KR20230070776A - 은 이온 또는 은 나노입자 검출용 화합물 및 이의 제조 방법 - Google Patents
은 이온 또는 은 나노입자 검출용 화합물 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 은 이온(Ag+), 은 나노입자(AgNP)를 검출하기 위한 펩타이드 기반의 형광 센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로
펩타이드 기반의 은 나노 입자를 검출하는 형광 센서는 수용액 상에서 은 이온 및 은 나노입자와 결합하여 형광이 증가하는 것을 특징으로 하며, 나노몰 수준의 높은 검출 한계를 가지며 Ag에 대한 선택성과 감도가 우수하다.
펩타이드 기반의 은 나노 입자를 검출하는 형광 센서는 수용액 상에서 은 이온 및 은 나노입자와 결합하여 형광이 증가하는 것을 특징으로 하며, 나노몰 수준의 높은 검출 한계를 가지며 Ag에 대한 선택성과 감도가 우수하다.
Description
본 발명은 은 이온(Ag+) 및 은 나노입자(Ag NP)를 선택적으로 검출할 수 있는 프로브에 관한 기술이다.
은(Ag) 은 전기 산업, 사진, 영상 산업 및 제약 산업에서 널리 사용된다. 특히 은 나노입자(AgNP)는 광범위한 박테리아에 대한 강력한 항균 활성과 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 가장 빠르게 성장하는 나노물질 중 하나이다.
따라서 은 나노입자는 치약, 세제, 페인트, 상처 드레싱, 의류 및 건강 보조 식품과 같은 다양한 소비재에 광범위하게 사용하고 있다. 하지만 은 나노입자의 광범위한 사용으로 인하여 자연계에 은 이온 및 은 나노입자가 그대로 방출된다. 자연계에 방출된 은 이온 및 은 나노입자는 DNA 복제를 억제하고 세포질 막을 교란하고 특정 효소를 비활성화 함으로써 환경적으로 중요한 박테리아, 양서류 및 어류에 다양한 독성을 보이기 때문에 수생 환경에 문제를 유발하고 있다.
따라서 환경 시스템에서 은 나노입자 및 은 이온의 농도를 쉽게 모니터링할 수 있는 신뢰할 수 있는 분석 기술이 필요하다. 은 이온은 일반적으로 원자 흡수 분광법, 유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광법 또는 질량 분석법을 사용하여 검출 및 정량화되는데, 이러한 방법은 고가의 기기, 높은 운영 비용, 샘플 준비에 시간이 많이 소요되는 절차 및 실시간 모니터링의 어려움으로 인해 그 적용이 제한적이다.
이에 반하여 형광센서를 이용하는 방법은 뛰어난 감도로 인해 10-9 M 이하의 저농도의 신호를 관찰할 수 있으며 형광계의 가격이 저렴하며, 실제 샘플의 전처리 과정이 용이하며, 오염원의 실시간 모니터링 등의 장점을 가진다. 그래서 은 이온에 대한 형광 화학 센서에 대한 연구들이 발표된 바 있다 (A. P. de Silva, Chem. Rev. 1997, 97, 1515; Bardasov et al., 2020, 1222, 128935; Zhang et al., 2019, 19, 247).
하지만 대부분의 은 이온 형광 센서는 물 분자에서 은 이온의 강한 수화 및/또는 물에서 낮은 용해도로 인해 순수한 수용액에서 은 이온에 대한 감도가 낮으며 은 이온 검출을 위해 높은 비율의 유기 용매가 필요하다. 또한, 은 이온과 같이 소프트 이온으로 분류되는 수은 이온은 강력한 형광 소광 효과를 가지고 있고 은 이온 수용체와도 결합을 할 수 있기 때문에 거의 모든 은 이온 형광 센서는 수은 이온의 간섭 효과에서 자유롭지 못하다. 무엇보다도 현재 개발된 대부분의 형광 프로브는 은 나노입자에서 은 이온으로의 산화 과정에서 충분한 안정성을 갖지 못하여서 대부분의 은 이온 형광 센서는 은 나노입자의 검출에 적용되지 못한다. 또한 두 개의 형광 파장을 이용한 비례 형광 검출법은 용매의 극성, 점도, 온도, 기기의 양자 효율 등을 보정할 수 있어 정확한 정량을 위해서는 가장 적절한 형광 검출 방식으로 간주되고 있으나 앞서 언급한 단점을 극복하고 수용액에서 비례 형광 변화로 은 이온 및 은 나노입자를 분석하는 형광 화학 센서의 예는 매우 극히 드물다.
