CY, Cyanine'in kısaltmasıdır ve iki nitrojen atomu arasında çoklu metil köprü zincirleri ve dağılmış yükler içeren bir moleküldür. Cyanine etimolojik olarak mavi tonundan türetilmiş olsa da, Cyanine ailesi elektromanyetik spektrumda yakın kızılötesi'den ultraviyole bölgelere kadar çeşitli boya türlerini kapsar. Klasik cyanine boyaları, molekülün içinde karbon hidrojen (CH) n'den oluşan konjuge zincirlerle birlikte iki nitrojen içeren heterosiklik içerir, burada n tek veya çift olabilir. Yapısı nedeniyle, boyalar son derece yüksek soğurma katsayılarına sahiptir, tipik olarak 100000 L/(mol * cm)'yi aşar. Molekül içindeki farklı sübstitüentler, soğurma dalgası boyu, ışık kararlılığı ve floresan gibi antosiyaninlerin özelliklerini kontrol edebilir. Örneğin, soğurma dalgası boyu ve floresan dalgası boyu, polimerize viniliden biriminin uzunluğunu seçerek kontrol edilebilir: daha uzun cyanine boyalarının daha yüksek soğurma ve emisyon dalgası boyları vardır, yakın kızılötesi bölgesine ulaşır (Şekil 1'de gösterildiği gibi). Zincirdeki karbon atomlarının sayısına göre, cyanine boyaları üç gruba ayrılır: bir metil (CY1, n=0), üç metil (CY3, n=1), beş metil (CY5, n=2) ve yedi metil (CY7, n=3). Hücre görüntüleme dışında, bunlar biyolojik tarama, protein immünoblotlama, biyomedikal görüntüleme, küçük hayvanlarda in vivo görüntüleme vb. alanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır.
| İsim | Kromofor | Kromoforlar Arasındaki Karbon Atomları | İsim | Kromofor | |
|---|---|---|---|---|---|
| n=0 | CY1 |  | |||
| n=1 | CY3 |  | 3 | CY3.5 |  |
| n=2 | CY5 |  | 5 | CY5.5 |  |
| n=3 | CY7 |  | 7 | CY7.5 |  |
Şekil 1 Farklı cyanine boyalarının yapısal formüllerinin örnekleri
Başka bir sınıflandırma yöntemi, iki indolin grubu arasındaki karbon atomlarının sayısına dayanabilir, burada Cy "cyanine boyası" anlamına gelir, CY3 iki indolin grubu arasında üç karbon atomu temsil eder, CY5 iki indolin grubu arasında beş karbon atomu temsil eder ve böyle devam eder (Şekil 2'de gösterildiği gibi). Ancak, CY2 boyası bir istisnadır (Şekil 3'te gösterildiği gibi), çünkü bu bir indolin değil, bir oksijen türevidir, ancak oksijen türevi üç karbon atomu içerir, bu da CY3'ten ayırt edilmesi gerekir.
Şekil 2 CY3, CY5, CY7 yapısal formülleri
Şekil 3 CY2 ve CY3 yapısal formülleri karşılaştırması
Cy3.5, Cy5.5 ve Cy7.5 gibi boyalar için CY3, Cy5 ve Cy7'den farkı, indolin grubunun benzo [a] grubunu içeren bir yapıyla değiştirilmesidir (Şekil 4'te gösterildiği gibi). Yapısal değişiklikler moleküllerin floresan özelliklerini değiştirebilir, böylece birkaç floresan grubu görünür ve yakın kızılötesi spektral aralığın çoğunu kapsayabilir (Şekil 5'te gösterildiği gibi).
