Тушение (флуоресценция)

В химии интенсивность тушение относится к любому процессу, который уменьшает 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 обычными 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 кислородом в растворе. Тушение является основой анализа резонансного переноса энергии Фёрстера (FRET). ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Тушение и гашение при взаимодействии со специфической молекулярно-биологической мишенью является основой активируемых оптических контрастных веществ для молекулярной визуализации . ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Многие красители подвергаются самогашению, что может снизить яркость конъюгатов белок-краситель для флуоресцентной микроскопии . ^{[ 10 ]} или могут быть использованы 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 Декстер-обмен или столкновительная передача энергии, в просторечии известный как - передача ) энергии Декстер — еще один механизм динамического тушения. ^{[ 12 ]} Перенос электронов Декстера - это явление на короткие расстояния, которое экспоненциально падает с расстоянием (пропорционально e ^{− шведские кроны} где k - константа, зависящая от обратной величине ван-дер-ваальсова радиуса атома. ^{[ нужна ссылка ]}) и зависит от пространственного перекрытия 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.

Статическая закалка

Остающийся механизм передачи энергии — 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 поглощения спектр . 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.

См. также

Темный гаситель для использования в молекулярной биологии.
Резонансная передача энергии Фёрстера - явление, на котором основаны некоторые методы гашения.

Ссылки

^ Филлипс С.Р., Уилсон Л.Дж., Боркман Р.Ф. (август 1986 г.). «Тушение флуоресценции акриламидом и йодидом как структурный зонд микроокружения триптофана в кристаллинах бычьих хрусталиков». Текущие исследования глаз . 5 (8): 611–9. дои : 10.3109/02713688609015126 . ПМИД 3757547 .
^ О'Рейли Дж. Э. (сентябрь 1975 г.). «Опыты флуоресценции с хинином». Журнал химического образования . 52 (9): 610–2. Бибкод : 1975ЖЧЭд..52..610О . дои : 10.1021/ed052p610 . ПМИД 1165255 .
^ 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 : 1990ЖЧЭд..67.1065С . дои : 10.1021/ed067p1065 .
^ 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 .
^ Пэн X, Дрэйни 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 .
^ 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 .
^ 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.
^ Блюм Дж., Веймер Р.М., Эджингтон Л.Е., Адамс В., Богьо М. (июль 2009 г.). «Сравнительная оценка субстратов и зондов на основе активности как инструментов неинвазивной оптической визуализации активности цистеиновых протеаз» . ПЛОС ОДИН . 4 (7): е6374. Бибкод : 2009PLoSO...4.6374B . дои : 10.1371/journal.pone.0006374 . ПМК 2712068 . ПМИД 19636372 .
^ Вайсследер Р., Тунг Ч.Х., 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 . ПМИД 10207887 . S2CID 12362848 .
^ 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 химия, биол . 24 (8): 1040–1047. doi : 10.1016/j.chembiol.2017.06.015 . ПМК 5563079 . ПМИД 28757182 .
^ Восс Э.В. младший, Уоркман С.Дж., Муммерт М.Е. (февраль 1996 г.). «Обнаружение протеазной активности с использованием глобулярного субстрата, усиливающего флуоресценцию» . БиоТехники . 20 (2): 286–291. дои : 10.2144/96202rr06 . ПМИД 8825159 .
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Декстеровская передача возбуждения (электронообменная передача возбуждения) ». два : 10.1351/goldbook.D01654

[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 бычьих хрусталиков». 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 : 1975ЖЧЭд..52..610О . 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 : 1990ЖЧЭд..67.1065С . 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, Дрэйни 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 Дж., Веймер Р.М., Эджингтон Л.Е., Адамс В., Богьо М. (июль 2009 г.). «Сравнительная оценка субстратов и зондов на основе активности как инструментов неинвазивной оптической визуализации активности цистеиновых протеаз» . ПЛОС ОДИН . 4 (7): е6374. Бибкод : 2009PLoSO...4.6374B . дои : 10.1371/journal.pone.0006374 . ПМК 2712068 . ПМИД 19636372 .

[9] Вайсследер Р., Тунг Ч.Х., 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 . ПМИД 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 химия, биол . 24 (8): 1040–1047. doi : 10.1016/j.chembiol.2017.06.015 . ПМК 5563079 . ПМИД 28757182 .

[11] Восс Э.В. младший, Уоркман С.Дж., Муммерт М.Е. (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) ». два : 10.1351/goldbook.D01654

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]