표지용 CY시아닌 형광 색소의 간단한 소개

CY 는 Cyanine(시아닌) 을 의미하며, 두 질소 원자 사이에서 메틸 브리징 사슬이 여러 개 연결되고 전하가 분산된 분자를 뜻합니다. 시아닌은 어원학적으로 파란색 색조에서 유래했지만, 시아닌 가족은 자외선 영역부터 근적외선 영역까지 광전자기 스펙트럼에 다양한 염료 종류를 포함하고 있습니다. 고전적인 시아닌 염료는 두 개의 질소 함유 헤테로고리를 가지고 있으며, 분자 내부에 탄수화물(CH)n 으로 구성된 공액 사슬이 있는데 여기서 n 은 홀수 또는 짝수가 될 수 있습니다. 구조적 특성으로 인해 이 염료들은 극히 높은 소광 계수를 가지며, 보통 100000 L/(mol * cm) 을 초과합니다. 분자 내부의 다른 치환기는 안토시아닌의 특성을 제어할 수 있으며, 흡수 파장, 광안정성, 형광 등을 포함합니다. 예를 들어, 중합된 비닐렌 단위의 길이를 선택함으로써 흡수 파장과 형광 파장을 제어할 수 있습니다: 더 긴 시아닌 염료는 더 높은 흡수와 방출 파장을 가져 근적외선 영역에 도달합니다 (그림 1 참조). 탄소 원자의 개수에 따라 시아닌 염료는 세 그룹으로 분류됩니다: 한 개의 메틸(CY1, n=0), 세 개의 메틸(CY3, n=1), 다섯 개의 메틸(CY5, n=2), 일곱 개의 메틸(CY7, n=3). 세포 이미징 외에도 이들은 생물학적 스크리닝, 단백질 면역 블롯팅, 바이오의학적 이미징, 소형 동물 in vivo 이미징 등에 널리 사용됩니다.

	이름	색소	색소 사이의 탄소 원자	이름	색소
n=0	CY1
n=1	CY3		3	CY3.5
n=2	CY5		5	CY5.5
n=3	CY7		7	CY7.5

그림 1 다른 종류의 Cyanine 염료 구조식 예시 

다른 분류 방법은 두 인돌린 그룹 사이의 탄소 원자 수에 기초할 수 있으며, Cy 는 "시아닌 염료" 를 나타내고 CY3 는 두 인돌린 그룹 사이의 세 개의 탄소 원자를, CY5 는 다섯 개의 탄소 원자를 의미하며 이와 같은 것 (그림 2 참조). 그러나 CY2 염료는 예외 (그림 3 참조) 로서, 그것은 산소 유도체이지 인돌린이 아니며, 산소 유도체는 세 개의 탄소 원소를 포함하고 있어 CY3 와 구별해야 합니다.

그림 2 CY3, CY5, CY7 구조식

그림 3 CY2 와 CY3 구조식 비교

Cy3.5, Cy5.5, 및 Cy7.5와 같은 염료의 경우, CY3, CY5, 및 CY7 과의 차이는 인돌린 그룹이 베나조 [a] 그룹을 포함하는 구조로 대체된다는 점입니다 (그림 4 참조). 구조적 변화는 분자의 형광 특성을 변경할 수 있어 여러 형광 그룹이 가시선과 근적외선 스펙트럼 범위를 대부분 덮도록 합니다 (그림 5 참조).

