Part I Fluorescent detection of inorganic mercury and methylmercury in aqueous solution with micelles and live cells using fluorescent chemosensors based on Trp amino acid and cycloalkylamine-7-sulfonyl-2,1,3-benzoxadiazole
수은과 메틸수은은 독성이 강한 물질로, 인간의 건강에 해로운 영향을 끼친다. 특히, 메틸수은은 수생 환경 및 어류에 의해 노출될 위험이 높고, 지질막을 쉽게 통과하여 신체 내에 축적되면 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 이러한 이유로 수용액에서 수은과 메틸수은을 검출하는 방법에 대한 개발은 필수적이다. 본 연구에서 합성한 형광 화학센서는 4-dimethyl-amine-7-sulfonyl-2,1,3-benzoxadiazole (ABD) 형광체와 트립토판 (Trp) 아미노산을 기반으로 구성되며, 형광체의 N,N-dimethylamine 작용기를 다양한 크기의 cyclic ring 으로 바꾼 유사체들을 합성하였다. 합성한 형광 화학센서는 인간 세포 지질막의 구성요소와 유사한 lysophosphatidyl choline 으로 형성된 마이셀 시스템에서 수은과 메틸수은을 성공적으로 검출하였다. 유사체들 중, 가장 hydrophobic 한 7-membered ring 을 포함한 화합물의 경우에는, 마이셀 시스템에서 메틸수은에 대한 형광변화가 매우 크게 나타났으며, 다른 유도체들에 비해 수은 종에 대한 결합 능력 (Kd = 15.8 nM for Hg2+, Kd = 24.1 μM for CH3Hg+) 이 가장 높았다. 이러한 결과를 기반으로, 우리는 다양한 유도체들의 검출 능력을 마이셀 시스템에서 비교함으로써 수생 환경에서 메틸수은을 예민하게 검출할 수 있는 프로브를 개발하는 데 성공하였다.
Part II Ratiometric sensing for Hg2+ and CH3Hg+ ions in aqueous solution and live cells using fluorescent probes based on PheHis
수은 종은 인간에게 독성이 높은 물질로 알려져 있으며 수생환경에서 무기수은 이온과 메틸수은을 정량하는 것은 중요하다. 지금까지는 수생 환경 및 생체 내에서 CH₃Hg(I)을 정량하기 위한 비례 형광 프로브에 대한 보고가 없었다. 본 연구에서는 수은 종에 대한 자기조립 특성을 갖는 짧은 펩타이드와 이를 기반으로 한 벤조타이아졸-시아노비닐렌 형광체를 사용한 형광 프로브 (1)를 개발하였다. 이 형광체는 응집할 때 붉은색의 파장으로 이동하는 형광 특성을 나타낸다. 물에 높은 용해도를 가진 1 은 Hg(II) 및 CH₃Hg(I)를 순수한 수용액(1% DMSO)에서 감지하는 데 사용되었으며, 이때 수은 종의 첨가로 540 nm 에서 580 nm 으로 이동되고 형광 향상이 확인되었다. 1 은 수용액 중 수은 종에 대한 강한 결합능력 및 낮은 검출한계 (Hg(II)의 경우 4.15 nM 및 CH₃Hg(I)의 경우 105.4 nM)를 보여주었으며, 18 종의 금속 이온 중 Hg(II)와 CH₃Hg(I)에 대한 높은 선택성, CH₃Hg(I)에 대한 즉각적인 반응 (<30 초), 및 넓은 pH 범위(4.5~11)에서 작동했다. 1 은 수생 환경 및 생체 내에서 Hg(II) 및 CH₃Hg(I)를 정량화하는 데 성공적으로 적용되었다. DLS, IR, CD 및 NMR 분광법을 사용한 결합 모드 연구에서는 프로브의 펩타이드 수용체와 수은 종류의 결합으로 자기조립이 유도되어 나노 크기의 집합체가 형성되었음을 밝혀냈으며, 여기에 벤조타이아졸-시아노비닐렌 형광체가 현저한 비율형 형광 변화를 나타냈다. 프로브 1 은 PheHis 로 이루어진 펩타이드 부분이 CH₃Hg(I)의 비례 형광 검출에 중요한 역할을 한다는 것을 나타냈다.