이에 본 발명에서는 수용액에서 은 이온과 은 나노입자를 비례 형광으로 검출하는 형광 센서와 이를 이용하여 수용액 환경에 존재하는 은 이온과 은 나노입자를 정량 분석하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 은 이온 및 은 나노입자를 검출하기 위하여 높은 선택성과 감도가 우수한 펩타이드 기반 화합물, 이의 입체 이성질체, 또는 이의 염 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에서,
하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 입체 이성질체, 또는 이의 염을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 NH, O 또는 S이고,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C6 알킬이다.
본 발명의 다른 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염을 포함하는, 형광센서를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에서,
하기 반응식 1과 같이,
a: 고체상에 지지된 화학식 2의 화합물을 화학식 3의 화합물과 반응시켜 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계;
b: 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 고체상으로부터 분리하여 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계;를 포함하는 제1항에 따른 화합물의 제조방법을 제공한다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, X1, X2, R1, R2, 및 R3 는 제1항에서 정의된 바와 같으며, 
는 고체상에 해당한다.
본 발명에 따른 펩타이드 기반의 화합물은 은 이온 또는 은 나노입자와 결합하여 형광을 방출하는 형광 센서로 사용된다. 본 발명에 따른 화합물은 나노몰 수준의 높은 검출한계를 가지며, 선택성과 감도가 우수하다. 따라서, 지하수 및 수돗물 등에서 은 나노입자를 비례 형광 변화로 정량 할 수 있으며, 고체상 합성을 이용하여 손쉽게 합성할 수 있다.
도 1은 (a) 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서, 실시예 1(5 μM)에 대한 은 이온 농도 변화에 따른 형광 스펙트럼 측정 결과이며, (b) UV lamp를 조사하여 은 이온 농도에 따른 실시예 1 (5 μM)을 포함한 용액의 형광 변화를 보여주는 사진이다.
도 2는 (a) 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서, 실시예 1(5 μM)과 다양한 금속(25 μM) 이온에 존재에 따른 형광 스펙트럼 측정 결과이며, (b) UV lamp를 조사하였을 때, 실시예 1 (5 μM)과 다양한 금속 (25 μM)을 포함한 용액의 형광을 보여주는 사진이다.
도 3은 10 mM phosphate buffer (pH 7.4)수용액에서, 실시예 2와 은이온 농도(5 μM) 증가에 따른 형광 스펙트럼 측정 결과이다.
도 4는 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서, 실시예 2(5 μM)와 다양한 금속 (25 μM) 이온의 존재에 따른 형광 스펙트럼이다.
도 5는 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서, 실시예 1과 은 나노입자 농도 변화에 따른 형광 스펙트럼 측정 결과이다.
도 6는 실시예 1과 은 이온(Ag+) 존재 시 ESI-MS 스펙트럼이다.
도 7는 실시예 1과 은 이온(Ag+) 존재 시 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 8는 은 이온(Ag+)과 은 나노입자의 농도에 따른 실시예 1의 비례 형광의 세기 변화이다.
도 2는 (a) 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서, 실시예 1(5 μM)과 다양한 금속(25 μM) 이온에 존재에 따른 형광 스펙트럼 측정 결과이며, (b) UV lamp를 조사하였을 때, 실시예 1 (5 μM)과 다양한 금속 (25 μM)을 포함한 용액의 형광을 보여주는 사진이다.
도 3은 10 mM phosphate buffer (pH 7.4)수용액에서, 실시예 2와 은이온 농도(5 μM) 증가에 따른 형광 스펙트럼 측정 결과이다.
도 4는 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서, 실시예 2(5 μM)와 다양한 금속 (25 μM) 이온의 존재에 따른 형광 스펙트럼이다.
도 5는 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서, 실시예 1과 은 나노입자 농도 변화에 따른 형광 스펙트럼 측정 결과이다.
도 6는 실시예 1과 은 이온(Ag+) 존재 시 ESI-MS 스펙트럼이다.
