pH-based selectivity control of halide fluorescent chemosensor and its application for the dual detection of Cl⁻ and Br⁻ in human serum

Abstract

인간 혈청 내 할라이드 이온 농도의 변동은 다양한 임상적인 의미를 나타낸다. 인간 혈청 내 염화 이온 (Cl-) 검출은 염화 이온은 인간 혈청 내 가장 많은 이온일 뿐만 아니라, 혈청 내 염화 이온 수준의 변화는 여러 급성 질환과 연관되어 있기 때문에 매우 중요하다. 한편, 브로마이드염 기반의 항간질제를 복용하는 환자로부터 추출한 혈청 내 브로마이드 이온 (Br-) 변화를 실시간으로 모니터링 하는 것은 잠재적인 약물 부작용을 조절하기 위해서 중요하다. 본 연구에서 우리는, 염화 이온 및 브로마이드 이온의 이중 검출을 위해, 은 이온과 할라이드 이온은 강한 상호 작용을 할 수 있고, pH 변화를 통한 할라이드 이온 검출 선택성 조절이 가능하다는 점에 착안하여, 형광 탐침인 나프탈이미드-벤조이미다졸 접합체 기반 은이온 복합체 (4a-Ag+)를 개발하였다. 이렇게 개발된 형광 탐침은 pH 4.5조건 하에 염화 이온에 대한 검출을, pH 8.0 조건 하에 브로마이드 이온에 대한 검출 성능을 보여주었다. 이러한 최적화 된 두 검출 조건 하에, 형광 탐침은 염화 이온 및 브로마이드 이온에 대한 높은 감도 (Cl-에 대한 검출 한계 = 43 µM; Br-에 대한 검출 한계 = 5 µM)와 선택성을 나타내었다. 중요한 점은, 인간 혈청을 기반으로 수행되는 질병 및 약물 부작용 진단을 위한 방식의 도구로써, 하나의 형광 탐침 4a-Ag+복합체를 두 가지 조건 하에 인간 혈청 내 Cl- 및 Br- 수준을 정량 하는데 이용 할 수 있다는 점이다.|Fluctuation of the halide ion concentration in human serum has various clinical implications. Measurement of chloride ions (Cl⁻) in human serum is important not only because Cl⁻ is a major constituent of human serum, but also because the Cl⁻ level has implications for many acute diseases. Meanwhile, real-time monitoring of the level of bromide ions (Br⁻) in human serum from patients ingesting bromide salt-based antiepileptic drugs is also important in order to regulate potential adverse drug events. In this study, we developed a fluorescent probe for the dual sensing of Cl⁻ and Br⁻ using naphthalimide-benzimidazole conjugate-based Ag+ complex (4a-Ag+ complex) by exploiting the strong interaction between silver (Ag+) and halide ions with selectivity control by pH variation. The probe exhibited a dual function of detecting Cl⁻ in the condition of pH 4.5 and detecting Br⁻ in the condition of pH 8.0. Under two optimized sensing conditions, the probe showed high sensitivity (limit of detection, LOD = 43 μM for Cl⁻; LOD = 5 μM for Br⁻), and selectivity toward Cl⁻ and Br⁻. Importantly, the probe could be applied in the quantification of Cl⁻ and Br⁻ level in human serum samples under two different conditions, which one is Cl⁻ in normal human serum and Br⁻ in human serum mimicking that of epileptic patients in medication.