 나노캡슐들은 더 기능화될 수 있다. 이 방법들에 따라 획득된 결과적인 나노캡슐들은 다공성이다. 바람직하게도 포어들의 크기는 0.5nm 및 500nm 사이에 있다.

유용하게도, 나노캡슐들은 생체 내 또는 생체 외 세균 감염을 억제하기 위해 약물들에 대한 속이 비어 있는 구체의 캡슐화를 제공하는 고온 안정 컨테이너들이다.

이 나노캡슐들은 마이크로에멀전들을 이용하는 프로세싱하는 동안, 또는 진공 기술을 이용하여 프로세싱한 후에 용이하게 충전될 수 있다. 후자의 프로세스는 이용되는 산화 금속들의 공극들에 의해 가능하다. 나노캡슐들은 진공 하에 배치되고나서 나노캡슐들 내에 적재되고자 원하는 화합물의 표화 용액에 의해 함침(soak)된다. 나노공극들에 의해 이 화합물들은 캡슐 내부로 흡수되는 것이 가능하고, 그 후에 원심 분리에 의해 필터링되고, 세정되고, 건조된다. 8-하이드록시퀴놀린(8-hydroxyquinoline)과 같이 큰 분자들이 이 방식으로 흡수되었다. 이 속이 비어 있는 나노캡슐들이 바람직한 항균 효과들을 나타내는 화합물들, 예를 들어 항생제들, 은 화합물들 또는 이들의 혼합물들로 충전되거나, 또는 임의의 다른 질병과 싸우기 위해 적용되는 경우, 당업자에 공지되어 있는 임의의 활성 성분(active component)이 삽입될 수 있다. 그러나, 화합물의 삽입은 다공성 나노캡슐의 포어들의 크기에 의해서만 제한된다. 나노캡슐들은 약물에 대해 한정된 공간을 제공하고 자체의 쉘에 존재하는 포어들을 통한 확산을 통해 약물이 매우 느리게 방출되도록 한다.

본원에서 이용되는 용어 “나노캡슐”은 포어 크기를 가역하여 바꿀 가능성이 있는 다공성 나노캐슐이다.

공지되어 있는 컨테이너들 중에서, 속이 비어 있는 나노캡슐들을 합성하기 위해 산화 물질들뿐만 아니라 폴리머-계열 컨테이너들이 연구되어 왔다. 예를 들어 T1O₂, SiO, Sn0₂, Al₂O₃, AlO(OH) 또는 금속-계열 화합물에 대한 산화 화합물들의 강인성 및 이들의 생체 적합성이 제공된다. 바람직하게도, 나노캡슐들의 외부 쉘은 항균 활성, 특히 살균되어야 할 임플란트 디바이스들, 임플란트들 또는 수술용 장비 및 기구들, 액체들 또는 다른 재료들을 위한 저장고들의 코팅들 시에 적용될 때 항염 및 항감염 활성을 제공한다.

나노캡슐들의 공극은 나노캡슐들 및 센서를 둘러싸는 환경 또는 용액에 의해 영향을 받을 수 있다. 포어 크기는 외래의 상보적 DNA 및/또는 RNA 가닥들 또는 세균 아미노산들, 세균 신진대사 산물 또는 노폐물들, 펩타이드들과 같은 다른 수용체(receptor)들의 존재에 개시되는 센서의 형태 변화에 의해, 아니면 세균 또는 임의의 다른 검출 가능 변화에 의한 pH 또는 전도도의 변화에 의해 변할 수 있다. 나노캡슐의 포어들은 특정량의 약물들을 방출하기 위해 증가되지만, 외부 영향(형태 변화, pH, 또는 전도도)이 사라질 때 약물들의 방출을 감소시키고 중단시킨다. 포어들의 가역 가능 개방 및 폐쇄는 세균 내성의 위험성 없이 그리고 비싼 약물들을 소비하지 않고 세균을 격퇴시키기 위해 필요한 양의 약물들만이 방출되는 것을 보장한다. 유용하게도, 약물 방출은 필요하고 세균이 존재하는 동안에만, 느리고 일정하게 발생된다. 느린 방출로 인해 세균 군(bacterial population)의 완전한 파괴가 가능하고 예를 들어, 조직, 임플란트들, 또는 용액들의 염증 및 감염이 억제된다. 나노캣슐들의 다공성 쉘들로 인해 후자가 자체의 쉘에 존재하는 포어들을 통하는 확산을 통해 매우 느리게 방출되는 것이 가능하다.

더욱이, 이것들은 표면들의 기능화에 의해 부착되는 적절한 링커(linker)들(예를 들어 PEG)을 통해 표면들 또는 표면 코팅들에 이식될 수 있다. 그와 같은 이식들은 나노캡슐에, 나노캡슐들의 전 표면들에 걸쳐 또는 한 측에만 부착될 수 있다. 이는 예를 들어 야누스-형(Janus-type) 이식 방법에 의해 실현될 수 있다. 이 프로세스는 스캐폴드 내의 나노캡슐들을 반만 임베딩하는 것으로 구성되어, 외부의 절반이 예를 들어 본 발명에 따른 센서로의 링커 및 표면 테더로 기능화될 수 있다. 그 후에 스캐폴드가 제거되어 기능화된 나노캡슐들을 자유롭게 한다. 테더들에 관해서, 링커 분자들은 나노캡슐들이 이식되는 표면의 종류에 따라 제안된다. 티나늄 표면의 경우, 말단 지점에서는 TiO₂ 자체에서와 유사한 산 작용기가 필요할 것이다.

센서는 또한 항균 시스템에 부착될 수 있고, 본 발명의 의미에서 센서는 또한 다른 표면들에 부착될 수 있다. 바람직하게도 나노캡슐들의 표면은 은, 금, 비스무스, 티타늄, 백금과 같은 향균 금속들로서 기능화될 수 있다. 발명의 나노캡슐들은 이전에 증착된 코팅의 상부에 있는 표면 테더를 통해 직접적으로, 또는 표면 코팅 내에 임베딩되어 임플란트 재료에 부착된다. 처음 두 경우들에서, 표면 테더가 요구된다. 그와 같은 표면들은 또한 센서, 당업자에게 공지되어 있는 임의의 코팅이 직접적으로 제공되는 금속 표면들일 수 있거나, 다른 적용예는 용액들 내에 센서를 직접적으로 제공할 수 있다. 이 금속 함유 표면들은 훨씬 더 양호한 항균 효과들을 제공하기 위해 다양한 그룹들로 더 기능화될 수 있다. 금 또는 은 함유 표면의 경우, 단일 테더 또는 트리포드(tripod)로서 황 그룹들이 적합할 것이다. 나노캡슐들이 이미 코팅된 임플란트 상에 증착되어야 하는 경우, 상기 기능화는 코팅에 좌우된다. 예로서, 배위 폴리머(coordination polymer)로 코팅된 티타늄 임플란트 상에서의 적절한 링커 유닛은 피리딜 모이어티(pyridyl moiety)가 가장 양호할 것이다.