도 7는 실시예 1과 은 이온(Ag+) 존재 시 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 8는 은 이온(Ag+)과 은 나노입자의 농도에 따른 실시예 1의 비례 형광의 세기 변화이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별 히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 NH, O 또는 S이고,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C6 알킬이다.
상기 화학식 1에서, X1은 NH일 수 있다.
상기 화학식 1에서, X2는 O 일 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 및 R2 는 각각 C1-C6 알킬일 수 있다.
상기 화학식 1에서, X1은 NH이고, X2는 O이고, R1, R2 는 C1-C2 알킬이고, R3는 수소 또는 메틸일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 군으로부터 선택될 수 있다.
(E)-2-(2-(2-(1H-벤조[d]이미다졸-2-일)-2-시아노비닐)-5-(디에틸아미노)페녹시)-N-(2-아미노-2-)아세트아마드; 및
(S,E)-2-(2-(2-(1H-벤조[d]이미다졸-2-일)-2-시아노비닐)-5-(디에틸아미노)페녹시)아세트아미도)프로판아미드.
상기 "알킬"은, 달리 명시되지 않는 한, 직쇄 또는 분지쇄의 포화된 탄화수소 잔기를 포함한다. 예를 들어, "C1-C6알킬"은 1 내지 6개 탄소로 골격이 이루어진 알킬을 의미한다. 구체적으로 메틸, 에틸, n-프로 필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸, n-펜틸, i-펜틸, t-펜틸, sec-펜틸, 네오 펜틸, 헥실 등을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1에 따른 화합물은 입체이성질체로서 제공될 수 있으며, 본 발명에서의 입체 이성질체는 광학이성질체 또는 시스-트랜스 이성질체를 포함한다.
상기 화학식 1은 R3가 치환된 비대칭탄소(asymmetric carbon)을 포함하는바 광학이성질체가 존재할 수 있다. 또한, C=C 이중결합을 중심으로 시스와 트랜스의 이성질체가 존재할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 화학식 1에 따른 화합물은 광학이성질체, 시스-트랜스 이성질체 및 그 조합에 따른 입체이성질체를 모두 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1에 따른 화합물은 염의 형태로 제공될 수 있으며, 상기 염은 산 부가염일 수 있다. 산 부가염에 있어서, 상기 산은 무기산 또는 유기산을 포함하며, 무기산은 염산, 황산, 질산, 불산 등을 포함하며, 유기산은 구연산, 포름산, 아세트산 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염을 포함하는 형광 센서를 제공한다.
상기 형광 센서는 은 이온 및/또는 은 나노입자를 검출대상으로 할 수 있다.
상기 검출 대상은 은 이온 및/또는 은 나노입자이며, 은 이온 및/또는 은 나노입자를 포함하는 시험 용액에 대하여 은 이온 및/또는 은 나노입자를 포함하는지 여부를 검출하는데 상기 형광 센서를 이용할 수 있다. 상기 용액의 용매는 물, DMF(dimethylformamide), 아세토나이트릴(acetonitrile) 및 메탄올(methanol)를 포함할 수 있다. 또는 상기 검출 대상은 수용액이며, 유기 용매를 소량 포함할 수 있고, 상기 유기 용매로는 DMF, 아세톤나이트릴, 메탄올, 에탄올, 아세톤 등의 유기용매를 더 포함할 수 있으며, 상기 유기 용매는 의도적 또는 비의도적으로 포함될 수 있다. 상기 검출 대상은 다양한 불순물을 더 포함할 수 있다. 상기 불순물로는 다른 은 이온 및/또는 은 나노입자를 제외하는 다른 금속 이온 또는 금속 나노입자를 더 포함할 수 있다.
상기 형광 센서는 은 이온 및/또는 은 나노입자를 선택적으로 검출하는 특성을 가질 수 있다.
상기 은 이온 및 은 나노입자를 선택적으로 검출한다는 것은 Ag+, Al3+, Ca2+, Cd2+, Co3+, Cr3+, Cu2+, K+, Hg2+, Mg2+, Mn2+, Na+, Ni2+, Zn2+, Pb2+와 같은 다른 금속 이온을 1종 이상 포함하는 포함하는 용액에서 은 이온 및/또는 은 나노입자를 특징적으로 검출하는 것을 의미한다.
