stringtranslate.com

Тушение (флуоресценция)

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

В химии гашением называют любой процесс, который уменьшает интенсивность флуоресценции данного вещества. К тушению могут привести различные процессы, такие как реакции возбужденного состояния , передача энергии, образование комплексов и столкновения . Как следствие, закалка часто сильно зависит от давления и температуры . Молекулярный кислород , ионы йода и акриламид [1] являются распространенными химическими тушителями. Хлорид - ион является хорошо известным тушителем флуоресценции хинина . [2] [3] [4] Тушение представляет собой проблему для немгновенных спектроскопических методов, таких как лазерно-индуцированная флуоресценция .

Гашение используется в оптодных датчиках; например, тушащее воздействие кислорода на некоторые комплексы рутения позволяет измерить насыщение кислорода в растворе. Тушение является основой анализа резонансного переноса энергии Фёрстера (FRET). [5] [6] [7] Тушение и гашение при взаимодействии с конкретной молекулярно-биологической мишенью является основой активируемых оптических контрастных веществ для молекулярной визуализации . [8] [9] Многие красители подвергаются самогашению, что может уменьшить яркость конъюгатов белок-краситель для флуоресцентной микроскопии , [10] или может быть использовано в датчиках протеолиза . [11]

Механизмы

Спектральное перекрытие донорного излучения 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. Резонансная передача энергии Фёрстера (FRET или FET) представляет собой механизм динамического гашения, поскольку передача 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 донора-акцептора (см. рисунок) и взаимной ориентации дипольных моментов донорного и акцепторного перехода. FRET обычно может возникать на расстояниях до 100 Å.

Декстер перенос электронов

Декстер (также известный как обмен Декстера или перенос энергии столкновений, в просторечии известный как перенос энергии Декстера ) — еще один механизм динамического тушения. [12] Декстеровский перенос электрона - это явление на короткие расстояния, которое экспоненциально падает с расстоянием (пропорционально e - kR , где k - константа, которая зависит от обратной величины радиуса Ван-дер-Ваальса атома [ нужна ссылка ] ) и зависит о пространственном перекрытии донорных и тушительных молекулярных орбиталей. В большинстве ситуаций донор-флуорофор-тушитель-акцептор механизм Фёрстера более важен, чем механизм Декстера. При переносе энергии как по Фёрстеру, так и по Декстеру форма спектров поглощения и флуоресценции красителей не меняется.

Декстерский перенос электронов может иметь важное значение между красителем и растворителем, особенно когда между ними образуются водородные связи.

Эксиплекс

Образование эксиплекса (комплекса в возбужденном состоянии) является третьим механизмом динамического тушения.

Сравнение статических и динамических механизмов гашения

Статическая закалка

Оставшимся механизмом передачи энергии является статическое закаливание (также называемое контактным закалкой). Статическое тушение может быть доминирующим механизмом для некоторых зондов-репортеров-тушителей. В отличие от динамического тушения статическое тушение происходит тогда, когда молекулы образуют комплекс в основном состоянии, т. е. до возникновения возбуждения. Комплекс обладает своими уникальными свойствами, такими как нефлуоресцентность и уникальный спектр поглощения . Агрегация красителя часто происходит из-за гидрофобного эффекта — молекулы красителя слипаются вместе, чтобы минимизировать контакт с водой. Плоские ароматические красители, подобранные для ассоциации за счет гидрофобных сил, могут усилить статическое гашение. Высокие температуры и добавление поверхностно-активных веществ имеют тенденцию нарушать образование комплекса в основном состоянии.

