DNA-encoded library(DEL) 기술은 생물학적 표적에 대한 강력한 리간드를 발견하는 데 유용한 강력한 도구이지만, 유기 용매에서의 DNA 불용성과 다양한 반응 조건에서의 불안정성 등 여러 제약에 의해 제한된다. 이러한 제약은 라이브러리 합성에서 구현 가능한 반응성 범위와 구조적 다양성을 제한한다. 본 연구에서는 나노입자 표면에 라이브러리 분자와 DNA 태그를 함께 고정하여 제시하는 nanoDEL이라는 새로운 전략을 소개한다. 나노입자는 유기 용매와 수용액 모두에서 잘 분산되므로, DEL 합성은 잘 확립된 유기 용매 기반 조건을 사용하여 수행할 수 있으며, 수용 조건이 필요 없다. 또한 nanoDEL은 수용 조건에 의존하는 기존 DEL 방법으로는 불가능한 공기 민감 반응을 가능하게 한다. 특히 nanoDEL에서는 단일 나노입자에 다수의 DNA 태그 사본을 부착하여 단일 화합물을 인코딩함으로써 DNA 손상 조건에 대한 내성을 현저히 향상시킨다. 대부분의 DNA 태그가 손상되더라도, 온전한 태그의 증폭을 통해 서열 분석이 여전히 가능하다. 결과적으로 nanoDEL은 DNA에 호환되는 반응을 개발할 필요 없이 기존의 유기 반응을 손쉽게 활용할 수 있게 한다. nanoDEL의 잠재력은 모델 시스템으로서 streptavidin에 대한 친화도 선택을 통해 검증되었고, 또한 키나아제에 대한 강력한 저분자 억제제의 발견과 단백질-단백질 상호작용을 표적하는 스태플드 펩타이드 억제제의 발견에 성공적으로 적용되었으며, 해리 상수는 나노몰(nanomolar) 범위로 나타났다. 더 나아가, 기존 DEL에서는 불가능한 수분 민감 반응 단계들을 포함하는 합성 도식을 사용하여 나노입자 상에서 대규모 조합 라이브러리를 효율적으로 합성할 수 있음을 보여주었다.

이러한 결과는 수용성이면서 크기에 초점을 둔 Au 기반 합금 나노클러스터(NCs)를 합성하기 위한 새로운 접근법을 제시하며, 향상된 특성을 갖는 새로운 금 합금 클러스터에 대한 연구와 더 넓은 적용 가능성을 열어준다.

이온 이동도 분광법-질량분석법(IMS-MS)과 초고전하(슈퍼차지) 전기분무 이온화(supercharging electrospray ionization; ESI)를 결합한 기법은 단백질의 화학적 토폴로지를 효과적으로 구별할 수 있음을 입증하였다. 초고전하 ESI를 통해 단백질에 가능한 한 많은 전하를 도입하면 단백질 사슬이 대체로 펼쳐지고 신장되어, 숨겨진 화학적 토폴로지가 드러난다. 서로 다른 화학적 토폴로지는 순환 도메인에서의 비틀림(토셔널) 회전 제한으로 인해 펼쳐진 단백질의 기하학적 크기가 다르게 나타난다. 사슬-길이 정규화 충돌 단면적(chain-length-normalized collision cross-section; CCS)과 광범위하게 펼쳐진 상태에서의 최대 전하 상태(maximum charge state; z M )와 같은 새로운 토폴로지 지표를 도입함으로써, 선형 사슬, 고리(링)를 포함하는 토폴로지(라소, 테드폴, 다중고리 등), 그리고 카테네인(catenanes)과 같은 기계적으로 맞물린 고리까지 다양한 단백질 화학적 토폴로지를 성공적으로 구별할 수 있었다.

2 m 전자 저장 용량과 함께 99.5%의 쿨롱 효율을 나타냄.