상기 형광센서를 통한 상기 은 이온 및/또는 은 나노입자의 검출시, 상기 은 이온 및/또는 은 나노입자 1 당량 당 형광센서의 기능을 수행하는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 2 당량이 결합하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 일 측면에서는,
하기 반응식 1과 같이,
a: 고체상에 지지된 화학식 2의 화합물을 화학식 3의 화합물과 반응시켜 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계;
b: 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 고체상으로부터 분리하여 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계;를 포함하는 제1항에 따른 화합물의 제조방법을 제공한다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, X1, X2, R1, R2, 및 R3 는 상기 화학식 1에 따른 화합물에 대한 설명에서 정의된 바와 같으며, 
는 고체상에 해당한다.
상기 a 단계는 고체상에 지지된 화학식 2의 화합물을 화학식 3의 화합물과 반응시켜 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계이다.
상기 a 단계는 고체상에 지지된 화학식 2의 화합물에 화학식 3의 화합물을 커플링시키는 아마이드화 반응이다. 상기 아마이드화 반응은 잘 알려진 고체상 합성법을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 고체상은 고분자 수지 입자일 수 있으며, 아마이드화 반응을 위하여 화학식 3의 화합물을 활성화는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 활성화는 카보다이이미드류의 활성화제를 통해서 동시에 이루어질 수 있다. 상기 반응 용매는 DMF, DMSO, THF, 아세톤, 디메틸클로로메탄 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 상기 아마이드화 반응은 촉매로서 염기를 더 포함할 수 있고, 염기는 1차, 2차, 3차 아민 또는 피페리딘과 같은 고리형 아민을 사용할 수 있다.
반응은 상온에서 수행될 수 있다.
상기 b 단계는 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 고체상으로부터 분리하여 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계이다.b 단계의 분리 반응은 산 조건하에서 수행될 수 있고, 상온에서 수행되며, 반응시간은 1시간 이상 또는 10시간 이하로 선택될 수 있다.
상기 b 단계 이후, 분리된 화학식 1의 화합물을 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 정제는 크로마토그래피, 재결정 등의 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하여 은 이온 및/또는 은 나노입자를 검출하는 방법을 제공한다.
상기 방법은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염을 시험 용액에 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 시험 용액은 전술한 바와 같다.
본 발명에서의 상기 은 이온 및/또는 은 나노입자 검출 방법은 비례 형광형 형광 감응 특성을 나타낼 수 있다.
상기 비례 형광형 형광 감응은 시험액 중 은 이온 및/또는 은 나노입자의 농도에 따라 형광의 세기가 변화하는 것을 의미한다.
상기 형광 센서와 은 이온 및/또는 은 나노입자 결합에 따른 형광 파장은 여기 파장이 450 nm일 때, 500 nm 이상의 두 개의 형광 파장을 보이며, 구체적으로는 500 nm 내지 535 nm 파장의 형광을 보인다.
상기 두 개의 형광 파장은 510 내지 520 nm과 530 내지 540 nm 파장을 포함할 수 있으며, 도 1 내지 도 5의 예시와 같이 농도 및 은 이온에 따른 비례 형광 변화를 비교하는 척도로 사용된다.
본 발명의 다른 측면에서, 본 발명에 따른 상기 형광센서는 은 이온의 경우 0.64 ppb 이상, 은 나노입자에 대하여 1.1 ppb 이상의 검출 한계를 나타낼 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 범위는 특정 실시예, 실험예에 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해해야 할 것이다.
<실시예 1> (E)-2-(2-(2-(1H-벤조[d]이미다졸-2-일)-2-시아노비닐)-5-(디에틸아미노)페녹시)-N-(2-아미노-2-)아세트아마드의 제조(화합물 A)
실시예 1에 따른 화합물 A는 아래 스킴에 따라서 제조되었다.
