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요약

The synthesis of asymmetric species of ferrocene is challenging using solution techniques. This report focuses on the methods carried out to produce a ferrocene-biotin bioconjugate using facile and clean reactions accomplished via solid-phase synthesis. Incorporation of a thiolate moiety is shown to impart the ability for immobilization on gold surfaces.

초록

조기 발견이 가장 질환의 성공적인 치료의 핵심이며, 많은 종류의 암의 진단 및 치료에 특히 필수적이다. 사용되는 가장 일반적인 기술은 자기 공명 영상 (MRI), 양전자 방출 지형도 (PET), 및 계산 된 지형 (CT)과 같은 양상을 이미징 및 질병의 물리적 구조를 이해하는데 최적이지만 회만 매 4로 할 수 있습니다 조영제 및 전체 비용의 사용으로 인해 육주. 마음, 치료 프로토콜을 혁명 것, 질병 및 / 또는 임상의 사무실에서 치료 효능의 무대를 평가하고 적절한시기에 이렇게 바이오 센서 등의 기술, "관리의 포인트"의 개발. 1과에두고 생물학적으로 중요한 분자 (2)의 검출에 페로센 기반 바이오 센서를 탐색하는 수단은, 본원에 기재된 방법은 페로센 비오틴 바이오 컨쥬 게이트를 제조하기 위해 개발되었다. 이 보고서는 금 표면에 고정화 될 수 비오틴 - 페로센 시스테인 시스템에 초점을 맞출 것이다.

서문

바이오 센서는 선택적 분석 플랫폼으로 생체 분자 인식 기술을 채용하고 특이성, 속도 및 저가에 이용되는 소형 장치이다. 생체 분자의 검출을위한 전기 화학 바이오 센서는 그들의 단순성, 비용 효율성, 그리고 고감도로이 필드의 선두에있다. 이러한 센서의 1,3- 일반적인 해부학 관심 생물학적 마커에 특이적인 인식 분자 구비 전극 인 . 분자 인식하여 바이오 마커의 결합 단순한 측정에 의해 검출 될 수 전위 또는 전류의 로컬 변경을 초래한다. 효소에서 4-8 항체, 9-12 전체 세포, 13-16 수용체, 17 ~ 20 펩타이드 21-23과 DNA (24) 크게 더 큰 생물 분자에 초점을 맞추고있다 범위 수있는 인식 부분을 날짜합니다. 25 ~ 28 연구를 이 분야에서의 노력은 면역 센서 갔지에 주로 집중하고면역 글로불린은 산화 환원 활성 코어 고정화 (예 페로센 등) 및 관심있는 항체를 검출하는 데 사용되는 재. 이러한 연구는 항원 / 항체의 사용에서 발생하는 합병증에 따른 불량으로 인한 정밀도와 시간 소비 임상 적용에서 제외되었습니다. 1,3 성장주의는 생명의 작은 분자의 검출 (이하 1kg / 몰)에 초점을 맞추고있다 음식과 국가 안보 외에 환경 관심사. 바이오 센서 장치 (29)의 가장 잘 알려진 예는 포켓 사이즈 m에 연결된 전류계 스크린 인쇄 된 효소 전극이 셀프 테스트 포도당 모니터링이다. 이러한 시스템은 일반적으로 포도당 산화 반응에 의해 생성 된 전하의 총량은 시간의 기간에 걸쳐 측정되는 전기량 방법을 이용한다. 유가 장치, 휴대용 강력하고 있어야 큰에서 인구에 대한 손쉬운 사용하기 위해 핸드 헬드.