게다가, 나노다공성 컨테이너들은 컨테이너들 내의 나노포어들에 의해 상이한 농도들의 두 용액들 사이에서 유체들이 교환되므로 캡슐화된 화합물의 방출을 조절할 수 있다. 용액들은 캡슐화된 화합물에 의해 영향을 받는 상이한 농도들 사이에 평형을 만드는 경향성을 가지고 있다. 본 발명의 특수한 실시예에서 캡슐화된 화합물은 기능화된 은 화합물, 예를 들어 은 설파진일 수 있다. 세균, 바이러스, 균류, 곰팡이, 병원균들, 유독 물질들 또는 다른 균들, 이들의 임의의 검출 가능 신진대사 또는 노폐물, 펩타이드, 아미노산, 기질, 효소, DNA 및/또는 RNA 또는 임의의 다른 검출 가능 화합물들이 존재하면, 스캐폴드는 자체의 형태를 변화시켜, 상술한 바와 같이 리간드 사이의 화학적 반응을 개시한다.

제거를 통해, 할로겐화물들이 제거되고, 이는 확산을 통해 부착된 컨테이너로부터 은 화합물들의 방출을 트리거한다. 그러므로, 방출되는 양은 스캐폴드의 존재 시에, 할로겐화물, 예를 들어 염화물, 불소 등의 농도에 의해 조절될 수 있어서, 은 할로겐화물의 형성 경향으로 인한 농도의 조절을 통해 증가되거나 감소된다.

세균 감염의 강도에 따라 느리게 활동하는 나노캡슐들로부터 지속적인 방출이 가능하다. 그러므로 감염을 검출하는데 단지 최소의 약물만이 요구되므로 비용 및 자원들이 줄어든다.

포어 크기의 변화는 환경 요인에 의해 유발된다. 환경 요인들이 어떤 변화들을 겪을 때, 컨테이너들은 자신들의 포어 크기를 증가시키거나 감소시킴으로써 이 변화들에 응답한다. 그와 같은 요인들은 pH, 온도, 센서 또는 임의의 다른 활성제에 대응하는 상이한 화합물의 변화일 수 있다.

세균이 존재할 때, 스캐폴드형 센서는 링크된 나노캡슐에 또한 영향을 미치는 형태 변화를 겪는다. 분자내 또는 분자간 화학 반응을 일으키는 리간드들이 가까이 근접하므로 컨테이너는 자체의 포어 크기를 증가시켜 캡슐화된 약물들을 방출함으로써 작용하게 된다. 그러므로 캡슐화된 약물들은 존재하는 세균을 격퇴하기 위해 방출될 수 있다.

무기 나노컨테이너들을 이용하는 것은 예를 들어 세균이 존재함으로써 유발되는 pH의 감소가 나노캡슐들의 포어 크기를 증가시켜 약물 방출을 강화시킬 수 있는 장점을 가진다. 그러나, 작은 TiO₂-나노입자들은 pH가 10에서 2¹³으로 점진적으로 하강하는 경우 더욱 응집되는 경향이 있다고 확인되었다. 그와 같은 움직임으로 인해 속이 비어 있는 TiO₂의 나노 구체의 경우, 쉘 벽에 더 큰 포어가 형성된다. 컨테이너들로서 이용되는 AlO(OH), SiO₂, Al₂O₃, CeO₂, Fe₂0₃, Fe₃O₄, CO₃O₄와 같은 다른 적용 가능한 화합물들은 pH 의존성을 보이고, 이 의존성은 여전히 약물-충전 컨테이너들로부터 약물들을 방출하는데 유용한 트리거이다. 쉘 벽에서의 더 큰 포어들로 인해 캡슐화된 약물들의 방출이 가능하다.

그러므로 세균들이 존재하는 경우 임의의 세균 감염 용액, 고체, 조직의 환경 또는 당업자가 생각할 수 있는 임의의 코팅 상의 pH가 변함으로써 약물들이 방출된다.

유용하게도, 나노컨테이너들의 합성에 적용되는 재료에는 자성이 있는데, 왜냐하면 이 재료는 자기장에 의해 자성 나노컨테이너들의 추적이 가능하고 이 컨테이터들이 갖추어져 있는 센서의 추적이 가능하기 때문이다. 게다가, 컨테이너들에는 자기 특성들을 제공하기 위해 자성 입자들이 갖춰질 수 있다. 자기 특성들로 인해 의학적 치료를 위한 나노컨테이너들의 집단이 세균 또는 균 감염들의 효율적인 감소를 보장하는 것이 가능하다. 다양한 산화물 외에도, 또한 카르보디이미드(carbodiimide)들, BaMF₄ 또는 Pb₂MF₆, TbMn0₃, HoMn0₃, Ni₃V₂0₈와 같은 혼합 화합물들이 자성 산화물들, 예를 들어 Fe₃O₄, Cr₂0₃, EuO, Cr0₂ 외에 적용될 수 있다.

본 발명의 목적은 그와 같은 센서의 제조 방법에 의해 더 해결되고, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다

a) 관능기-보호 준안정 스캐폴드를 제공하는 단계

b) 상기 준안정 스캐폴드를 리간드들로 링크하는 단계

c) 상기 준안정 스캐폴드를 제 1 링커- DNA 및/또는 RNA로 링크하는 단계

d) 상기 제 1 링커- DNA 및/또는 RNA로 상기 스캐폴드에 결합하는 단계

e) 제 2 링커- DNA 및/또는 RNA로 제 1 링커- DNA 및/또는 RNA에 결합하는 단계

f) 상기 스캐폴드의 관능기를 탈보호(deprotection)하는 단계.

본 발명에 따른 방법은 준안정 스캐폴드를 제공하고, 이 스캐폴드는 추가 리간드들, 또는 리간드들, 결합 부위들 또는 스캐폴드로의 링커들 또는 테더들을 링크시키기 위해 상이한 그룹들로 기능화된다. 본 발명의 부가적인 실시예에서, 기능화된 스캐폴드는 임의의 코팅에 결합될 수 있다. 게다가 수동 매트릭스는 자체의 결합 부위들을 통해 부착되는 다양한 코팅들에 통합될 수 있다. 리간드들은 적어도 부분적으로 정합하거나, 완전히 정합하거나, 오정합하는 DNA 및/또는 RNA 서열들 또는 단편들, 충전되거나 비어있는 컨테이너들, 또는 본 발명의 의미에서 유용한 임의의 다른 검출 시스템일 수 있다. 작업하는 당업자는 그와 같은 시스템들 내에 관능기들을 삽입하는 특정한 기술들을 인지한다.