Rink amide MBHA resin (200 mg, 0.1 mmol)을 3 ml 무수 DMF에 넣고 약 30분간 미리 팽윤시킨다. 상기의 수지에 20% 피페리딘/DMF 용액 3 ml을 첨가하여 15분간 반응시켜 아미노 말단의 Fmoc 그룹을 제거한 후, 1.5 ml 무수 DMF 용매 안에 0.3 mmol Fmoc-L-glycine, DIC (47 μl), 그리고 HOBt (40 mg)를 첨가한 후, 미리 15분간 활성화시킨 용액과 약 4시간 정도 반응시킨다. 반응 후 용액을 걸러내고, 수지를 DMF와 메탄올로 수차례 세척한 후, kaiser 테스트를 실행한다. kaiser 테스트가 양성으로 나오면 20% 피페리딘/DMF를 이용해 펩타이드의 아미노 말단의 Fmoc 그룹을 제거하고, 형광체 부분을 활성화시켜 레진에 도입한다. 이후 합성이 잘되었는지를 kaiser 테스트로 확인하고, 레진에 용액 (Trifluoroacetic acid 95부피%, water 5부피%)과 상온에서 6시간 반응시켜 수지로부터 형광 센서를 떼어낸 후 여과를 통해 수지와 용액에 녹아있는 형광 센서를 분리하고, 이후 얻어진 형광 센서는 역상 HPLC (C-18 칼럼 delta pak C18-300A, 1.9*30 cm)을 이용하여 정제하였다. (78% 수율) (Eluent : water/acetonitrile in 0.1% TFA (gradient) : Flow Rate 3.0 mL/min). 정제된 형광 센서들의 순도는 HPLC를 이용하여 분석하였다 (97% 이상). 정제한 형광 센서의 녹는점 분석 결과 192 ℃ 임을 확인하였다.
1HNMR(400MHz,DMSO-d6) δ 8.51 (s, 1H), 8.35 (t, J = 6 Hz, 1H), 8.26 (d, J = 9.2 Hz, 1H), 7.63-7.61(m, 2H), 7.45 (s, 1H), 7.32-7.30 ( m, 2H), 7.14 (s, 1H), 6.57 (d, J = 9.2 Hz, 1H), 6.19 (s, 1H) 4.78(s, 2H), 3.76 (d, J = 5.6 Hz, 2H), 3.50-3.48(m, 4H), 1.16-1.11 (m, 6H);
13CNMR(100MHz,DMSO-d6) δ 170.5, 167.5, 159.8, 152.9, 148.8, 141.1, 129.4, 123.5, 117.8, 114.2,108.8, 105.8, 94.5, 67.3, 44.3, 41.49, 12.5; IR (KBr): 3430 (br s), 2975, 2920, 2210, 1670, 1614, 1560, 1510, 1350, 1270, 1205, 1130 cm-1
<실시예 2> (S,E)-2-(2-(2-(1H-벤조[d]이미다졸-2-일)-2-시아노비닐)-5-(디에틸아미노)페녹시)아세트아미도)프로판아미드의 제조
실시예 1과 동일한 실험 방법으로 진행하였으며, Fmoc-L-glycine 대신 Fmoc-L-alanine 물질을 사용하여 실시예 2를 합성하였다. 실시예 2 역시 정제한 형광 센서의 녹는점 분석 결과 192 ℃ 임을 확인하였다.
1HNMR(400MHz,DMSO-d6) δ 8.53 (s, 1H), 8.26 (d, J = 9.2 Hz, 2H), 7.63-7.61 (m, 2H), 7.50 (s, 1H), 7.34-7.32 ( m, 2H), 7.14 (s, 1H), 6.57 (d, J = 9.2 Hz, 1H), 6.15 (s, 1H) 4.78 (s, 2H), 4.36-4.37 (m, 1H), 3.51-3.46 (m, 4H), 1.28 (d, J = 6.8 Hz, 3H) 1.16-1.11 (m, 6H);
13CNMR(100MHz,DMSO-d6) δ 173.8, 166.7, 160.0, 157.9, 153.0, 148.7, 141.5, 136.1, 129.5, 123.7, 117.7, 114.1,108.8, 105.9, 94.3, 67.1, 47.7,44.3, 18.53, 12.5; IR (KBr): 3430 (br s), 2980, 2920, 2205, 1670, 1620, 1560, 1510, 1360, 1280, 1205, 1130 cm-1;
<실험예 1> 금속 이온 용액의 제조 및 이를 이용한 형광 변화 분석
실시예 1 에 따른 화합물의 금속 이온 결합 특성을 평가하기 위하여 Ag+, Al3+, Ca2+, Cd2+, Co3+, Cr3+, Cu2+, K+, Hg2+, Mg2+, Mn2+, Na+, Ni2+, Zn2+, Pb2+ 이온들을 사용하였다.
