stringtranslate.com

Тушение (флуоресценции)

Два образца хинина , растворенные в воде, с фиолетовым лазером (слева), освещающим оба. Обычно хинин флуоресцирует синим цветом, что видно в правом образце. Левый образец содержит ионы хлора , которые гасят флуоресценцию хинина, поэтому левый образец не флуоресцирует видимым образом (фиолетовый свет — это просто рассеянный лазерный свет).

В химии гашение относится к любому процессу, который уменьшает интенсивность флуоресценции данного вещества. Различные процессы могут приводить к тушению, такие как реакции возбужденного состояния , перенос энергии, комплексообразование и столкновения . Как следствие, гашение часто сильно зависит от давления и температуры . Молекулярный кислород , ионы йода и акриламид [1] являются распространенными химическими тушителями. Ион хлора является хорошо известным тушителем флуоресценции хинина . [2] [3] [4] Гашение создает проблему для не мгновенных спектроскопических методов, таких как лазерно-индуцированная флуоресценция .

Гашение используется в оптоде датчиков; например, гасящее действие кислорода на некоторые комплексы рутения позволяет измерять насыщение раствора кислородом. Гашение является основой для анализов резонансного переноса энергии Фёрстера (FRET). [5] [6] [7] Гашение и разгашение при взаимодействии с определенной молекулярной биологической мишенью является основой для активируемых оптических контрастных агентов для молекулярной визуализации . [8] [9] Многие красители подвергаются самогашению, что может уменьшить яркость конъюгатов белок-краситель для флуоресцентной микроскопии , [10] или могут быть использованы в датчиках протеолиза . [11]

Механизмы

Спектральное перекрытие излучения донора и поглощения тушителя

Резонансная передача энергии Фёрстера

Существует несколько различных механизмов, с помощью которых энергия может передаваться безызлучательно (без поглощения или испускания фотонов) между двумя красителями, донором и акцептором. Резонансный перенос энергии Фёрстера (FRET или FET) является динамическим механизмом гашения, поскольку перенос энергии происходит, когда донор находится в возбужденном состоянии. FRET основан на классических диполь-дипольных взаимодействиях между переходными диполями донора и акцептора и чрезвычайно зависит от расстояния донор-акцептор, R , уменьшающегося со скоростью 1/ R 6 . FRET также зависит от спектрального перекрытия донор-акцептор (см. рисунок) и относительной ориентации переходных дипольных моментов донора и акцептора. FRET обычно может происходить на расстояниях до 100 Å.

Декстер перенос электронов

Декстер (также известный как обмен Декстером или столкновительный перенос энергии, в разговорной речи известный как D exter E nergy Transfer ) — еще один динамический механизм гашения. [12] Декстеровский перенос электронов — явление на коротких расстояниях, которое экспоненциально спадает с расстоянием (пропорционально e − kR, где k — константа, зависящая от обратной величины радиуса Ван-дер-Ваальса атома [ требуется ссылка ] ) и зависит от пространственного перекрытия молекулярных орбиталей донора и гасителя. В большинстве ситуаций донор-флуорофор-гаситель-акцептор механизм Фёрстера важнее механизма Декстера. При обоих способах переноса энергии — Фёрстера и Декстера — формы спектров поглощения и флуоресценции красителей остаются неизменными.

Перенос электронов между красителем и растворителем может быть значительным, особенно когда между ними образуются водородные связи.

Эксиплекс

Образование эксиплекса (комплекса в возбужденном состоянии) представляет собой третий динамический механизм тушения.

Сравнение статического и динамического механизмов тушения

Статическое гашение

Оставшийся механизм передачи энергии — статическое гашение (также называемое контактным гашением). Статическое гашение может быть доминирующим механизмом для некоторых зондов репортер-гаситель. В отличие от динамического гашения, статическое гашение происходит, когда молекулы образуют комплекс в основном состоянии, т. е. до возникновения возбуждения. Комплекс имеет свои собственные уникальные свойства, такие как отсутствие флуоресценции и уникальный спектр поглощения . Агрегация красителей часто происходит из-за гидрофобных эффектов — молекулы красителя складываются вместе, чтобы минимизировать контакт с водой. Плоские ароматические красители, которые подобраны для ассоциации посредством гидрофобных сил, могут усилить статическое гашение. Высокие температуры и добавление поверхностно-активных веществ, как правило, нарушают образование комплекса в основном состоянии.