게다가 준안정 스캐폴드는 링커- DNA 및/또는 RNA와 결합될 수 있고, 이 시퀀스들로 인해 세균 DNA 및/또는 RNA 또는 다른 세균 신진대사 산물 또는 노폐물들, 아미노산들 도는 펩타이드들의 검출 및 추적이 가능하다. 도 7은 시클로헥산계 스태폴드의 두 측들에서 DNA와 결합되어 있는 준안정 스캐폴드를 도시한다. 스캐폴드에 결합되어 있는 두 DNA 가닥들은 상보적 DNA 가닥들이 서로 부착되어 있으므로 적어도 부분적으로 상보적이며 준안정 상태에 있는 센서를 수용하는 범위들을 가진다. 임의의 검출되었으면 하는 DNA 서열이 센서와 접촉하게 되는 경우, 상기 DNA-서열은 센서의 DNA 가닥들 중 하나에 결합되어, 시클로헥산 링의 형태 변화를 일으킬 수 있다.

제 1 링커- DNA 및/또는 RNA와 적어도 부분적으로 오정합하는 제 2 링커 - DNA 및/또는 RNA와의 결합으로 준안정 스캐폴드는 제 1 및 제 2 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 혼성화를 통해 에너지적으로 준안정한 형태 상태가 된다(도 7).

최종적으로, 관능기들과 반응하는 스캐폴드를 획득하고 이를 코팅들, 추가 리간드들, 예를 들어 알코올들, 에스테르들, 할로겐화물, 설포네이트(sulfonate)들에 결합시키기 위해 탈보호 단계가 진행된다.

본 발명의 센서의 제조 방법은 도 8에서의 방식에 의해 더 일반적으로 설명되고 시클로헥산에 기초하는 세균 센서의 일반적 합성 루트를 나타내는 다음의 방식 1에서 더 상세하게 설명된다.

방식 1에서의 제 1 단계에서 시클로헥산-1,3,5-트리올의 하나의 수산기는 제 1 보호기에 의해 보호된다. 상기 결과에 따른 화합물 (1)의 제 2 수산기는 그 후에 제 2 보호기에 의해 보호된다. 화합물 (3)은 4-브로모벤질 알콜(4-bromobenzyl alcohol)이 에틸릴트리메틸실레인(Ethynyltrimethylsilane)과 결합되어 제조된다. (3)의 트리메틸실레인기는 상기 화합물로부터 분리되고 히드록실기(hydroxyl group)는 클로린(chlorine) 원자로 대체된다. 유사한 프로토콜을 이용하여 화합물 5a가 준비된다. 다른 반응에서 2-아지도아세틱 산(Azidoacetic acid) (6)은 브롬화초산(bromoacetic acid)과 아지드화물(Sodium azide)의 반응을 통해 제조된다. 화합물 (6)과 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)의 결합으로 화합물 (9)가 제조되고 이 화합물 (9)는 그 후에 화합물 (8)과 반응하여 화합물 (10)이 제조된다. 그 후에 제 1 보호기는 분리되고 그 결과에 따른 알코올은 그 후에 적어도 부분적으로 상보적인 DNA 가닥 및 화합물 (9)을 가지는 다른 화합물 (5)과, 또는 적어도 부분적으로 상보적인 DNA 가닥(위에 도시됨) 및 (9)를 가지는 화합물 (5a)과 반응된다. 이 마지막 단계에서 제 2 보호기가 분리되어서 적어도 부분적으로 상보적인 2개의 DNA 가닥들을 가지는 화합물이 제조된다.

방식 1:

8의 획득 후에, 모든 cis-입체이성질체(cis-stereoisomer)는 데스-마르틴 산화(Dess-Martin oxydation) 및 NaBH₄ (또는 LiAlH (OMe)₃)에 의한 후속 환원에 선행하는 검화(saponification)(K₂C0₃/MeOH) 및 보호에 의해, OAc-기에서 역위(inversion)되어, 화합물 (8a)를 제조할 수 있다. 그 후에 8a는 기술된 바와 같이 더 기능화될 수 있다. 대안의 방법은 Mitsunobu 반응에 의한 환형 알코올(cyclic alcohol)의 입체중심(stereocenter)의 역위이다.

방식 1에서 축약된 것들은 다음의 의미들을 가진다: TBSC1은 t-부틸디메틸실릴클로라이드(tert-butyldimethylsilylchloride)를 의미한다. TBAF는 N-테트라부릴암모늄 프루오라이드(N-tetrabutylammonium fluoride)를 의미한다. MsCI는 메타술포닐클로라이드(methanesulfonyl chloride)를 의미한다. MW는 마이크로파를 의미한다. DMF는 디메틸포름아미드(Dimethylformamide)를 의미한다. THF는 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofurane)을 의미한다. TMS는 트리메틸실릴(trimethylsilyl)을 의미한다. T는 디옥시리보스(Desoxyribose) 및 올리고뉴클레어티드(oligonucleotide)와 결합하는 것을 의미한다.

화합물 (5a)는 아래의 도면에서 도시된다.

5 대신 5a를 이용하면, 반응 방식 1은 화합물 (10)과 유사한 화합물 (10a)를 제조한다(방식 2). 이것은 방식 1에 도시된 반응에 대한 대안 루트이다. 화합물 (10a)는 그 후에 방식 1과 관련하여 설명된 바와 같이 2개의 상보적 DNA 가닥들을 가지는 화합물을 획득하기 위해 화합물 (10)에 대해 행해진 바대로 반응될 수 있다.

방식 2:

본 발명에 따른 센서는 세균의 감염들을 예방하기 위해 이용될 수 있다. 센서의 발명으로, 임플란트들 상의 용액들, 고형체들, 조직에서, 장치, 디바이스, 또는 살균이 필요하다고 생각될 수 있는 임의의 다른 적용 분야의 코팅 내 및/또는 상에서 세균 감염들이 검출되고 격퇴될 수 있다. 세균이 존재하여 센서가 약물 방출을 트리거할 때, 이 방출은 세균 감염들이 발생한 부위에 집중되므로, 희석을 통해 약물을 손실하지 않거나 또는 약물 내성 세균을 증식할 위험성 없이 세균 감염이 효과적으로 격퇴된다.

본 발명의 추가적인 목적은 항균 시스템으로 세균의 감염들을 예방하는 방법을 제공하는 것이었고, 상기 방법은 다음을 포함한다

a) 적어도 하나의 약물-충전 나노캡슐과 결합되는 스캐폴드 및 링커- DNA 및/또는 RNA를 포함하는 항균 시스템을 제공하는 단계

b) 세균의 단일 가닥 DNA 및/또는 RNA 가닥에 결합함으로써 분자내 페어링을 깨는 단계

c) 형태를 안정화하기 위해 상기 스캐폴드의 리간드들의 화학 반응에 의해 상기 스캐폴드의 형태 변화를 트리거하는 단계

d) 상기 약물-충전 나노캡슐들의 포어 크기의 변화를 개시하는 단계

e) 상기 약물-충전 나노캡슐들로부터 약물들을 방출하는 단계.