상기 금속 이온들을 포함하는 용액을 먼저 제조하였다. 수용액 상의 Ag+, Al3+, Ca2+, Cd2+, Co3+, Cr3+, Cu2+, K+, Hg2+, Mg2+, Mn2+, Na+, Ni2+, Zn2+, Pb2+이온들의 퍼클로레이트 염 스톡 솔루션(10 mM)을 제조 후, 실시예 1의 스톡 솔루션(0.5 mM)을 물로 제조하였다. 실시예 1의 스톡 솔루션을 테스트 튜브로 옮기고, 각 금속 이온의 스톡 솔루션의 적당 분취량을 가한 후, 20 mM phosphate buffer (pH 7.4)와 물로 이 용액을 10 mM로 희석하여 테스트 용액을 제조하였다.
상기 제조된 테스트 용액들에 대해 형광 스펙트럼을 측정하였다. 형광 스펙트럼의 측정 시, 일반적으로, 여기 파장은 450 nm이다. 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 수용액에서 금속 이온 농도에 따라 측정하였다.
금속 이온 중 은 이온에 대한 형광 스펙트럼은 도 1에 제시되어 있으며, 은 이온 농도가 증가함에 따라 530 nm 파장의 형광은 증가하며, 500 nm의 파장은 감소하며, 비례 형광 변화를 보였다.
도 2는 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) 중에서, 실시예 1에 따른 화합물의 존재하에서(5 μM) 금속 이온들(25 μM) 의 형광 스펙트럼 측정 결과를 보여준다. 시험된 다양한 금속 이온들 가운데 오직 Ag+에 대해서만 실시예 1 화합물이 형광 변화를 나타냈다. 금속 이온을 포함하지 않고 실시예 1 화합물만 존재하는 경우(도 2에서 None으로 표시)나 은 이온 이외의 다른 금속 이온들이 함께 존재하는 경우에는 형광 스펙트럼이 거의 동일하게 나타나고 있으며, 이를 통해서 실시예 1 화합물은 금속 이온 중에서 은 이온만을 선택적으로 검출할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 2> 실시예 2 화합물의 은 이온 농도에 따른 형광 센서의 형광 변화
도 3는 실시예 2 화합물 (5 μM)에 대해 은 이온의 농도들 증가시키며 형광 변화를 관찰한 그래프이다. 약 3당량의 은 이온 존재 하에서 형광 변화가 포화됨이 관찰되었으며 비례 형광 변화가 일어남을 관찰하였다.
도 4는 준비된 금속 이온들(25 μM)과 실시예 2 화합물 (5 μM)의 형광 스펙트럼 측정 결과를 보여주며, 실시예 1 화합물과 동일하게 실시예 2 화합물에 대해서 은 이온만이 형광 변화를 나타냄을 알 수 있다. 이를 통해서 본 발명에 따른 화합물은 금속 이온 중에서 은 이온만을 선택적으로 검출할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 3> 실시예 1 화합물을 이용한 은 이온 및 은 나노입자 농도에 따른 정량적 분석
은 나노입자를 적절한 산화제를 첨가하여 산화시킴으로써 은 이온을 검출하고자 하였다.
은 나노입자(10 μM)를 과산화수소(H2O2)를 1 mM 이용하여 산화시켜 은 이온을 생성하고, 이를 실시예 1 화합물을 이용하여 형광으로 검출하여 은 나노입자를 정량하였다.
은 나노입자에 과산화수소수 1 mM을 처리한 후 10분 후의 샘플을 실시예 1 화합물(5 μM)을 포함한 용액에 넣고 형광 변화를 측정하였다. 은 나노입자의 농도를 변화시키면서 형광 세기를 측정하여 은 나노입자에 대한 형광 변화를 측정한 바
과산화수소수를 이용하여 은 나노입자를 은 이온으로 전환 시 실시예 1 화합물은 비례 형광 변화를 보였다. 은 나노입자 약 4 μM에서 형광 변화가 포화 되며, 513 nm이상의 형광은 과산화수소수 존재하에서도 은 나노입자의 농도에 비례해서 증가한다. 도 5는 실시예 1 (5 μM)에 대해 과산화 수소수 존재 하에서 은 나노입자의 농도들 증가시키며 형광 변화를 관찰한 그래프이다.