이러한 페로센 (ferrocene) 등의 산화 환원 태그 necessa 있습니다대부분의 바이오 마커는 본질적으로 전기 화학적 활성 아니기 때문에 공예는 용액에서 바이오 마커 또는 작은 분자의 전기 화학적 검출을 제공합니다. (30-38) 페로센은 전기 화학적 바이오 센서로의 통합을위한 훌륭한 선택이 전기 화학을위한 황금 표준 인 유기 금속 분자이다. 페로센 기반의 산화 환원 활성 종은 이미 그들의 작은 크기, 좋은 안정성, 편리 합성 액세스, 쉽게 화학적 변형, 상대적으로 친 유성 및 산화 환원 조정의 용이성에 상당한 관심을 얻고있다. 3,30-42 작은 분자가 페로센 코어를 기반으로 금속 이온과 작은 분자의 검출기로 광범위하게 사용되었다. 이러한 생체 분자 등의 큰 종을 대상으로 32-38,43 시스템은 전기 화학적 표면에 내장 된 페로센 유도체에 큰 항체 또는 면역 글로불린의 첨부 파일을 이용했다. 1,3,39 , 각각의 경우에 (44), 잠재력과 현재 intensi철 III / II의 Fe의 산화 환원 커플의 TY 따라서 분석 물 분자의 존재를 나타내는 새로운 분광 핸들을 생성 분자 결합에 변경되었다. 이러한 변화는 시클로 펜타 디에 닐 고리의 파이 - 시스템과 철 D 오비탈 사이에서 발생 광범위한 오버랩으로부터 발생한다. 파이 시스템이 변경되는 경우, 즉, 유도하거나, 다음 궤도 상호 작용이 것, 차례로, 변화를 반응. 이 철 코어에 영향을 미칠 것입니다 및 철 III / 철 II 커플의 잠재력의 변화로 관찰 할 수있다. 40,45,46 이러한 특성은 전기 화학적 면역 또는 바이오 센서의 정량 에이전트로 사용하기에 이러한 시스템이 매력.

바이오 센서 용량에 특이 페로센 함유 시스템을 생산하기 위해, 그것은 표적 분자에 특이적인 바이오 리셉터와 하나의 Cp 환을 수정하고 전기 판독 또는 ELEC에 분자 테더로서 다른 CP 링을 이용하는 것이 최적trode (그림 1). 이러한 비대칭 페로센 유도체의 합성 부반응 및 분자간 가교 상에 형성된 다이머 및 폴리머 종의 형성에 의해 도전. 47 그러나, 아미드 결합을 생성하는 커플 링 화학이 생물학적 성분 등을 포함 페로센의 간단한 유도체를 제공하기위한 가장 직접적인 경로이고 펩타이드 및 그 대사 산물로. 따라서, 제 펩티드 합성에 메리 필드 (Merrifield)에 의해 1950 년대에 개발 된 고상 기법 페로센을 함유하는 유기 금속 화합물에 적용될 수있다. 갖는다 직교 치환 1'-의 Fmoc- 아미노 페로센 -1- 카르 복실 산 분자 수용체 부위 (비오틴), 전기 리드 (페로센) 및 고정화 링커 성분 (시스테인)를 포함 할 수 페로센 시스템의 사용을 통해 건설하고 여기에 자세히 설명되어. 이 바이오 접합체의 합성 금 표면에 고정화 증거로도 설명된다. 이 작업 represen비오틴, 페로센 및 금 표면에 고정화 아미노산으로 이루어지는 시스템의 제 프레젠테이션 TS.

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프로토콜

비오틴-FC 시스테인의 합성 1. (1)