세균 감염들을 예방하는 방법은 세균을 격퇴하기 위한 약물들로 충전되는 적어도 하나의 나노캡슐과 결합되는 스캐폴드 및 상기 환경에서 세균을 격퇴하기 위한 링커-DNA 및/또는 RNA가 설비되는 항균 시스템을 제공한다. 세균이 존재하면, 정합하거나, 오정합하거나, 적어도 부분적으로 오정합하는 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 분자내 페어링이 깨지고, 이는 새로운 형태로 안정화되도록 스캐폴드들, 리간드들의 화학 반응에 의해 스캐폴드의 형태 변화를 트리거한다.

세균의 존재는 세균 DNA 및/또는 RNA 또는 적어도 스캐폴드에 결합되는 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 페어링에 의해 검출될 수 있는 세균 신진대사 산물 또는 노폐물들, 아미노산들, 펩타이드들을 제공한다. DNA 및/또는 RNA 페어링이 깨지고, 이는 준안정 스캐폴드의 준안정, 에너지 비친화적 형태를 방출한다. DNA 및/또는 RNA-페이링의 파괴로 인해 스캐폴드는 DNA 및/또는 RNA 가닥들의 페어링에 의한 준안정 형태를 형성하지 않으므로, 형태 변화가 가능하다. 상기 변화 후에, 상이한 리간드들은 가까이 근접하여 있을 수 있고, 이는 스캐폴드에 결합되는 리간드들의 화학 반응을 가능하게 한다. 리간드들의 화학 반응은 약물-충전 컨테이너들의 포어들의 변화를 더 발생시키고, 바람직하게는 확장된 포어들의 확산을 통해 갭슐화된 약물들의 방출이 가능하도록 증가시킨다. 세균이 존재하는 한, 약물들이 방출되거나, 또는 약물들이 감염을 격퇴하는데 필요한 한 새로운 변화들이 개시된다. 세균의 박멸 후에, 약물 내성 세균을 증식할 위험성 없이 세균을 확실하게 억제하는 것을 제공하기 위해, 약물 방출이 중단된다.

항균 시스템을 이용함으로써 생물막들의 형성이 방지된다. 링커들 또는 테더들을 통해 임의의 표면에 부착될 수 있는 부착 또는 통합 항균 시스템들을 제공받는 코팅들은 세균의 정착, 따라서 약물 내성 생물막들의 형성을 억제한다. 항균 시스템은 생물막 형성이 발생할 수 있기 전에, 또는 심지어 생물막들 내에서 세균을 추적해서, 감염을 격퇴하는데 효과적인 약물들을 트리거한다. 항균 시스템으로 세균을 추적하는 것은 심지어 세균 DNA 및/또는 RNA, 신진대사 산물 또는 노폐물들에 의해 영향을 받을 수 있다. 게다가, 그와 같은 생물막들의 형성 후에, 항균 시스템은 이 생물막들 내에 통합되어, 세균이 존재하는 곳에 직접적으로 약물 방출을 트리거할 수 있다.

본 발명의 추가적인 목적은 용액 내의 세균의 검출을 위해 항균 시스템을 이용하는 것이다. 세균이 존재할 때만이 약물-충정 저장고들이 갖추어져 있는 항균 시스템으로부터 약물 방출이 트리거된다. 약물이 직접적으로 적용될 수 있기 때문에, 약물들은 단지 세균이 존재할 때 방출되고 희석에 의해 손실되지 않으며, 온도 또는 임의의 다른 해로운 환경 요인과 같은 용액의 화학적 영향들에 의해 분해되지 않는다.

게다가, 항균 시스템은 세균 감염들을 격퇴하기 위해 다른 투약들에서보다 더 적은 양을 필요로 하기 때문에 세균 감염들에 약을 효과적이고 완만한 방식으로 투여하는데 이용될 수 있다.

본 발명은 다음의 예들에 의해 더 설명되지만, 다음의 예들은 본 발명의 범위에 대해 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다:

예들:

일반적인 방법들:

달리 표시되지 않으면, 모든 시약들은 상업적인 공급자들(Fluka, Aldrich, Arcos)로부터 구입되었고 추가 정화 없이 이용되었다. 중수소화 솔벤트들은 Cambridge Isotope Laboratories에서 구입했다. 분석용 박막 크로마토그래피(analytical thin layer chromatography)는 Merck의 Kieselgel F-254 프리코팅 알루미늄 시트 TLC 플레이트들 상에서 수행되었다. 시각화는 254nm UV 램프 및/또는 KMnO₄ 용액으로 수행되었다. 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(flash column chromatography; FC)는 Brunschwig 실리카 겔(60Å, 32 내지 63 메쉬)을 이용하여 수행되었다. ¹H NMR 및 ¹³C RMN 스펙트럼들은 Bruker Avance DPX 360 분광계, 푸리에 변환 Bruker-DRX-300 분광계, 또는 Bruker 400 분광계에 기록되었다. 모든 NMR 스펙트럼들은 CDCl₃, CD₃CN, DMSO-d6 (중수소화 디메틸설폭사이드) 또는 D₂O에 기록되었다. 화학적 이동들은 내부 표준들로서의 잔여 솔벤트 양성자들을 이용하여 백만분율(parts per million)(δ)로 표현된다. 결합 상수들(J)은 Hz로 보고된다. 스플리팅 패턴(Splitting pattern)들은 s(singlet), d(doublet), dd(double doublet), t(triplet), dt(double triplet), q(quartet), bs(broad singlet), m(mutiplet)으로 지정된다. 전자 흡수 스펙트럼에 대해서는 Perkin Elmer Lambda 40 UV/VIS 분광계가 이용되었다. 고 분해능에서의 질량 스펙트럼들은 Bruker 4.7T BioApex II 질량 분광계에 기록되었다. Bruker Tensor 27 분광계는 IR 스펙트럼들을 기록하는데 이용되었다. LC-MS는 AQA ESI 4극 검출기를 구비한 Dionex Summit HPLC 시스템 상에서 수행되었다.

예 1: all-cis-5-((t-부틸디메틸실릴)옥시)시클로헥산-1,3-디올의 합성 (1):

2ml의 건조 THF(Tetrahydrofurance)에 all-cis-시클로헥산-1,3,5-트리올(100mg, 0.757 mmol)(결정화로부터 수분을 제거하기 위해 3시간 동안 고 진공 내에서 110°C로 건조됨)가 있는 현탁액이 상온의 TBS-Cl(t-부틸디메틸실릴클로라이드)(125mg, 0.832mmol) 및 트리에틸아민(Triethylamine)(0.086 ml, 0.616 mmol)에 후속해서 첨가되었다. 그 후에 NaH(36.3 mg, 0.832 mmol)의 일부가 첨가되었다. 상기 혼합물은 30분간 40°C까지 웜업(warm up)되었고 40°C에서 2시간 동안 교반되었다.

현탁액은 8°C로 냉각되었고 필터링되었다. 여과액은 증발되었다. 나머지는 1ml의 헥산으로 실온에서 분쇄되고 필터링되었다. 여과액은 (1)(111mg, 0.450mmol, 59% 수율)을 화이트 고체로서 제공하기 위해 하룻밤 동안 고 진공에서 건조되었다.

