형광 키랄

2023년 3월 2일

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간단히 당뇨병이라고 불리는 당뇨병은 혈액 내 포도당 농도가 비정상적으로 높은 것을 특징으로 하는 대사 장애입니다. 당뇨병 진단을 위한 기존 방법은 혈청 샘플에서 포도당을 검출하는 전통적인 기술에 의존합니다. 이 과정은 일반적으로 지루하고 비용이 많이 듭니다.

분자 인식은 결합 특성을 이용하여 특정 화합물을 정확하게 검출하는 과학입니다. 여기서는 센서의 일종인 수용체 분자가 표적 분자에 선택적으로 결합합니다. 이 과정은 형광의 변화와 같은 반응을 유발합니다. 결과적으로 대상이 감지됩니다. 화학 센서, 특수 폴리머 및 일부 촉매 기술은 이 원리에 따라 작동합니다.

수십 년에 걸쳐 분자 인식이 발전했음에도 불구하고 키랄(또는 비대칭) 분자를 감지하기 위한 수용체를 개발하는 것은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다. 키랄성은 동일한 분자의 겹쳐질 수 없는 "거울 이미지"인 거울상 이성질체 쌍을 생성합니다. 물리적, 화학적 특성은 동일하지만 생물학적 기능은 다릅니다. 유사한 구조로 인해 서로 구별하기가 어렵습니다. 따라서 연구자들은 고성능 액체 크로마토그래피와 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 기술을 사용하여 이를 구별해야 합니다.

이러한 관점에서, 조치대학교 재료 및 생명과학과의 하야시타 타카시 교수와 스즈키 요타 박사를 포함한 연구진은 키랄 단당류인 D-글루코스를 검출하기 위한 완전히 새로운 형광 인식 방법을 설계했습니다. 물. 그들의 연구는 2022년 12월 20일 온라인으로 공개되었으며 2023년 1월 27일 ACS 센서에 게재되었습니다.

Hayashita 박사는 연구 이면의 동기를 다음과 같이 설명합니다. "D-글루코스 화학 센서를 설계하기 위한 대부분의 접근법은 복잡한 합성을 필요로 하며 종종 물에 대한 용해도가 낮고 때로는 선택성이 낮습니다. 따라서 새로운 감지 메커니즘이 개발되었습니다."

연구진은 수성 환경에서 소수성 화합물을 자발적으로 캡슐화하기 위해 소수성 미세 환경을 제공하는 공동을 갖는 γ-사이클로덱스트린(γ-CyD)으로 구성된 복합체를 개발했습니다. 그런 다음 그들은 3-플루오로페닐보론산 기반 수용체(1F)와 피리딜 보론산 기반 수용체(2N)라는 두 가지 유형의 단순 소수성 형광 모노보론산 기반 수용체를 쉽게 합성했습니다. 그들은 두 수용체 중 두 분자를 γ-CyD에 부착했습니다.

생성된 내포 복합체(1F/γ-CyD 또는 2N/γ-CyD)는 두 부위에서 물 속의 D-글루코스를 선택적으로 인식하는 유사-이보론산 부분을 형성했습니다. 이는 용액의 형광을 강력하게 향상시켰습니다. 반면, 혈액에 포함된 대표적인 당류인 D-과당, D-갈락토오스, D-만노스 등 검사를 실시한 다른 9개 당류에서는 약한 형광만이 관찰됐다. 1F/γ-CyD 및 2N/γ-CyD는 거울상 이성질체 L-글루코스에 비해 D-글루코스의 형광을 각각 2.0배 및 6.3배 증가시켰습니다.

"우리가 아는 한, 2N/γ-CyD는 보고된 다른 형광 이보론산 분자 기반 수용체 중에서 가장 높은 D/L 선택성을 가지고 있습니다"라고 Suzuki 박사는 말했습니다.

연구진은 유도된 원형 이색성 스펙트럼과 핵자기공명 연구를 통해 이 현상을 추가로 조사했습니다. 그들은 D-포도당 분자가 두 개의 모노보론산 분자를 연결한다는 것을 발견했습니다. 복잡한 구조를 견고하게 하고 형광성을 향상시킵니다. 포도당이 아닌 당류의 경우 두 개의 서로 다른 분자가 pseudo-diboronic acid 부분의 두 위치에 결합합니다. 결과적으로 형광은 약한 상태로 유지됩니다.