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Noble chromatic response of polydiacetylene assembly = 독특한 색 변화를 나타내는 polydiacetylene 집합체의 제조 및 센서로의 응용
서명 / 저자 Noble chromatic response of polydiacetylene assembly = 독특한 색 변화를 나타내는 polydiacetylene 집합체의 제조 및 센서로의 응용 / Min Jae Shin.
저자명 Shin, Min Jae ; 신민재
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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Amine-functionalized polydiacetylene demonstrated a specific color response to an aminoglycosidic anti-biotic such as neomycin. This phenomenon is very interesting because the presented system lacks any specif-ic interacting binding site and possesses only amine functional groups. The effect of functional groups in polydiacetylene system was characterized, and the substrate effects were also characterized for other amino-glycosidic antibiotics. The system consisting of amine-functionalized polydiacetylene and neomycin only showed the color change at a 10 $\mu$ M concentration of neomycin; at 1 $\mu$ M of neomycin it could be detected using fluorescence. The results from zeta potential measurements and pH variations revealed color response to be the result of interaction between the vesicle and neomycin. The strength of the interaction depended on the number of amine functional groups in the polydiacetylene that are in contact with one neomycin mole-cule. In the next study the noble vesicular system of polydiacetylene showed a red shift by two kinds of detect-ing systems. One of the systems involves absorption of target materials from outer side of the vesicle, and the other system involves the permeation through the vesicular layers from within the vesicle. The chromatic mixed vesicles of N-(2-aminoethyl)pentacosa-10,12-diynamide (AEPCDA) and dimethyldioctadecylammo-nium chloride (DODAC) were fabricated by sonication, followed by polymerization by UV irradiation. The stability of monomeric vesicles was observed to increase with polymerization of the vesicles. Methotrexate was used as a target material. The polymerized mixed vesicles having a blue color were exposed to a concen-tration gradient of methotrexate, and a red shift was observed indicating the adsorption of methotrexate on the polydiacetylene bilayer. In order to check the chromatic change by the permeation of methotrexate, we separated the vesicle portion, which contained methotrexate inside the vesicle, and checked chromatic change during the permeation of methotrexate through the vesicle. The red shift apparently indicates the dis-turbance in the bilayer induced by the permeation of methotrexate. The maximum contrast of color ap-peared at the equal molar ratio of AEPCDA and DODAC, indicating that the formation of flexible and de-formable vesicular layers is important for red shift. Therefore, it is hypothesized that the system can be appli-cable for chromatic detection of the permeation of methotrexate through the polydiacetylene layer. In the next study the thermal chromatic sensitivity of polydiacetylenes (PDAs) with 10,12-pentacosadiynoic acid (PCDA) derivatives, which have a hydroxyl group (HEEPCDA) and an amine group (APPCDA), were investigated using $D_2O$ and $H_2O$ as solvents. The vesicle solution with polymerized HEEPCDA exhibited a reversible chromatic response during the heating and cooling cycle in $D_2O$, but not in $H_2O$. On the other hand, the vesicle solution with the polymerized APPCDA exhibited a reversible chromatic response in $H_2O$ during the heating and cooling cycle, but the color of the solution did not change much in $D_2O$. The critical vesicle con-centration of HEEPCDA was lower in $D_2O$ than in $H_2O$, and the chromatic sensitivity of the polymerized vesi-cles to temperature was slower in $D_2O$ than in $H_2O$. We think that it is due to $D_2O$ being a more highly struc-tured solvent than $H_2O$ with the hydrogen bonding in $D_2O$ stronger than that in $H_2O$.