  1. 고체상 방법은 1 수지 바인딩 생성한다.
    1. 융해 된 주사기에 비오틴로드 수지 (250 ㎎, 0.145 밀리몰)을 놓고 디메틸 포름 아미드 (5 ml)에 그리기와 20 분 동안 실험실 통에 주사기를 흔들어 수지를 팽창. 솔루션을 추방하고 한 번 더 붓기 디메틸 포름 아미드를 반복합니다.
    2. 10-15 분간 진탕 하였다 주사기에 디메틸 포름 아미드 20 % 피 페리 딘 4-6를 가하여의 Fmoc- 보호기를 제거한다. 피 페리 딘 다른 4-6 ml의 탈 보호 과정을 반복한다. ~, 디클로로 메탄 (3X)를 5 ㎖ 각 메탄올 (1 : 1), 3X : 메탄올 : 디클로로 메탄 (1) 디메틸 포름 아미드 3 배의 순서, 3X 디메틸 포름 아미드 수지를 세척 하였다. 가열시 블루의 존재에 의해 성공적으로 탈 보호를 확인하기 위해 구슬의 작은 샘플링 (~ 10)에 닌히 드린 시험 (+)를 수행합니다.
    3. 1'-의 Fmoc- 아미노 페로센 -1- 카르 복실 산을 함유하는 용액을 섞어(203.3 ㎎, 0.4350 밀리몰), 1- 히드 록시 벤조 트리아 졸 수화물 (58.8 ㎎, 0.413 밀리몰), 디 이소 프로필 카르 보디이 미드 (0.0673 ㎖, 0.435 밀리몰), 디 이소 프로필 에틸 아민 (0.0757 ㎖, 0.435 mmol) 및 4 : 1 혼합물을 디클로로 메탄 및 디메틸 포름 아미드. 융해 된 주사기에이를 그리고 6 시간 동안 실험실 진탕 기에서 흔들어 부드럽게. 시린지로부터 용액을 배출하고 전술 한 바와 같이 세척 하였다.
    4. 커플 링을 확인 상술 한 바와 같이 (-) 닌히 드린 시험을 수행합니다. 닌히 드린 테스트는 여전히 잔기를 함유하는 철의 부착으로부터 유도 비드의 오렌지 색상을 확인에도 불구하고 커플 링에 유용 할 수있다.
    5. 이어서, 디메틸 포름 아미드 중 20 % 피 페리 딘의 첨가에 의해 및 Fmoc기를 제거하고 전술 한 바와 같이 세척 하였다. 닌히 드린 시험 (+)를 Fmoc 등의 제거를 확인하는 데 사용되어야한다.
    6. (0.0673 mL로의 Fmoc-의 Cys (Trt가)로 이루어지는 용액 -OH (254.8 ㎎, 0.4350 밀리몰), 1- 히드 록시 벤조 트리아 졸 수화물 (58.8 ㎎, 0.4125 밀리몰), 디 이소 프로필 카르 보디이 미드를 준비 0.4350밀리몰), 디 이소 프로필 에틸 아민 (0.0757 ㎖, 0.4350 밀리몰)을 4 : 디클로로 메탄 및 디메틸 포름 아미드 1 혼합물. 이 시스테인 결합 칵테일을 융해 된 주사기를 추가하고 부드럽게 6 시간 동안 흔들어. 전술 한 프로토콜을 사용하여 세척 하였다.
    7. 20 % 피 페리 딘으로 세정 성분 및 Fmoc 제거하여, (-) 닌히 드린 시험을 이용하여 결합하는 것을 확인. 닌히 드린 시험 (+)를 사용하여 아민 무료 터미널을 확인합니다.
  2. 수지 1 개열.
    1. , TFA의 용액 (9.45 ㎖), 물 (0.25 ㎖), 1,2- 에탄 디티 올 (0.25 ㎖) 및 트리 이소 프로필 실란 (0.1 ml)에 확인 주사기에 추가 4 시간 동안 가볍게 흔들어.
    2. 에펜 도르프 튜브에서 얻어진 적갈색 용액 모아서 서서히 공기 스트림을 사용하여 TFA를 증발시켰다.
    3. 찬 디 에틸 에테르를 추가 (~ 15 mL)을 에펜 도르프 튜브는 교반과 형성되는, 하나를 석출한다. 원심 분리를 통해 제품 (1g, 5 분)를 분리합니다. 티디 에틸 에테르 세척 (~ 60 ml의 합계)과 원심 분리기의 암탉 반복주기는 빨강 / 갈색 고체로 일을 얻었다.