DNA-encoded library(DEL) 기술은 생물학적 표적에 대한 강력한 리간드를 발견하는 데 유용한 강력한 도구이지만, 유기 용매에서의 DNA 불용성과 다양한 반응 조건에서의 불안정성 등 여러 제약에 의해 제한된다. 이러한 제약은 라이브러리 합성에서 구현 가능한 반응성 범위와 구조적 다양성을 제한한다. 본 연구에서는 나노입자 표면에 라이브러리 분자와 DNA 태그를 함께 고정하여 제시하는 nanoDEL이라는 새로운 전략을 소개한다. 나노입자는 유기 용매와 수용액 모두에서 잘 분산되므로, DEL 합성은 잘 확립된 유기 용매 기반 조건을 사용하여 수행할 수 있으며, 수용 조건이 필요 없다. 또한 nanoDEL은 수용 조건에 의존하는 기존 DEL 방법으로는 불가능한 공기 민감 반응을 가능하게 한다. 특히 nanoDEL에서는 단일 나노입자에 다수의 DNA 태그 사본을 부착하여 단일 화합물을 인코딩함으로써 DNA 손상 조건에 대한 내성을 현저히 향상시킨다. 대부분의 DNA 태그가 손상되더라도, 온전한 태그의 증폭을 통해 서열 분석이 여전히 가능하다. 결과적으로 nanoDEL은 DNA에 호환되는 반응을 개발할 필요 없이 기존의 유기 반응을 손쉽게 활용할 수 있게 한다. nanoDEL의 잠재력은 모델 시스템으로서 streptavidin에 대한 친화도 선택을 통해 검증되었고, 또한 키나아제에 대한 강력한 저분자 억제제의 발견과 단백질-단백질 상호작용을 표적하는 스태플드 펩타이드 억제제의 발견에 성공적으로 적용되었으며, 해리 상수는 나노몰(nanomolar) 범위로 나타났다. 더 나아가, 기존 DEL에서는 불가능한 수분 민감 반응 단계들을 포함하는 합성 도식을 사용하여 나노입자 상에서 대규모 조합 라이브러리를 효율적으로 합성할 수 있음을 보여주었다.

이러한 결과는 수용성이면서 크기에 초점을 둔 Au 기반 합금 나노클러스터(NCs)를 합성하기 위한 새로운 접근법을 제시하며, 향상된 특성을 갖는 새로운 금 합금 클러스터에 대한 연구와 더 넓은 적용 가능성을 열어준다.

이온 이동도 분광법-질량분석법(IMS-MS)과 초고전하(슈퍼차지) 전기분무 이온화(supercharging electrospray ionization; ESI)를 결합한 기법은 단백질의 화학적 토폴로지를 효과적으로 구별할 수 있음을 입증하였다. 초고전하 ESI를 통해 단백질에 가능한 한 많은 전하를 도입하면 단백질 사슬이 대체로 펼쳐지고 신장되어, 숨겨진 화학적 토폴로지가 드러난다. 서로 다른 화학적 토폴로지는 순환 도메인에서의 비틀림(토셔널) 회전 제한으로 인해 펼쳐진 단백질의 기하학적 크기가 다르게 나타난다. 사슬-길이 정규화 충돌 단면적(chain-length-normalized collision cross-section; CCS)과 광범위하게 펼쳐진 상태에서의 최대 전하 상태(maximum charge state; z M )와 같은 새로운 토폴로지 지표를 도입함으로써, 선형 사슬, 고리(링)를 포함하는 토폴로지(라소, 테드폴, 다중고리 등), 그리고 카테네인(catenanes)과 같은 기계적으로 맞물린 고리까지 다양한 단백질 화학적 토폴로지를 성공적으로 구별할 수 있었다.

2 m 전자 저장 용량과 함께 99.5%의 쿨롱 효율을 나타냄.

]), 이는 액적 증발 동안 공동(cavity) 내부에 다양한 알칼리 할로겐화물 클러스터를 포집하는데 관여하는 것으로, 이온 이동도 분광법-질량 분석(ion mobility spectrometry-mass spectrometry)을 사용하여 조사되었다. 전기분무 이온화(electrospray ionization) 과정에서 생성되는 다양한 알칼리 염화물 클러스터 양이온 또는 음이온을 갖는 CB[7]의 복합체를 연구하였으며, 이들 클러스터가 공동 내부에 포집되었는지 여부를 확인하기 위해 충돌 단면적(collision cross-section, CCS) 값을 얻었다. 특정 임계 크기보다 작은 클러스터는 기체 상에서 CB[7] 공동 내부에 포집되는 것으로 밝혀졌는데, 이는 주어진 농도에서 알칼리 할로겐화물 클러스터의 포집이 용액에서는 불리할 것으로 예상된다는 점과는 대비된다. 우리는 급속한 용매 증발이 이온 농도를 빠르게 증가시켜 이후 알칼리-염화물 접촉 이온쌍(contact ion pairs)을 형성한다고 제안하며, 따라서 포함 복합체(inclusion complexes)의 형성을 가능하게 하는 특정한 환경을 제공할 수 있을 것으로 보인다.