예 2: (1R, 3S, 5S) -3- ((t-부틸디메틸실릴)옥시) -5-하이드록시시클로헥실 아세테이트의 합성 (2):

1(3.660 g, 14.85 mmol)은 비닐 아세테이트(37.0 ml, 401 mmol) 및 350ml의 에틸 아세테이트에서 용해되었다. 벌크홀데리아 세파시아(burkholderia cepacia)(1g, 0.00μmol)로부터 아마노 리파에제 SP가 첨가되었고 10일 동안 상온에서 교반되었다. 효소가 필터링되었고, 여과액은 농축되었으며 나머지는 2(2.356 g, 8.17 mmol, 55 % 수율)를 황색 오일(yellowish oil)로 제공하기 위해 고 진공에서 하룻밤 동안 건조되었다.

예 3: (4- ((트리메틸실릴)에틸)페닐) 메탄올의 합성 (3):

2ml의 건조 DMF(dimethylformamide)에 4-브로모벤질 알코올(1.276 g, 6.82 mmol), 에틸릴트리메틸실레인(1.061 ml, 7.51 mmol), PdCl₂(PPh₃)₂(24 mg, 0.034 mmol), 요오드화 구리(Copper iodide)(52 mg, 0.273 mmol), 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine)(358 mg, 1.365 mmol), 디에틸아민(Diethylamine)(10.70 ml, 102 mmol)이 있는 용액이 150°C의 마이크로웨이브 오븐에서 아르곤 하에서 30분 동안 가열되었다. 혼합물은 필터링되었다. 여과액은 1M HC1으로 산성화되었고 에테르에 의해 3회 추출되었다. 결합된 유기 층들은 중탄산염(bicarbonate) 및 물로 세정되었고, MgSO₄로 건조되었고 3(1.274 g, 6.23 mmol, 91 % 수율)을 브라운 고체로 제공하기 위해 농축되었다.

예 4: (4-에티틸페닐) 메타놀의 합성 (4):

3(65 mg, 0.318 mmol)이 1ml의 THF에서 용해되었다. TBAF(0.35 ml, 0.35 mmol)가 첨가되었고 그 혼합물은 실온에서 30분 동안 교반되었다. 감소된 압력 하에서 솔벤트가 제거되었고 나머지는 4 (37 mg, 0.28 mmol, 88 % 수율)를 무색 고체로 제공하기 위해 플래시 크로마토그래피(flash chromatography)(AcOEt/헥산 3:7)에 의해 정화되었다.

예 5: 1-(클로로메틸)-4-에티닐벤젠의 합성 (5):

1ml의 DCM(Dichlormethane)에 4(2.04 g, 15.44 mmol)가 있는 용액이 0°C로 냉각되었다. MSCl 메타술포닐클로라이드(1.383 ml, 17.75 mmol) 및 트리에틸아민(2.474 ml, 17.75 mmol)이 첨가되었고 그 혼합물은 100°C의 마이크로웨이브 오븐에서 20분 동안 가열되었다. 혼합물은 포화 NaHCO₃(0.8ml)으로 반응을 종료시키고, DCM에 의해 추출되었다. 유기 층들은 물로 세정되었고, MgSO₄로 건조되었고 필터링되었으며 5(2.004 g, 13.31 mmol, 86 % 수율)를 옐로우 고체로 제공하기 위해 진공 하에서 농축되었다.

예 6: 2-아지도아세틱 산의 합성 (6):

NaN₃(260 mg, 4mmol)가 H₂O에서 용해되었고 브롬화초산(278 mg, 2mmol)이 첨가되었다. 반응 혼합물을 5일 동안 실온에서 교반한 후에, 농축된 HCl(0.3ml)는 pH=1이 될 때까지 0°C에서 하강 방식으로 첨가되었다. 수성 층은 Et₂O로 4회 추출되었고, 브라인(brine)으로 세정되었고 MgSO₄로 건조되었다. 감소된 압력 하에서 솔벤트를 제거한 후에, 177mg(1.751mmol, 88%)의 6의 무색 오일이 회복되었다.

예 7: 올리고뉴클레오티드들의 합성 (7):

다음 서열들 AAACA, TTTTT, 및 AAAAA의 올리고뉴클레오티드들은 표준 프로토콜을 따라 자동화 합성기로 합성된다.

예 8: 2와 5의 결합에 의한 화합물 (8)의 합성:

방식 1에 도시된 바와 같이 0°C 에서 0.2ml의 건조 DMF에 2(42mg, 0.146mmol)를 용해시키고, NaH(7.62mg, 0.175nmol)가 첨가되었다. 그 혼합물은 0°C에서 10분 동안 교반되었다. 상기 혼합물에 7(21.93 mg, 0.146 mmol)이 첨가되었고 그 혼합물은 100°C의 마이크로웨이브 오븐에서 1시간 동안 가열되었다. 반응 종료 후 혼합물은 필터링되었고, 물로 희석되었고 DCM에 의해 추출되었다. 유기 층들은 MgSO₄로 건조되었고 농축되었다. FC(flash chromatography)(격리 EtOAc/펜탄 ,10 CV 에서 10% --> 50% 로 , 5 CV(column volume) 에서 100%)를 통해서 옐로우 오일 8(2 mg, 0.005 mmol, 3.5 % 수율)을 얻을 수 있었다.

예 8a: 화합물 (8)의 화합물 (8a)로의 전환:

위에 그리고 방식 1에서 도시된 바와 같은 입방이성질체(8a)는 a) 산화(데스-마르틴), 후속하는 NaBH₄ (또는 LiAlH (OMe)₃)과의 환원, 및 아세트산 무수물(acetic anhydride)에 의한 재아세틸화(reacetylation)에 선행하거나 b) Mitsunobu 반응(Ph₃P, DAED, 아세트산)(DAED = diethylazodicarboxylate)에 선행하는 아세테이트(K₂CO₃/MeOH)의 검화에 의해 8로부터 조제될 수 있다.

예 9: 6와 7의 결합에 의한 화합물 (9)의 합성:

위의 방식 1에서 도시된 바와 같은 화합물 (9)의 합성을 위해, 아지도아세틱 산(8mg, 0.080mmol), DMAP(N,N-디메틸아미노피리딘(dimethylaminopyridine))(24mg, 0.199mmol) 및 올리고뉴클레오티드(TTTTT)(123mg, 0.08mmol)이 0°C의 DMF(0.4ml)에서 현탁된다. EDC(15mg, 0.08mmol)이 첨가된다. 반은 혼합물은 실온에서 교반된다. 솔벤트는 감소된 압력 하에서 제거된다.