이를 통해 은 나노입자의 농도를 정량적으로 측정할 수 있음을 확인 할 수 있었다.
<실험예 4> 질량 분석기를 이용한 실시예 1 화합물-은 이온 복합체의 확인
실시예 1과 은 이온(Ag+)간의 결합 상태를 분석하기 위하여, 실시예 1 화합물-은 이온(Ag+)복합체를 ESI mass를 이용하여 분석하였다. 도 6은 실시예 1-은 이온(Ag+) 복합체의 ESI-MS 스펙트럼을 나타낸다. [펩타이드+Ag+]에 상응하는 m/z 피크를 관찰할 수 있다. 이로부터 실시예 1 화합물은 은 이온과 2:1로 결합함을 확인하였다.
<실험예 5> NMR를 이용한 실시예 1 화합물-은 이온 복합체의 확인
실시예 1 화합물-은 이온(Ag+) 결합 비율을 검증하기 위하여 NMR 적정 실험을 수행하였다. 도 7은 실시예 1 화합물-은 이온(Ag+)에 대한 분자간 결합에 의한 실시예의 proton peak의 변화 결과를 나타낸다. 하기 값은 실시예 1 화합물 및 2 화합물의 m/z 분석 값이다.
실시예 1 화합물 HRMS (m/z): [M + H+]+calculated for C24H26N6NaO3: 447.2139, observed: 447.2140.
실시예 2 화합물 HRMS (m/z): [M + H+]+calculated for C25H28N6NaO3: 461.2296, observed: 461.2299.
<실험예 6> 은 이온과 은 나노입자의 100% 수용액에서의 검출 한계의 평가
도 8은 100% 수용액에서, 은 이온과 은 나노입자의 농도에 따른 실시예 1 화합물의 비례 형광의 세기 변화를 보여주며 이를 이용하여 검출 한계를 구하였다.
도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 은 이온과 은 나노입자의 농도 증가 (0~200 nM)에 따라 실시예 1이 비례 형광이 직선으로 증가함을 알 수 있다. 이를 이용하여 수용액의 Ag+와 은 나노입자의 검출 한계를 구하였다. 실시예 1의 경우, 은 이온에 대해서는 0.64 ppb, 은 나노입자에 대해서는 1.1 ppb의 검출 한계를 보여준다.
<실험예 7> 실시예 1 화합물을 이용한 지하수 및 수돗물 내의 은 이온 및 은 나노입자 검출 결과
표 1은 실시예 1 화합물을 이용하여 지하수와 수돗물 내에서의 은 이온의 정량 수득률을 나타낸 것이며, 표 2는 실시예 1 화합물을 이용하여 지하수와 수돗물 내에서의 은 나노입자의 정량 수득률을 나타낸 것이다. 실제 수돗물과 지하수를 20% 포함한 완충 용액을 제조한 후 알려진 양의 은 이온과 은 나노입자를 넣은 후 실시예 1 화합물의 비례 형광 변화로부터 그 양을 계산하고 실제 넣어준 양과 비교 그 수득률을 계산한 것이다. 이 결과 실시예 1 화합물은 은 이온의 경우, 지하수에서는 96% 이상의 수득률을 보여주었으며, 수돗물에서는 95%이상의 수득률을 보여주었다. 또한, 은 나노입자의 경우에는 지하수에서는 94% 이상의 수득률을 보여주었으며, 수돗물에서는 93%이상의 수득률을 보여주었다.