본 연구에서는 전기분무 이온화(ESI)에 의해 생성된 대전된 액적에서 알칼리 할로겐화물 클러스터 이온의 형성과 방출을 질량분석기(MS)를 사용하여 조사하였다. 우리는 대전된 액적의 공기-용액 계면에서의 이온 방출에 초점을 맞추고, 두 가지 메커니즘을 구분하였다. 즉, 이온 증발 모델(IEM)에서는 이온이 계면에서 직접 방출되는 반면, 하전 잔류 모델(CRM)에서는 이온이 용매가 완전히 증발된 이후 생성된다. 요오드화물/염화물 혼합물을 사용하여 계면 친화도가 생성되는 알칼리 할로겐화물 클러스터 양이온과 음이온의 조성에 어떻게 영향을 미치는지 분석하였다. 요오드화물이 염화물보다 계면 친화도가 훨씬 더 높다는 점을 바탕으로, 클러스터 이온 내에서 상대적으로 요오드화물의 비율이 높을수록 IEM과 CRM을 구별할 수 있다. 소규모 클러스터의 음이온 및 요오드화물만을 포함하는 양이온은 IEM에서 기원하는 것으로 제안되는 반면, 더 많은 염화물을 포함하는 더 큰 클러스터 이온은 CRM에서 기원할 것으로 예상된다. 본 연구는 알칼리 할로겐화물 클러스터 이온 형성에서 IEM과 CRM의 차이를 명확히 할 뿐만 아니라, ESI-MS를 이용하여 이온의 계면 친화도를 평가하기 위한 견고한 분석 접근법을 정립함으로써 대기 및 분석 과학에서의 계면 화학 이해와 그 함의를 향상시킬 수 있는 잠재력을 제공한다.

비용 효율적인 레독스 활성 물질은 레독스 흐름 배터리(RFBs)의 발전에 필수적이다. 풍부하고 레독스 커플로 적합한 철은 유망한 후보이나, 수계 RFB에서 안정적이고 빠른 레독스 반응을 구현하는 일은 여전히 과제로 남아 있다. 본 연구는 육치환(헥사덴테이트) 리간드로 안정화된 Fe 기반 네거리옐(negolyte)을 제시하며, 분자간 상호작용을 통해 Fe–리간드 결합이 강화되도록 설계하였다. 설폰산기 치환 Fe 착물은 Ag/AgCl 대비 −0.44 V의 정(定)전위(formal potential)를 보이며, 동시에 0.69 cm s −1 에 이르는 비상업적으로 높은 속도 상수(rate constant)를 나타낸다. 0.5 M Fe 착물을 포함하는 중성에 가까운(neutral pH 범위의) RFB는 300사이클 동안 식별 가능한 용량 감소 없이 우수한 사이클 안정성을 보인다. 이러한 성능은 Fe–리간드 배위(코디네이션)를 강화하고 안정한 삼량체(trimeric) 클러스터의 형성을 촉진하는 분자간 수소 결합에 기인한다. 오퍼란도(operando) 전기화학 라만 분광법과 밀도범함수이론(density functional theory)은 환원 후에도 복합체를 추가로 안정화하는 데 Fe(II)에서 이미노-페놀레이트(imino-phenolate) 부분으로의 π-백도네이션이 더 크게 작용함을 보여준다. 반면, 하이드록실기( hydroxyl ) 치환 착물은 수소 결합이 약하고 π-백도네이션이 덜 뚜렷하여 열등한 안정성을 보인다. 이러한 결과는 수계 RFB를 위한 비용 효율적이고 고성능의 레독스 활성 물질을 개발하는 데 있어 리간드 설계와 분자간 상호작용의 중요성을 강조한다.