그림 4  CY3/CY3.5, CY5/CY5.5, CY7/CY7.5 구조식 비교

그림 5 일반적으로 사용되는 Cyanine 염료의 스펙트럼 분석

시아닌 염료는 백여 년 전에 처음 합성되었습니다. 초기에는 사진 감광물의 민감도 범위를 확장하기 위해 사용되었으며, 특히 이미지 형성에 capable 한 파장 범위를 넓혀 필름 기반 이미지의 색의 풍부함을 증진시켰습니다. 따라서 이들은 CD-R 및 DVD-R 매체에도 활용되었습니다. 주로 사용된 종류는 초록색 또는 연한 청색 염료였으나, 이들은 화학적 불안정성을 보였습니다. 최신 시아닌 염료는 안정화제를 포함하며, 일반적으로 시아닌 염료 분자에 결합된 금속 원자가 분해 속도를 현저히 늦추고 염료의 안정성을 향상시킵니다. 이러한 염료를 사용하는 광디스크의 보관 수명은 보통 75 년이나 더 길며.
1990 년대 초에 앨런 와거너와 카네기 멜론 대학교 (CMU) 의 동료들은 생명과학 분야에서 이후 매우 인기 있었던 마젠타 염료를 소개했습니다. 이 염료는 1970 년대 혈관 촬영에 사용된 인도시아닌 그린(ICG), 마젠타 염료의 변형이며 모두 두 개의 인돌린 고리를 가지며 폴리메틸렌 사슬을 사이에 두고 있습니다. 이 염료들은 생체 분자에 대한 낮은 비특이적 결합과 높은 몰 소광 계수 및 유리한 양자 수율로 인해 밝은 형광을 나타내는 것으로 발견되었습니다.
Cy3 및 Cy5 와 같은 명칭은 Ernst 등 1989 년에 처음 제안되었습니다. 이 명칭들은 비표준이며, 염료의 화학 구조를 나타내지 않습니다. 원본 논문에서 수치 접미사는 메틸렌 그룹의 수 (그림 1 참조) 를 의미했으나, 측쇄는 명시되지 않았습니다. 이러한 모호함으로 인해 문헌에서 Cy3 또는 Cy5 로 표시되는 다양한 구조가 언급되었습니다. R 그룹들 (구조 내에서) 은 동일할 필요는 없으며, 실제로 사용되는 염료에서는 짧은 지방족 사슬에 고반응성 그룹—예를 들어 N-히드록시숙신아미드나 메틸렌 카복실산—one 또는 양쪽 끝에 부착됩니다.
표준 Cy 시리즈 염료의 특허 보호가 만료되었으나, "Cy" 명칭의 상표권은 여전히 유지되고 있습니다. 결과적으로 구조적으로 CY 염료와 동일하지만 다른 이름으로 판매되는 염료가 존재하며, Cy 명칭하에 marketed 되지만 화학적 구조가 다른 염료도 존재합니다 (그림 7 참조).
표준 Cy2/3/3.5/5/5.5/7/7.5 염료의 다양한 유사체는 수많은 변형 방법을 통해 개발되었으며, Alexa Fluor 염료, DyLight 염료, FluoProbes 염료, Sulfo-Cy 염료, Seta 염료, 및 IRIS 염료를 포함합니다. 이러한 염료들은 대부분의 생화학 응용에서 CY 염료와 상호 교환 가능하며, 용해도, 형광, 또는 광안정성 등 특성의 개선이 제공됩니다 (그림 6 참조). 일부 최적화된 염료의 구조식은 특허 만료 후 공표되었으나, 다른 것들은 계속된 특허 보호로 인해 공개되지 않았습니다.

그림 6 시아닌 염료의 진화 및 발전도 (동일한 주 사슬 구조와 최적화된/개량된 측쇄를 가진) 

그림 7 

그림 8 

CY 염료는 설포화되지 않은 시아닌 염료와 설포화된 시아닌 염료로 분류되며, 둘 다 매우 유사한 형광 특성을 보입니다 (그림 9 참조). 그러나 표지 프로토콜에서 몇 가지 주목할 만한 차이가 있습니다: (1) 비설포화된 시아닌 염료는 사용 전에 유기 용매 (디메틸포름아미드, DMF; 또는 디메틸 술폭시드, DMSO) 에 녹여야 하며, 이후 목표 분자의 수용성 완충액에 첨가합니다. 권장 공용제 부피는 다음과 같습니다: Cy3, Cy5, 및 Cy7 은 10%, Cy3.5, Cy5.5, 및 Cy7.5 의 대응물은 15% 입니다. 설포화된 염료에는 추가적인 설폰산 그룹이 포함되어 있어 염료 분자가 수용성 상에서 용해되도록 돕습니다. 부정적으로 하전된 설폰산 그룹은 염료가 고도로 표지될 때 공액체의 응집을 줄이고, 음의 전하는 비표적 양성 생체 분자 (예: 특정 막 표면 단백질) 에 대한 비특이적 결합을 최소화할 수 있습니다. (2) 정제 차이: 수용성 완충액을 사용한 역침정제를 수행할 때 설포화된 시아닌 염료를 사용하여 반응하지 않은 염료 물질을 효과적으로 제거해야 합니다. 설포화되지 않은 시아닌 염료와 관련된 반응은 겔 여과, 크로마토그래피 (고성능 액체 크로마토그래프, HPLC; 빠른 단백질 액체 크로마토그래프, FPLC; 또는 이온 교환), 또는 전기영정으로 정제할 수 있습니다. (3) DNA 및 단백질 표지 시, 두 종류의 염료는 상호 교환 가능하며, 둘 다 생체 분자를 표지하는 데 사용할 수 있습니다. 물에서 응집에 덜 취약하고 수용성인 설포화된 CY 염료는 항체 및 단백질 표지에 선호되는 선택입니다. 비설포화된 CY 염료의 형광 특성은 용매와 주변 환경에 대한 의존도가 낮습니다.