Столкновительное гашение

Столкновительное тушение происходит, когда возбужденный флуорофор контактирует с атомом или молекулой, которые могут способствовать безызлучательным переходам в основное состояние. ... Молекула в возбужденном состоянии сталкивается с молекулой гасителя и возвращается в основное состояние безызлучательным путем.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Филлипс SR, Уилсон LJ, Боркман RF (август 1986 г.). «Гашение флуоресценции акриламида и йодида как структурный зонд микроокружения триптофана в кристаллинах хрусталика быка». Current Eye Research . 5 (8): 611–9. doi :10.3109/02713688609015126. PMID  3757547.
  2. ^ O'Reilly JE (сентябрь 1975). «Флуоресцентные эксперименты с хинином». Журнал химического образования . 52 (9): 610–2. Bibcode : 1975JChEd..52..610O. doi : 10.1021/ed052p610. PMID  1165255.
  3. ^ Sacksteder L, Ballew RM, Brown EA, Demas JN, Nesselrodt D, DeGraff BA (1990). "Фотофизика в дискотеке: гашение люминесценции хинина". Журнал химического образования . 67 (12): 1065. Bibcode : 1990JChEd..67.1065S. doi : 10.1021/ed067p1065.
  4. ^ Gutow JH (2005). «Гашение флуоресценции сульфата хинина галогенидом (Cl-): эксперимент по флуоресценции с временным разрешением для физической химии». Журнал химического образования . 82 (2): 302. Bibcode : 2005JChEd..82..302G. doi : 10.1021/ed082p302.
  5. ^ Peng X, Draney DR, Volcheck WM (2006). "Погашенный ближний инфракрасный флуоресцентный пептидный субстрат для анализа протеазы ВИЧ-1". В Achilefu S, Bornhop DJ, Raghavachari R (ред.). Оптические молекулярные зонды для биомедицинских приложений . Том 6097. стр. 60970F. doi :10.1117/12.669174. S2CID  98507102.
  6. ^ Peng X, Chen H, Draney DR, Volcheck W, Schutz-Geschwender A, Olive DM (май 2009). «Нефлуоресцентный широкодиапазонный гасящий краситель для анализов переноса энергии резонанса Фёрстера». Аналитическая биохимия . 388 (2): 220–8. doi :10.1016/j.ab.2009.02.024. PMID  19248753.
  7. ^ Osterman H (2009). «Следующий шаг в ближней инфракрасной флуоресценции: IRDye QC-1 Dark Quencher». Обзорная статья . 388 : 1–8. Архивировано из оригинала 20 марта 2020 г.
  8. ^ Blum G, Weimer RM, Edgington LE, Adams W, Bogyo M (июль 2009 г.). "Сравнительная оценка субстратов и зондов на основе активности как инструментов для неинвазивной оптической визуализации активности цистеиновой протеазы". PLOS ONE . ​​4 (7): e6374. Bibcode :2009PLoSO...4.6374B. doi : 10.1371/journal.pone.0006374 . PMC 2712068 . PMID  19636372. 
  9. ^ Weissleder R, Tung CH, Mahmood U, Bogdanov A (апрель 1999 г.). «In vivo визуализация опухолей с помощью активируемых протеазой флуоресцентных зондов ближнего инфракрасного диапазона». Nature Biotechnology . 17 (4): 375–8. doi :10.1038/7933. PMID  10207887. S2CID  12362848.
  10. ^ Jacobsen MT, Fairhead M, Fogelstrand P, Howarth M (август 2017 г.). «Аминовый ландшафт для максимизации флуоресценции белкового красителя и сверхстабильного взаимодействия белка и лиганда». Cell Chem Biol . 24 (8): 1040–1047. doi : 10.1016/j.chembiol.2017.06.015 . PMC 5563079. PMID  28757182 . 
  11. ^ Voss EW Jr, Workman CJ, Mummert ME (февраль 1996 г.). «Обнаружение активности протеазы с использованием глобулярного субстрата, усиливающего флуоресценцию». BioTechniques . 20 (2): 286–291. doi : 10.2144/96202rr06 . PMID  8825159.
  12. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. (The "Gold Book") (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) "Dexter excited transfer (electron exchange excited transfer)". doi :10.1351/goldbook.D01654