예 10: 8와 9의 결합에 의한 화합물 (10)의 합성:

위의 방식1에 도시된 바와 같은 화합물(10)의 합성을 위해, 황산 구리II(copper (II) sulfate)(0.555mg, 3.48μmol) 및 소브르산나트륨(Sodium ascorbate)(0.689mg, 3.48μmol)이 0.5ml의 물에서 용해되었다. 이 용액은 1ml의 MeCN에 8a(1.4mg, 3.48μmol) 및 9(1.02mg, 3.14μmol)가 있는 용액에 첨가되었다. 그 혼합물은 마이크로웨이브 오븐에서 130°C로 5시간 동안 가열되었고, 그 후에 필터링되었고 여과액은 진공 하에서 건조되었다. 산물은 질량 분광계에 의해 관찰되었다.

예 11: 화합물 (10)의 TBS에 의해 보호되는 하이드록실기의 탈보호:

0°C의 10ml의 THF에 10(1mmol)이 있는 혼합물에 THF 내의 2ml의 0.5M TBAF(N-tetrabutylammonium fluoride) 이 첨가되었다. 이 혼합물은 상온으로 웜업되도록 하였고, 그 후에 10분 동안 교반되었다. 혼합물은 그 후에 물로 반응을 종료시키고, DCM에 의해 추출되었다. 모인 유기 층들은 브라인으로 세정되었고 MgSO₄로 건조되었으며, 그 후에 진공 하에서 농축됨으로써 탈보호 화합물(11)이 획득되었다.

예 12: 11과 5의 결합 (12):

화합물(11)의 히드록실기는 그 후에 화합물 (8)의 합성에 대한 것과 동일한 방식으로(예 8을 참조하라) 화합물 (5)와 결합됨므로써, 화합물 (12)가 획득된다.

예 12a: 11과 5a의 결합 (12a):

예 12에서와 동일한 방식으로 화합물(5a)는 화합물 (11)과 결합하여 화합물 (12a)를 제조한다.

예 13: 12과 9의 결합 (13):

화합물 (12)는 화합물 (10)의 합성에 대한 것과 동일한 방식으로 화합물 (9)와 결합됨으로써(여기서 올리고뉴클레오티드는 ACAAA이다), 도 8에 도시된 센서가 제조된다. Na₂CO₃ 및 메탄올에 의한 검화에 의한 도 8에 도시된 화합물의 시클로헥실-모이어티에서의 제 3 알코올기의 탈보호 후에, 아래에 도시된 바와 같은 화합물 (13)이 획득된다:

예 13a: 12a와 9의 결합 (13a):

화합물 (12a)는 화합물 (10)의 합성에 대한 것과 동일한 방식으로 화합물 (9)와 결합됨으로써(여기서 올리고뉴클레오티드는 ACAAA이다), 아래에 도시된 바와 같은 센서(13a)가 제조된다:

예 14: 센서의 검사:

12mg의 화합물 (13) 또는 (13a)가 물(2ml)에 용해된다. 25°C의 물에 완벽하게 정합하는 5mg의 AAAAA를 추가하면, 1H-NMR에 의해 형태 변화가 검출된다.

예 15: CeO₂-나노컨테이너들의 합성 (템플레이트(template) 방법):

세륨(III)아세틸아세토네이트(cerium(III) acetylacetonate)(Ce(acac)₃, Sigma-Aldrich), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone; PVP, 평균 분자량 40' 000, Sigma-Aldrich), 과산화칼륨(potassium persulfate; KPS, Sigma-Aldrich), 이소니코틴 산(isonicotinic acid)(Fluka), 염화옥살릴(oxalyl chloride)(Fluka), 트리에틸아민(Triethylamine)(Acros Organics), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)(Sigma-Aldrich), 메틸렌클로라이드(methylene chloride)(Cambridge Isotope Laboratories), 중탄산소다(sodium bicarbonate)(NaHCO₃, Sigma-Aldrich), 산화은(silver (I) oxide)(Acros Organics), 소듐 도데실 설페이트염(sodium dodecyl sulfate salt; SDS, 85 %, Sigma-Aldrich), 우레아(urea)( Sigma-Aldrich), 실버나이트레이트(silver nitrate)(Carlo Erba Reagents), 에탄올((Fluka), 디클로로메탄(dichloromethane)(Honeywell), 톨루엔(toluene)(Fluka), 및 에틸 아세테이트(Fluka)가 분석용 품위(analytical grade)가 되었으며 추가 정화 없이 이용되었다. 스티렌(Styrene)(Fluka) 및 물이 이용 전에 이중으로 희석되었다.

폴리스틸렌 나노 구체 템플레이트의 합성:

음이온 폴리스틸렌 나노 구체들은 Kartsonakis 등((Kartsonakis, I.A.; Liatsi, P.; Daniilidis, I.; Kordas, G.; J. Am. Ceram Soc, 91 (2), 372-378)에 의한 방법에 따른 에멀전 중합을 통해 합성되었다. 반응 혼합물은 250mL의 물에 3.70g의 스틸렌, 0.30g KPS, 0.09g SDS를 혼합함으로써 조제되었다. 이 용액은 42시간 동안 아르곤 하의 80°C에서 교반되었다. 폴리스틸렌 나노 구체들은 상기 용액을 30분 동안 10000 rpm으로 원심 분리하여 3회 세정되어, 부유물이 제거되었고 물 속의 펠렛(pellet)들이 재현탁되었다.

CeO₂ 나노캡슐들의 합성:

졸-겔 방법을 통한 코팅 절차는 상술한 바와 같이 Kartsonakis 등으로부터 획득되었다. 획득된 0.280g의 폴리스틸렌 나노 구체들, 0.670g Ce(acac)₃, 0.400g PVP, 0.250g의 우레아 및 40ml의 물이 수분 동안 혼합되었다. 그리고나서 시약들이 100°C에서 어떠한 분기 없이 4 내지 5일 동안 반응되도록 하였다. 현탁액은 10000 rpm으로 30분 동안 원심 분리되었다. 부유물이 폐기되었고 펠렛들은 초음파 분해(sonication)를 이용하여 물 속에서 재현탁되었다. 이 세정 단계는 3회 반복되었고 코어/쉘 입자들은 40°C의 오븐에서 적어도 하루 동안 건조되었다.

폴리스틸렌 코어가 공기에 노출된 600°C의 온도의 오븐에서 5시간 동안 하소(calcinations)에 의해 제거되어, 비어 있는 세리아 나노캡슐들이 제조되었다.

예 16: 화합물 Ag(L)NO₃의 합성 및 이의 CeO₂ 나노캡슐들로의 캡슐화:

단계 a: 리간드 (L) 에탄-1,2-다이옥실-1,2-디-아이소니코티네이트의 합성:

리간드는 아르곤 대기 하에서 10g의 이소니코틴 산을 200ml의 톨루엔에서 용해시키고 5.2ml의 염화옥살릴을 하강 방식으로 첨가함으로써 합성되었다. 그 혼합물은 상온에서 하룻밤 동안 교반되었다. 45.3ml의 트리에틸아민을 첨가한 후에, 혼합물은 30분 동안 환류(reflux)되었다. 그리고 나서 상기 용액은 냉각되도록 두었고, 1.8ml의 에틸렌 글리콜이 하강 방식으로 첨가되었다. 용액은 다시 환류되었으며 2일 동안 교반되었다. 리간드는 필터링되어 반응 혼합물을 제거하였고, 메틸렌클로라이드의 첨가 후에, NaHCO₃ 포화 용액으로 1회 세정되었고 물로 2회 세정되었다. 필터링된 후에, 리간드는 에틸 아세테이트에서 2번 재결정화되었다.

