Electrogenerated chemiluminescent probes for sulfide based on cyclometalated Ir(III) complexes

Abstract

황화 이온을 효과적으로 검출하기 위한 다양한 화학 센서의 개발이 이루어져 왔다. 그러나 기존의 방법들은 분석 과정이 복잡하고 부피가 큰 측정 장비가 필요하기 때문에 임상 응용되기에 어려움이 있었다. 전기화학적 발광을 기반으로 한 화학 센서는 기존의 분석 방법들에 비해 감도가 높고 배경 신호가 없으며 검출 장비가 간단하다는 장점들이 있다. 이러한 특징들을 바탕으로, 전기화학발광 센서는 간편하게 임상 진단을 할 수 있는 현장 진단 장비로 개발될 수 있다. 우리는 고리형 이리듐 착물을 기반으로 하여, 황화 이온을 검출하기 위한 두 개의 전기화학적 발광 화학 센서 (1, 2)를 개발하였다. 다이나이트로페닐기를 광유발 전자 전달 소광체이자 황화 이온과의 반응 자리로써 이리듐 착물에 도입하였다. 다이나이트로페닐기는 황화 이온과 친핵성 고리 치환 반응을 하여 이리듐 착물로부터 분리되고 그에 따른 인광과 전기화학적 발광의 증가를 유도하였다. 탐지체 1과 2의 전기화학적 발광은 0-8 당량의 황화 이온 존재 하에 선형 상관관계를 보였다. 그리고 두 탐지체 모두 상당히 낮은 검출 한계를 보여주었다. 또한, 탐지체 1과 2는 다른 음이온들이나 바이오티올과는 반응하지 않고, 오직 황화 이온과 선택적으로 반응하여 전기화학발광을 크게 증가시켰다. 황화 이온을 효과적으로 검출하기 위한 다양한 화학 센서의 개발이 이루어져 왔다. 그러나 기존의 방법들은 분석 과정이 복잡하고 부피가 큰 측정 장비가 필요하기 때문에 임상 응용되기에 어려움이 있었다. 전기화학적 발광을 기반으로 한 화학 센서는 기존의 분석 방법들에 비해 감도가 높고 배경 신호가 없으며 검출 장비가 간단하다는 장점들이 있다. 이러한 특징들을 바탕으로, 전기화학발광 센서는 간편하게 임상 진단을 할 수 있는 현장 진단 장비로 개발될 수 있다. 우리는 고리형 이리듐 착물을 기반으로 하여, 황화 이온을 검출하기 위한 두 개의 전기화학적 발광 화학 센서 (1, 2)를 개발하였다. 다이나이트로페닐기를 광유발 전자 전달 소광체이자 황화 이온과의 반응 자리로써 이리듐 착물에 도입하였다. 다이나이트로페닐기는 황화 이온과 친핵성 고리 치환 반응을 하여 이리듐 착물로부터 분리되고 그에 따른 인광과 전기화학적 발광의 증가를 유도하였다. 탐지체 1과 2의 전기화학적 발광은 0-8 당량의 황화 이온 존재 하에 선형 상관관계를 보였다. 그리고 두 탐지체 모두 상당히 낮은 검출 한계를 보여주었다. 또한, 탐지체 1과 2는 다른 음이온들이나 바이오티올과는 반응하지 않고, 오직 황화 이온과 선택적으로 반응하여 전기화학발광을 크게 증가시켰다.

A variety of chemosensors have been developed for the detection of H2S. However, most conventional methods require bulky equipment and complicated operations during their anlaysis processes, preventing their use for simple detections for clinical applications. Electrogenerated chemluminsecnece (ECL)-based chemosensors provide several advantages over existing analytical techniques, including no background signal, high sensitivity, and cost-and time-efficient analysis with simple sensing tools. These features enable ECL systems to be powerful candidates for point-of-care (POC) detection tools. In this study, we designed and synthesized two ECL chemosensors (1, 2) for sulfide anion based on Ir(III) complexes. The dinitrophenyl (DNP) group was introduced to the Ir(III) complex as a photo-induced electron transfer (PET) quencher as well as a reaction site with sulfide. In the presence of sulfide, the DNP group was cleaved through nucleophilic aromatic substitution (SNAr), inducing a great enhancement of phosphorescence and ECL. Probe 1 and 2 increased the ECL signals with a linear correlation in the range of 0 to 8 equiv of sulfide, and the limit of detection (LOD) was calculated to be a low value in both cases. In addition, probe 1 and 2 exhibited highly selective ECL responses toward sulfide over various anions and biothiols.