2. 특성과 1의 분석

  1. 신원은 1 H (16 스캔)과 중 메탄올 (300 μL) 및 ESI-MS 분석 (13) C NMR (512 스캔)를 사용하여 그림 2의 연결 및 구성과 일치하는지 확인합니다.
    다음과 같은 결과를 기대합니다 :
    1 H NMR 스펙트럼 (CD 3 OD) δ / PPM : 1.407-1.684 (m, 6H), 2.245 (t, 2H), 2.665-3.150 (m, 12H), 4.015 (t, 1H), 4.104 (D, 2H ), 4.274 (Q, 1H), 4.426 (D, 2H), 4.479 (Q, 1H), 4.595 (t, 1H) 13 C NMR 스펙트럼 (CD 3 OD) δ / PPM : 24.644 (CH 2), 25.472 (CH 2), 28.051 (CH 2), 28.300 (CH 2), 35.474 (CH 2), 38.698 (CH 2), 39.241 (CH 2), 39.717 (CH 2), 55.340 / 55.538 (CP 링), 60.286 (CH), 61.964 (CH), 62.521 / 62.821 (CP 링), 66.038 / 66.170 (CP 링), 69.153 / 69.328 (CP 링), 71.468 / 71.593 (CP 링), 76.466 (CH), 171.770 (C = O), 175.361 (C = O).
    ESI-MS (m / Z)는 : 찾았 639.00 [1 + 나] +, 이론 : 639.1 [1 + 나 +와 HR-MS (m / z) : 찾았 617.2049 [1 + H] +, 이론 : 617.1622 [1 + H] +.
  2. HPLC에게, 절연 1의 구성을 확인하는 원소 분석을 수행합니다.
    C8을 사용하여 수행 HPLC 크로마토 그램은 0.5 ㎖ / 분의 유속으로 100 % MeOH로 위상 반전 컬럼. 참고 : HPLC 유지 시간은 같다 : 3.198-4.674 분.

골드 표면에 1 항에 고정화

  1. 컷 폴리머는 2 ~ 0.25 제곱에 금 슬라이드를 백업.
  2. 1 (~ 1 ㎜)의 DI 워터 솔루션 (50) 비이커를 입력합니다.
  3. 비커에 금 슬라이드를 추가하고 시계 유리 커버. 모든아야 유리 슬라이드을 교반없이 실온에서 O / N을 배양한다.
  4. 용액으로부터 금 슬라이드를 제거하고 공기가 건조 할 수 있습니다.
  5. 고정화되는 감시 한 주사 전자 현미경 (또는 등가)를 사용하여 전자 현미경 이미지를 스캔 구합니다.

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결과

(1)의 수지 결합 된 형태는도 2에 도시되어있다. 페로센 성분의 공유 결합은 철분 흡수 반대로 연속 세정하고 영구적 인 착체를 함유하는 고정화 된 철 나타내는 수지 비드에 오렌지 색조를 일으킨다 수지 입자의 PEG 성분. 하나의 수지 - 유리 형태는 수지 비드에 색상이 동일하다. 수지 구슬에서 화합물의 제거 후, ​​방법에 의한 순도와 수율 (68 %)는 일반적?...

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토론

비대칭 페로센 유도체의 합성은 용액에 도전하고있다. 예를 들어, 용액은 목적하는 생성물 (20 % 이하)의 낮은 수율로 한 결과를 생성하기 위해 시도한다. 마찬가지로, 1'- 아미노 페로센 카복실산 (산세 Fmoc 등) 및 결합 된 수지를 이용하는 비오틴 반응 Baristic 등에 의해보고 된 중합 생성물과 일치 불용성 생성물 결과. 최소한의 제품. (47)이 더 페로 복잡 및 그 ?...

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공개

The authors have nothing to disclose.

감사의 말

KG는 RA 웰치 재단 보조금 P-1760에 의해 지원되었다, 수학 및 (KG에) 과학 교육의 TCU 앤드류 연구소, TCU 연구 및 창조 활동 그랜트 (KG에)와 (JHS에) TCU SERC을 부여합니다.

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자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Biotin Novatag ResinNovaBiochem8550510001
TORVIQ 10 ml Luer Lock Fritted SyringeFisherNC9299151
piperidineAcrosP/3520/PB05
ninhydrin testSigma-Aldrich60017-1ea
1’-Fmoc-amino-ferrocene-1-carboxylic acidOmm ScientificSpecial Order
N,N′-DiisopropylcarbodiimideSigma-AldrichD125407-5G
Fmoc-Cys(Trt)-OHNovabiochem8520080025
trifluoroacetic acidSigma-AldrichT5408
1,2-ethanedithiolSigma-Aldrich2930
triisopropyl silaneSigma-Aldrich233781
Eppendorf tubes (20 ml)any source
methanolany sourcedry with molecular sieves prior to use & store in 100 ml media bottle for easy usage
dichloromethaneany sourcedry with molecular sieves prior to use & store in 100 ml media bottle for easy usage
dimethylformamideany sourcedry with molecular sieves prior to use & store in 100 ml media bottle for easy usage
centrifugeany source

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