Research > Introduction

2) 이광자 형광 분자 프로브의 개발 및 응용

 

현재 세포 및 생체 내의 생명현상을 분자수준으로 관찰할 수 있는 방법 중 가장 널리 이용되고 있는 방법은 일광자(one-photon) 형광을 이용한 공초점 현미경(confocal microscopy) 영상화이다. 하지만 최근에는 파장이 길고 에너지가 낮은 광자(photon) 두 개를 동시에 흡수하여 들뜬 상태에 도달한 후 방출하는 형광을 이용한 이광자 현미경(two-photon microscopy)이 개발되어 생체영상 분야의 발전에 큰 기여를 하고 있다. 일광자공초점 현미경은 생체 조직에 대한 투과력이 낮아 (<80 µm) 조직의 표면만을 관찰 할 수 있다는 한계를 가지고 있다. 반면에 이광자 현미경은 투과력이 좋아(>500 µm) 손상되지 않은 조직의 내부에서 진행되는 생물학적인 현상을 장시간에 걸쳐 실시간으로 관찰할 수 있다. 또한 장파장의 빛은 생체 조직이 거의 흡수하지 않아 빛의 손실이 적고, 초점 부위만 여기 되므로 고화질의 영상을 얻을 수 있다. 이러한 이광자 현미경의 장점에도 불구하고 이에 사용되는 이광자 형광 분자 프로브의 개발은 아직까지 미흡한 단계이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<일광자 흡수 과정(a)과 이광자 흡수 과정(b)>

 

 

 

본 연구실 에서는 대표적인 이광자 흡수 형광체로 알려진 아세단(Acedan, 2-acyl-6-dimethylamino-naphthalene) 분자의 장점을 유지하면서 보다 장파장 (900 nm 또는 그 이상) 영역에서 여기 가능한 아세단-쿠마린 하이브리드(acedan-coumarin hybrid) 구조의 다양한 이광자 형광체를 개발하고 있으며, 이를 실제 생체에 적용하여 신경전달물질의 항상성을 유지시켜 주는 모노아민옥시데이즈 (MAO, monoamine oxidase), 알츠하이머를 일으키는 베타아밀로이드 등 각종 질병과 관련 있는 중요 물질을 감지하고 영상화 하는 연구를 수행하고 있다. 이 외에도 아세단 자체의 이광자 여기 파장을 장파장 영역으로 이동시키기 위한 새로운 계열의 유도체로서 파이계 확장 아세단(π-extended acedan; tetrahydrobenzo[b]xanthen-1-one)에 대한 합성과 형광 특성을 규명하는 연구를 수행하고 있다.

 

 

 

<아세단쿠마린 및 아세단쿠마린하이브리드 형광체의 구조>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< Hydrogen sulfide(H2S) 감지를 위한 아세단 기반 이광자 형광 분자 프로브>

Singha, S.; Kim, D.; Moon, H.; Wang, T.; Kim, K. H.; Shin, Y. H.; Jung, J.; Seo, E.; Lee, S. J.; Ahn, K. H., "Toward a selective, sensitive, fast-responsive, and biocompatible two-photon probe for hydrogen sulfide in live cells" Anal. Chem. 2015, 87 (2), 1188-95.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<선형 및 굽은형 벤조쿠마린의 분자 구조에 따른 형광 특성 확인>

Moon, H.; Xuan, Q. P.; Kim, D.; Kim, Y.; Park, J. W.; Lee, C. H.; Kim, H.-J.; Kawamata, A.; Park, S. Y.; Ahn, K. H., "Molecular-Shape-Dependent Luminescent Behavior of Dye Aggregates: Bent versus Linear Benzocoumarins." Crystal Growth & Design 2014, 14 (12), 6613-6619.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<Monoamine oxidase(MAO) 감지를 위한 이광자 형광 분자 프로브>

Kim, D.; Sambasivan, S.; Nam, H.; Kim, K. H.; Kim, J. Y.; Joo, T.; Lee, K. H.; Kim, K. T.; Ahn, K. H., "Reaction-based two-photon probes for in vitro analysis and cellular imaging of monoamine oxidase activity." Chem. Commun. 2014, 48 (54), 6833-5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<Fluoride ion 감지를 위한 이광자 형광 분자 프로브>

Kim, D.; Singha, S.; Wang, T.; Seo, E.; Lee, J. H.; Lee, S. J.; Kim, K. H.; Ahn, K. H., "In vivo two-photon fluorescent imaging of fluoride with a desilylation-based reactive probe." Chem. Commun. 2012, 48 (82), 10243-5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<벤조쿠마린 유도체의 개발과 특성 확인>

Kim, D.; Xuan, Q. P.; Moon, H.; Jun, Y. W.; Ahn, K. H., "Synthesis of Benzocoumarins and Characterization of Their Photophysical Properties." Asian J. Org. Chem. 2014, 3 (10), 1089-96.