Aminoglycosidic 항생제 중에 하나인 neomycin에 의해 amine 기를 가진 polydiacetylene vesicle의 색이 변한다는 것을 발견하였다. 이 현상은 이들이 가지고 있는 작용 기가 단지 amine 기뿐이어서 다른 아주 특별한 상호작용이 있을 수 없다는 점에서 매우 흥미롭다. 이 연구에서는 이들 작용 기들의 효과와 substrate들의 효과가 면밀히 검토 되었다. 그리고 neomycin 이외에 다른 aminogly-cosidic 항생제에 대해서도 연구되었다. 이들 중에서 오직 amine기를 가진 PDA 만이 neomycin의 10 $\mu$ M 농도에 대해서 색 변화를 나타내었는데 fluorescence를 사용하면 1 ?M 농도의 neomycin도 감지가 가능하였다. Zeta potential 결과와 pH를 변화시켜 가며 얻은 결과를 종합해 보면 색 변화는 vesicle과 neomycin의 상호작용에 의해서 일어나며 이들 상호 작용의 세기는 neomycin 한 분자 당 접해 있는 PDA의 amine 기의 숫자에 비례 한다는 것이 밝혀 졌다. 다음 연구에서는 두 가지 종류의 감지 시스템으로 붉은 색으로 색 변화를 나타내는 PDA vesicle 시스템을 제조하였다. 첫 번째 감지 시스템은 vesicle의 외부에서 목표 물질의 직접적인 접촉에 의해 색 변화가 나타나는 시스템이며 두 번째는 vesicle의 막을 안쪽에서 바깥 쪽으로 물질이 투과해 나가면서 색이 변화하는 시스템이다. 색 변화를 나타내는 vesicle은 N-(2-aminoethyl)pentacosa-10,12-diynamide (AEPCDA)와 dimethyldioctadecylammonium chloride (DODAC)를 혼합해서 sonication을 이용해 vesicle을 형성시켰으며 UV를 이용해 중합을 진행하였다. Vesicle의 안정도는 중합에 의해 증가하였다. 이 연구에서 methotrexate를 대상 약물로 선택하였다. 중합된 PDA vesicle은 푸른 색을 나타내는데 이것이 methotrexate의 농도에 따라서 붉은 색으로 변하였다. Methotrexate의 vesicle 투과에 의해 색 변화가 일어나는지를 살펴보기 위해서 methotrexate를 vesi-cle 내부에 갖는 vesicle 부분들 만을 분리하였으며 methotrexate의 vesicle 투과에 의해 색 변화가 일어나는지를 살펴보았다. 실험 결과 methotrexate의 투과에 의해 색 변화가 일어남을 확인하였다. 실험한 vesicle 중에서 가장 뚜렷한 색 변화를 나타내는 vesicle의 AEPCDA와 DODAC의 비율은 1:1이었다. 이 결과는 색 변화에 vesicle의 유연성 및 변형 가능성이 매우 중요함을 나타낸다고 할 수 있다. 이 결과로부터 PDA 층을 통해 methotrexate가 투과하면서 색 변화를 나타내는 시스템을 형성할 수 있음이 입증되었다. 다음 연구에서는 $H_2O$ 과 $D_2O$ 를 각각 용매로 hydroxyl 작용 기를 끝 부분에 가지고 있는 HEEPCDA및 amine 기를 갖는 APPCDA를 이용해서 vesicle을 형성시켜 이들의 열에 대한 색 변화를 살펴보았다. 중합된 HEEPCDA vesicle 용액은 $D_2O$ 내에서는 반복된 가열과 냉각에 의해 가역적이 색 변화를 나타내었으나 $H_2O$ 에는 그렇지 않았다. 반면에 중합된 APPCDA vesicle 용액은 $H_2O$ 에서 반복된 가열과 냉각에 의해 가역적인 색 변화를 나타내지만 $D_2O$ 내에서는 색 변화를 별로 나타내지 않았다. HEEPCDA의 critical vesicle concentration은 $H_2O$ 내에서 보다 $D_2O$ 에서 더 낮았으며 이들 vesicle의 온도에 대한 색 변화의 감도는 $H_2O$ 내에서 보다 $D_2O$ 에서 더 느렸다. 우리는 이것이 $D_2O$ 가 $H_2O$ 보다 더 높은 구조적인 성격을 갖는 용매이기 때문이라고 판단되며 실제로 $D_2O$ 내에서의 수소결합의 세기가 $H_2O$ 내에서 보다 더 강하다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 16011
형태사항 viii, 76 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 신민재
지도교수의 영문표기 : Jong-Duk Kim
지도교수의 한글표기 : 김종득
수록잡지명 : "Chromatic response of polydiacetylene vesicle induced by the permeation of methotrexate". soft matter, 11, pp.5037-5043(2015)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 69-71
주제 polydiacetylene
vesicle
permeation
reversible chromatic response
deuterium oxide
sensor
polydiacetylene
vesicle
센서
투과
가역적인 색 변화
중수
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