그림 9  설포화 및 비설포화 시아닌 염료의 스펙트럼

EnkiLife 는 다양한 설포화된 CY 염료와 CY 염료에 유사한 소분자 형광 염료 표지 키트를 제공합니다. 항체의 표지는 단순하며, 신뢰할 수 있고 빠르며 사용하기 쉽습니다. 표지된 단백질 항체는 면역형광, 유세포 분석, ELISA 등 다양한 후속 응용을 위해 사용할 수 있습니다.

   일상생활에서 우리는 종종 안토시아닌 염료라는 또 다른 종류를 듣곤 하는데, 이는 Cyanine(시아닌) 과 혼동되어 사용되는 경우가 많습니다. 두 가지를 구별하기 위해 추가 설명이 필요합니다.

1. 기본 정의와 출처

2. 색 발현 원리와 안정성

(1) 색 발현 원칙: 

• 안토시아닌: pH 변화에 의존하여 내부 분자 양성자 전이를 통해 공액 구조를 변경합니다 (산성일수록 붉게, 염기성일수록 푸르게).

• Cyanidin: 폴리 (메틸) 알킨 사슬의 π - 전자 비편재화로 인해 흡수 파장이 길며 (근적외선 영역), 색상은 치환제와 용매에 영향을 받습니다. 

(2) 안정성: 

• 안토시아닌은 빛, 열, 금속 이온에 의해 쉽게 파괴됩니다 (저온 및 빛으로부터 보관해야 함).

• Cyanidin 은 높은 안정성을 가지지만 일부 유도체 (예: CY5) 는 광백색화가 발생하기 쉬우므로 항백색화제를 첨가해야 합니다.

3. 응용 분야 비교

4. 안전성과 환경 영향

• 안토시아닌: 높은 안전성, 섭취 가능하고 무독성;
  고도로 생분해되며 환경 친화적. 

• Cyanidin:
  실험실 등급 염료는 수생 생물에게 유독할 수 있음 (일부 규제 대상).

5. 흔한 오해와 관련성

• 이름 혼동: 중국어 표의음이 유사함 ("초록" 과 "시아니드") 그러나 두 것은 화학적으로 관련이 없습니다. 

• 기능 교차: 안토시아닌은 간혹 간단한 pH 테스트 스트립에서 사용됨 (자연 대체제);
  Cyanidin 유도체 (예: 인도시아닌 그린) 는 의학 이미징에 사용되며 안토시아닌의 생물학적 활동과 관련이 없습니다.

6. 요약

안토시아닌과 안토시아닌은 근본적으로 다릅니다: 전자는 식물에서 진화한 자연 항산화 색소이며, 후자는 인간에 의해 합성된 기능적 염료입니다. 그들의 차이를 이해하면 응용 혼동 (예: 식품에 합성 시아닌 염료를 첨가하는 금지) 을 피할 수 있으며, 바이오 의학 및 산업 분야에서 정확한 소재 선택을 돕습니다.

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Hansun Hansun 은 EnkiLife 의 단백질 표지 전문가로, 면역학, 다양한 표지 기술, 유세포 분석에 숙련되어 정확한 단백질 표지와 기술적 돌파구를 제공합니다. 모든 단백질은 '관찰'할 자격이 있습니다.