| 샘플용액 | 넣어준 은 이온 (μM) | 수득률(%) |
| 지하수 | 3000 | 99.0 |
| 2000 | 98.0 | |
| 1000 | 96.0 | |
| 500 | 96.0 | |
| 400 | 100 | |
| 200 | 100 | |
| 100 | 96.0 | |
| 0 | 0 | |
| 수돗물 | 3000 | 97.7 |
| 2000 | 96.0 | |
| 1000 | 96.0 | |
| 500 | 96.0 | |
| 400 | 97.5 | |
| 200 | 100 | |
| 100 | 95.0 | |
| 0 | 0 |
| 샘플용액 | 넣어준 은 이온 (μM) | 수득률(%) |
| 지하수 | 3000 | 99.0 |
| 2000 | 97.0 | |
| 1000 | 94.0 | |
| 500 | 96.0 | |
| 400 | 97.5 | |
| 200 | 100 | |
| 100 | 94.0 | |
| 0 | 0 | |
| 수돗물 | 3000 | 95.7 |
| 2000 | 96.5 | |
| 1000 | 95.0 | |
| 500 | 94.0 | |
| 400 | 95.0 | |
| 200 | 100 | |
| 100 | 93.0 | |
| 0 | 0 |
Claims (10)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 NH, O 또는 S이고,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C6 알킬이다. - 제1항에 있어서,
X1은 NH인,
화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염. - 제1항에 있어서,
X2는 O인,
화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염.
- 제1항에 있어서,
R1 및 R2는 각각 C1-C6 알킬인,
화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염.
- 제1항에 있어서,
X1은 NH이고, X2는 O이고, R1, R2 는 C1-C2 알킬이고, R3는 수소 또는 메틸인,
화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염.
- 제1항에 있어서, 상기 화합물은 하기 화합물 군으로부터 선택되는 어느 하나인, 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염:
(E)-2-(2-(2-(1H-벤조[d]이미다졸-2-일)-2-시아노비닐)-5-(디에틸아미노)페녹시)-N-(2-아미노-2-)아세트아마드; 및
(S,E)-2-(2-(2-(1H-벤조[d]이미다졸-2-일)-2-시아노비닐)-5-(디에틸아미노)페녹시)아세트아미도)프로판아미드.
- 제1항에 따른 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염을 포함하는, 형광센서.
- 제7항에 있어서, 상기 형광센서는 은 이온 및 은 나노입자의 하나 이상 검출용인, 형광센서.
- 하기 반응식 1과 같이,
a: 고체상에 지지된 화학식 2의 화합물을 화학식 3의 화합물과 반응시켜 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계;
b: 고체상에 지지된 화학식 4의 화합물을 고체상으로부터 분리하여 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계;를 포함하는 제1항에 따른 화합물의 제조방법:
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, X1, X2, R1, R2, 및 R3 는 제1항에서 정의된 바와 같으며,는 고체상에 해당한다.
- 제1항에 따른 화합물, 이의 입체이성질체, 또는 이의 염을 시험 용액에 첨가하는 단계를 포함하는, 은 이온 및 은 나노입자 중 일 이상의 검출방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210156714A KR102620373B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 은 이온 또는 은 나노입자 검출용 화합물 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210156714A KR102620373B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 은 이온 또는 은 나노입자 검출용 화합물 및 이의 제조 방법 |
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| KR102620373B1 KR102620373B1 (ko) | 2024-01-02 |
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ID=86544932
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| KR1020210156714A KR102620373B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 은 이온 또는 은 나노입자 검출용 화합물 및 이의 제조 방법 |
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| KR (1) | KR102620373B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5719019A (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-17 | Eastman Kodak Company | Room-light handleable direct reversal silver halide emulsions containing nitro-substituted imidazole rereversal suppressants |
| KR20150097099A (ko) * | 2014-02-18 | 2015-08-26 | 인하대학교 산학협력단 | 수은 이온 검출용 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수은 이온 검출용 비색 형광 감응 화학센서 |
| KR20160004463A (ko) * | 2014-07-02 | 2016-01-13 | 기초과학연구원 | 은이온에 특이적 형광 증대 현상을 보이는 디옥시리보 핵산 기반의 은나노클러스터와 이의 제조 방법 및 이에 따른 은이온 감응 센서 |
| KR101845875B1 (ko) * | 2016-10-26 | 2018-04-05 | 인하대학교 산학협력단 | 트리펩타이드 유도체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 화학센서 및 이를 이용한 알루미늄 이온 및 3가 금속이온을 검출하는 방법 |
-
2021
- 2021-11-15 KR KR1020210156714A patent/KR102620373B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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