단계 b: Ag(L)NO₃의 CeO₂ 나노캡슐들로의 캡슐화:

실버나이트레이트 및 세리아 나노캡슐들 내부의 자체의 리간드를 캡슐화하는데 이용되는 방법은 Kartsonakis 등(Kartsonakis, I.; Daniilidis, I.; Kordas, G.; J. Sol-Gel Sci. Technol. 2008, 48, 24-31)에 의해 착상되었다. 복합체는 2 단계들로 캡슐화되었다: 1) 먼저 AgNO₃의 캡슐화 후 그 후에 2) 리간드의 캡슐화. 각각의 단계에서, 나노캡슐들은 진공의 영향 하에 있었다. 그리고 나서 캡슐들은 1) 에탄올 내의 실버나이트레이트 및 2) 디클로로메탄 내의 리간드의 포화 용액들에 침전되었다. 그 혼합물은 상온에서 2시간 동안 교반되었다. 각각의 솔벤트에서 3회의 세정들 후에, 캡슐들은 40°C의 오븐에서 하룻밤 동안 건조되었다.

예 17: SiO₂-나노컨테이너들의 합성 (마이크로에멀전 방법):

화학제들:

· 마이크로에멀전

o 시클로헥산 (오일 상(oil phase))

o 이중 탈이온 수 (수 상(water phase))

o TritonX-100 = 폴리옥시에틸렌 페닐 에테르(Polyoxyethylene octylphenyl Ether) (비이온 계면 활성제)

o n-헥산올 (공 계면활성제(co-surfactant))

· 실리카 전구체들

o TEOS = 테트라에틸오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate)

o APTS = ( 3-아미노프로필) 트리에톡시실란

· 염기 촉매 - 암모니아 (28 내지 30 wt %)

· 세정

o EtOH

o MiliQ 수

8ml(0.064mol)의 n-헥산올 및 1.8ml(0.1mol)의 이중 탈이온 수 및 10g의 TritonX-100은 29.65g(0.352mol)의 시클로헥산(질소 하의)에 첨가되고 이는 질소 하에서 5일 동안 교반된다. 100μL(0.5mmol)의 TEOS가 첨가되고 이는 2시간 동안 교반된다. 2시간 후에, 250μL의 암모니아가 첨가되고 2시간 후에 1.5ml(0.257mol) EtOH에 APTS 0.1ml(0.6mmol)이 있는 용액의 50μL가 첨가된다. 이는 24시간 동안 교반된다. 24시간 후에 반응 혼합물은 원심 분리되고(10' 000 rpm, 30분, rt) 침전물은 25mL의 EtOH로 2번 세정되고 다시 원심 분리된다(10' 000 rpm, 15분, rt). 침전물은 MiliQ 수에서 재현탁되고 특정 시간 동안 교반된다(표 1 참조). 시간 및 온도에 따라, 실리카 구체들의 내부는 정도가 상이하게 제거될 수 있다(표 1 참조). 세정 후에, 샘플들은 다시 원심 분리되고(10' 000 rpm, 15분, rt), 침전물은 새 MiliQ 수로 옮겨지고, 여기서 침전물은 1주 이상 동안 안정한 상태로 유지된다.

실리카 나노 구체들로부터 코어를 제거하는데 대한 세정 조건의 영향.

온도: 40℃
시간: 40분
도 9

온도: 40℃
시간: 2시간
도 10

온도: 70 내지 80℃
시간: 2시간
도 11

도 9 내지 도 11은 세정의 시간 및 온도에 따른 결과적인 실리카 나노 구체들을 도시한다. 도 11로부터 실리카 구체들의 내부가 대부분 제거될 수 있음이 확인될 수 있다.

예 18: AgL(NO₃)의 SiO₂-나노컨테이너들로의 통합:

약물(리간드 1)의 SiO₂의 나노컨테이너들로의 통합은 약물들을 실리카 나노컨테이너들로 통합하는 12에 도시된 세트를 통한 AgL(NO₃)의 CeO₂-캡슐화에 대해 기술되는 방법과 유사하게 발생한다.

예 19: 나노컨테이너들을 센서에 부착:

Ag-화합물들이 충전된 CeO₂ 또는 SiO₂-나노컨테이너들은 3시간 동안 80°C에서 0.1M NaOH의 기본 배스(basic bath)에 배치된다. 컨테이너들은 물로 세정되고 진공 하에서 건조된다. 샘플들의 IR-스펙트럼들은 관능 OH-기들이 나노컨테이너들의 표면에 존재하는 것을 나타낸다. 그 후에 캡슐들은 염화산 코팅 표면을 얻기 위해 유형 CIOC-(CH₂CH₂O)_n-COCl(링커)의 이염화산의 초과량으로 직접적으로 처리된다. 습기를 피하기 위해 이 반응 동안 극도의 관심을 가져야 한다. 건조된 샘플들은 건조 THF에서 현탁되고 센서가 추가된다: 산염화물 기능이 있는 나노컨테이너들(20mg)은 무수(anhydrous) 테트라하이드로퓨란(2ml)에 현탁되고 10a(12mg)로부터 도출되는 센서는 THF(1ml)에 첨가되고, 그 혼합물은 상온에서 24시간 동안 교반된다. 그리고 나서 이 혼합물은 필터링되고 냉, 무수 THF의 두 부분들로 세정된다.

나노컨테이너의 IR-스펙트럼들은 현재 나노컨테이너들에 부착된 유기 물질들이 존재하고 있음을 보여준다.

예 20: Ag-화합물이 충전된 CeO₂ 또는 SiO₂ 나노컨테이너의 표면 상에 있는 링커에 화합물 (13a)의 결합:

화합물 (13a)은 화합물 (13a)의 자유 -OH기와 링커의 산염화물의 반응을 통한 표준 방법들에 의해 나노컨테이너에 링크되어, 결과적으로 도 13에 도시된 바와 같이 에스테르가 생성된다. 도13에서의 구체는 나노컨테이너를 표현한다.

예 21: 예 20에서 획득된 결합된 화합물의 테스팅:

예 20에서 획득된 화합물은 다음의 방식으로 테스트된다: 상기 화합물 및 요오드 이온들을 포함하는 수용액에 올리고뉴클레오티드 AAAAA가 제공되어 결과적으로 Ag-요드의 황색 침전물이 발생된다. 이것은 은-충전 나노컨테이너들이 존재할 때의 세균 센서의 기능을 입증한다.