Столкновительное тушение

Столкновительное тушение происходит, когда возбужденный флуорофор испытывает контакт с атомом или молекулой, который может облегчить безызлучательный переход в основное состояние. ... Молекула в возбужденном состоянии сталкивается с молекулой-гасителем и безызлучательно возвращается в основное состояние.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Филлипс С.Р., Уилсон Л.Дж., Боркман Р.Ф. (август 1986 г.). «Тушение флуоресценции акриламидом и йодидом как структурный зонд микроокружения триптофана в кристаллинах хрусталика крупного рогатого скота». Текущие исследования глаз . 5 (8): 611–9. дои : 10.3109/02713688609015126. ПМИД  3757547.
  2. ^ О'Рейли Дж. Э. (сентябрь 1975 г.). «Опыты флуоресценции с хинином». Журнал химического образования . 52 (9): 610–2. Бибкод : 1975JChEd..52..610O. дои : 10.1021/ed052p610. ПМИД  1165255.
  3. ^ Сакстедер Л., Баллью Р.М., Браун Э.А., Демас Дж.Н., Нессельродт Д., ДеГрафф Б.А. (1990). «Фотофизика на дискотеке: Тушение люминесценции хинина». Журнал химического образования . 67 (12): 1065. Бибкод :1990JChEd..67.1065S. дои : 10.1021/ed067p1065.
  4. ^ Гутов Дж. Х. (2005). «Галогенидное (Cl-) тушение флуоресценции сульфата хинина: эксперимент по флуоресценции с временным разрешением для физической химии». Журнал химического образования . 82 (2): 302. Бибкод : 2005ЖЧЭд..82..302Г. дои : 10.1021/ed082p302.
  5. ^ Пэн X, Дрэни Д.Р., Волчек В.М. (2006). «Погашенный флуоресцентный пептидный субстрат ближнего инфракрасного диапазона для анализа протеазы ВИЧ-1». Ин Ачилефу С., Борнхоп DJ, Рагхавачари Р. (ред.). Оптические молекулярные зонды для биомедицинских применений . Том. 6097. стр. 60970F. дои : 10.1117/12.669174. S2CID  98507102.
  6. ^ Пэн X, Чен Х, Дрэни Д.Р., Волчек В., Шутц-Гешвендер А., Олив Д.М. (май 2009 г.). «Нефлуоресцентный гасящий краситель широкого спектра действия для анализов резонансной передачи энергии Фёрстера». Аналитическая биохимия . 388 (2): 220–8. дои : 10.1016/j.ab.2009.02.024. ПМИД  19248753.
  7. ^ Остерман Х (2009). «Следующий шаг в области флуоресценции ближнего инфракрасного диапазона: темный гаситель IRDye QC-1». Обзорная статья . 388 : 1–8. Архивировано из оригинала 20 марта 2020 года.
  8. ^ Блюм Г., Веймер Р.М., Эджингтон Л.Е., Адамс В., Богьо М. (июль 2009 г.). «Сравнительная оценка субстратов и зондов на основе активности как инструментов для неинвазивной оптической визуализации активности цистеиновой протеазы». ПЛОС ОДИН . 4 (7): е6374. Бибкод : 2009PLoSO...4.6374B. дои : 10.1371/journal.pone.0006374 . ПМК 2712068 . ПМИД  19636372. 
  9. ^ Вайсследер Р., Тунг Ч., Махмуд У., Богданов А. (апрель 1999 г.). «Визуализация опухолей in vivo с помощью активированных протеазой флуоресцентных зондов ближнего инфракрасного диапазона». Природная биотехнология . 17 (4): 375–8. дои : 10.1038/7933. PMID  10207887. S2CID  12362848.
  10. ^ Якобсен М.Т., Фэйрхед М., Фогельстранд П., Ховарт М. (август 2017 г.). «Аминный ландшафт для максимизации флуоресценции белка и красителя и ультрастабильного взаимодействия белка и лиганда». Клеточная хим. биол . 24 (8): 1040–1047. doi : 10.1016/j.chembiol.2017.06.015 . ПМК 5563079 . ПМИД  28757182. 
  11. ^ Восс EW младший, Workman CJ, Mummert ME (февраль 1996 г.). «Обнаружение протеазной активности с использованием глобулярного субстрата, усиливающего флуоресценцию». БиоТехники . 20 (2): 286–291. дои : 10.2144/96202rr06 . ПМИД  8825159.
  12. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «Декстеровская передача возбуждения (электронообменная передача возбуждения)». дои :10.1351/goldbook.D01654