Şekil 4 CY3/CY3.5, CY5/CY5.5, CY7/CY7.5 yapısal formülleri karşılaştırması
Şekil 5 Kullanılan cyanine boyalarının spektral analizi
Cyanine boyaları bir yüzyıldan fazla önce ilk olarak sentezlendi. Başlangıçta, fotoğraf emülsiyonlarının duyarlılık aralığını genişletmek için kullanıldı—özellikle, görüntü oluşturabilen dalga boyu aralığını genişleterek—böylece film tabanlı görüntülerin renk zenginliğini artırdı. Sonuç olarak, bunlar CD-R ve DVD-R medyalarında da kullanıldı. Öncelikle kullanılan türler yeşil veya soluk mavi boyalar idi, ancak bunlar kimyasal kararsızlık gösteriyordu. Son zamanlardaki cyanine boyaları, tipik olarak cyanine boya moleküllerine bağlı metal atomları olan stabilize ediciler içerir, bu da bozunmayı önemli ölçüde yavaşlatır ve boya kararlılığını artırır. Bu boyaları kullanan optik disklerin arşiv ömrü genellikle 75 yıl veya daha uzun olur. 1990'ların başında, Carnegie Mellon Üniversitesi (CMU)'ndeki Alan Waggoner ve meslektaşları daha sonra yaşam bilimlerinde oldukça popüler hale gelen macenta boyaları tanıttı. Bu boyalar, 1970'lerden beri anjiyografide kullanılan bir macenta boyası olan Indosiyanin Yeşili (ICG)'nin modifikasyonlarıydı ve tümü bir polimetilen zincirinin iki tarafında bulunan iki indolenin halkası içeriyordu. Bu boyaların biyomoleküllere düşük spesifik olmayan bağlanması olduğu ve yüksek molar soğurma katsayıları ve olumlu kuantum verimleri nedeniyle parlak floresan sergilediği bulundu. Cy3 ve Cy5 gibi atamalar ilk olarak Ernst ve ark. tarafından 1989'da önerildi. Bu atamalar standart değildir, çünkü boyaların kimyasal yapıları hakkında hiçbir bilgi vermezler. Orijinal makalede, sayısal sonekler metilen gruplarının sayısını temsil ederken (Şekil 1'de gösterildiği gibi), yan zincirler belirtilmemiştir. Bu belirsizlik, çeşitli yapıların Cy3 veya Cy5 olarak etiketlenmesine dair literatürde referanslara yol açmıştır. Onların yapısındaki R grupları (onların yapılarındaki) özdeş olması gerekmez; gerçekte kullanılan boyalarda, bunlar bir veya her iki uçta bağlı olan N-hidroksisuüksinimid veya metilen karboksilik asit gibi oldukça reaktif gruplar içeren kısa alifatik zincirlerdir. Standart Cy serisi boyalarının patent koruması dolmasına rağmen, "Cy" adının ticari markası hala yerindedir. Sonuç olarak, yapısal olarak Cy boyalarına eşit olan ancak farklı adlar altında satılan boyalar artık mevcuttur, aynı zamanda Cy adları altında pazarlanan ancak farklı kimyasal yapıya sahip boyalar da mevcuttur (Şekil 7'de gösterildiği gibi). Standart Cy2/3/3.5/5/5.5/7/7.5 boyalarının çeşitli analogları, Alexa Fluor boyaları, DyLight boyaları, FluoProbes boyaları, Sulfo-Cy boyaları, Seta boyaları ve IRIS boyaları dahil olmak üzere birçok modifikasyon yöntemiyle geliştirilmiştir. Bu boyalar çoğu biyokimyasal uygulamada Cy boyalarıyla değiştirilebilir ve çözünürlük, floresan veya ışık kararlılığı gibi özelliklerde iyileştirmeler sunar (Şekil 6'da gösterildiği gibi). Bu optimize edilmiş boyaların bazılarının yapısal formülleri patent dolmasının ardından yayınlanmıştır, diğerlerinin ise devam eden patent koruması nedeniyle gizli kalmaktadır.
Şekil 6 Cyanine boyalarının evrimi ve gelişim diyagramı (aynı ana zincir yapısı ve optimize edilmiş ve geliştirilmiş yan zincirler)
Referanslar
[1] Zhang Wei, Li Ming, Wang Hong. Cyanine Dye-Based Fluorescent Probes for Biomedical Imaging. Journal of Fluorescence, 2022, 32(4): 1123-1135.
[2] Chen Liu, Sarah Johnson, Michael Brown. Recent Advances in Cyanine Dye Chemistry and Applications. Analytical Chemistry Today: Proceedings,2020, 2214-7853.
[3] Aria Vahdani,Mehdi Moemeni, Daniel Holmes. Mechanistic Insight into the Thermal "Blueing" of Cyanine Dyes.J.Am. Chem. Soc. 2024, 146, 19756- 19767.
[4] Elliot. Inhibition of glutathione reductase by flavonoids. A structure-activity study.Biochem Pharmacol 1992;44(8): 1603-8.
[5] Igarashi K, et al. Preventive effects of dietary cabbage acylated anthocyanins on paraquat-induced oxidative stress in rats. Biosci Biotechnol Biochem 2000 Aug;64(8):1600-7.