예 22: 화합물 (13) 및 반코마이신의 결합:

반코마이신(Van)은 다음의 구조를 가진다(Van의 C-말단은 자체의 활성을 변경하지 않고 검증/수정/기능화될 수 있다):

화합물 (13)은 다음의 절차를 통해 Fmoc-8-아미노-3,6-디옥탄산(Fmoc-8-amino-3,6-dioxaoctanoic acid; AEEA) 링커와 결합된다:

a)트리에틸아민 및 DMAP(dimethylaminopyridine)(10 mol%)을 2-메틸-6-니트로벤조익 무수물(nitrobenzoic anhydride)로 용해함으로써, b) 화합물 (13)의 첨가에 선행하여 산을 첨가함으로써 의해 화합물 (13) 및 Fmoc-8-아미노-3,6-디옥탄산 사이에 에스테르화 반응이 일어난다. 상온에서 6시간 동안 교반한 후에, 83%의 수율로 에스테르가 획득된다.

2ml의 디메틸 포름아미드(Dimethyl Formamide; DMF)에 10mg의 에스테르 화합물(AEEA-13)의 용액에 0.3g의 반코마이신이 첨가되었다. 혼합물은 0°C로 냉각되었고 110mg 의 HATU(2-(1H-7-Azabenzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyl uronium hexafluorophosphate Methanaminium)가 첨가되었고, 이후에 0.2ml의 디이소프로필에틸아민(diisopropylethylamine; DIEA)가 첨가되었다. 상기 용액은 0°C에서 1시간 동안 교반되었고 그 후에 상온으로 가열되고 하룻밤 동안 교반되었다. 솔벤트의 제거는 원 생성물을 제공하였다. 이 원 생성물은 물에 용해되었고 CH₂Cl₂ 및 수성 상(aqueous phase)이 추출되었다. 이 원 생성물은 7.5mg의 VAN-AEEA-13을 제공하기 위해 분취 역상 HPLC(아세토니트릴(acetonitrile) 내의 0,1% TFA를 30분 동안 이용하는 5%부터 40%의 선형 경사)에 의해 정화되고 동결 건조되었다. 이 화합물을 얻기 위한 반응은 도 14에 도시된다.

예 23: 화합물 VAN-AEEA-13의 테스팅:

6mg의 화합물 VAN-AEEA-13이 물에 용해되었다. 이 용액에 1eq의 올리고뉴클레오티드 AAAAA가 첨가된다.

분석 방법들은 AAAAA의 추가에 의해 VAN-AEEA의 환원 제거의 반응이 발생하는 것을 보임으로써, 시클로헥산-모이어티의 형태의 변화가 화합물 VAN-AEEA를 제거하는 결과를 발생시킨다고 규정한다.

Claims

내재적으로 준안정한 스캐폴드를 구비하는 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 스캐폴드는 복수의 변화 가능 형태들을 가지는 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 스캐폴드는 리간드들을 가지는 센서.
제 3 항에 있어서,
상기 리간드들은 반응 또는 무반응 리간드들, DNA-및/또는 RNA-가닥들, 당들, 펩타이드들, 아미노산들, 효소-기질-복합체들, 또는 효소 또는 기질들, 유기금속 및 배위 화합물들, 화합물 충전 컨테이너(compound-filled container)들, 기능화 리간드들, 알코올들, 표시자들의 그룹으로부터 선택되는 센서.
제 4 항에 있어서, 상기 스캐폴드 형태 변화는 트리거의 존재에 의해 유발되는 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 스캐폴드 형태 변화에 대한 트리거는 세균, 바이러스, 균들, 곰팡이들, 균류들, 신진대사 산물 또는 노폐물들, 임의의 미생물 또는 세균의 신진대사 산물 또는 노폐물들, 펩타이드들, 아미노산들, 독소들, 유독 물질들, 미생물들, 포자들, 병원균들, 온도, pH, 이온 농도, 자기 영향들, 압력, 삼투압, 농도 경사(concentration gradient)들 등의 임의의 환경 변화의 존재일 수 있는 센서.
제 5 항에 있어서, 상기 트리거는 세균의 존재인 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 스캐폴드의 형태 변화는 상기 리간드들의 분자내 화학 반응을 개시하는 센서.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 리간드는 컨테이너를 포함하는 센서.
제 9 항에 있어서,
상기 분자내 화학 반응은 상기 컨테이너로부터 화합물 방출을 트리거하는 센서.
제 10 항에 있어서,
상기 화합물들은 약물들, 항생제들, 설페이트(sulfate)들, 설파진(sulfazine)들, 설파다이아진(sulfadiazine)들과 같은 금속염들, 표시자들, 변성제(denaturating agent)들, 유기금속 복합체들, 버퍼들, 알코올들, 자성 화합물들, 소포(vesicle)들로부터 선택될 수 있는 센서.
제 9 항에 있어서,
상기 컨테이너는 화합물들이 충전되는 다공성 나노캡슐인 센서.
제 12 항에 있어서,
상기 나노캡슐의 포어(pore) 크기는 가역으로 변화 가능한 센서.
제 13 항에 있어서, 상기 포어 크기의 변화는 환경 요인들에 의해 유발되는 센서.
센서의 제조를 위한 방법에 있어서,
a) 관능기-보호 준안정 스캐폴드를 제공하는 단계
b) 상기 준안정 스캐폴드를 리간드들로 링크하는 단계
c) 상기 준안정 스캐폴드를 제 1 링커-DNA 및/또는 RNA로 링크하는 단계
d) 상기 제 1 링커-DNA 및/또는 RNA로 상기 스캐폴드에 결합하는 단계
e) 제 2 링커-DNA 및/또는 RNA로 제 1 링커-DNA 및/또는 RNA에 결합하는 단계
f) 상기 스캐폴드의 관능기를 탈보호(deprotection)하는 단계를 포함하는 센서의 제조를 위한 방법.
세균의 감염을 예방하기 위해, 전술한 청구항 들 중 한 항에 따른 센서의 이용.
전술한 항들 중 한 항에 따른 항균 시스템으로 세균의 감염들을 예방하는 방법에 있어서,
a) 적어도 하나의 약물-충전 나노캡슐과 결합되는 스캐폴드 및 링커-DNA 및/또는 RNA를 포함하는 항균 시스템을 제공하는 단계
b) 세균의 단일 가닥 DNA 및/또는 RNA 가닥에 결합함으로써 분자내 페어링을 깨는 단계
c) 형태를 안정화하기 위해 상기 스캐폴드의 리간드들의 화학 반응에 의해 상기 스캐폴드의 형태 변화를 트리거하는 단계
d) 상기 화합물-충전 나노캡슐들의 포어 크기의 변화를 개시하는 단계
e) 상기 화합물-충전 나노캡슐들로부터 약물들을 방출하는 단계를 포함하는 예방하는 방법.
생물막들의 형성을 방지하기 위한 항균 시스템의 이용.
용액 내에서 세균검출을 위한 향균시스템의 이용.