Kalení (fluorescence) - Quenching (fluorescence) - Wikipedia

Dva vzorky chinin rozpuštěný ve vodě fialovým laserem (vlevo) osvětlujícím oba. Chinin typicky fluoreskuje modře a je viditelný ve správném vzorku. Levý vzorek obsahuje chloridové ionty, které potlačují fluorescenci chininu, takže levý vzorek viditelně nefluoreskuje (fialové světlo je jen rozptýlené laserové světlo).

Kalení odkazuje na jakýkoli proces, který snižuje fluorescence intenzita dané látky. Řada procesů může vyústit v kalení, jako např vzrušený stav reakce, přenos energie, tvorba komplexu a kolizní kalení. V důsledku toho je kalení často velmi závislé na tlak a teplota. Molekulární kyslík, jodid ionty a akrylamid[1] jsou běžné chemické zhášeče. Chloridový iont je dobře známý zhášeč chininové fluorescence.[2][3][4] Kalení představuje problém pro ne-okamžité spektroskopické metody, jako je například laserem indukovaná fluorescence.

Kalení se využívá v optode senzory; například hasicí účinek kyslíku na určité ruthenium komplexy umožňují měření nasycení kyslíkem v řešení. Základem je kalení Försterův přenos rezonanční energie (FRET) testy.[5][6][7] Kalení a dequenching po interakci se specifickým molekulárně biologickým cílem je základem pro aktivovatelná optická kontrastní činidla pro molekulární zobrazování.[8][9] Mnoho barviv prochází samočinným kalením, což může snížit jas konjugátů protein-barvivo fluorescenční mikroskopie,[10] nebo mohou být použity v senzorech proteolýza.[11]

Mechanismy

Spektrální překrytí emise dárce a absorpce zhášedla

Försterův přenos rezonanční energie

Hlavní článek: Försterův přenos rezonanční energie

Existuje několik odlišných mechanismů, kterými lze energii přenášet neradiačně (bez absorpce nebo emise fotonů) mezi dvěma barvivy, dárcem a akceptorem. Försterův přenos rezonanční energie (FRET nebo FET) je mechanismus dynamického kalení, protože k přenosu energie dochází, když je dárce ve vzrušeném stavu. FRET je založen na klasických interakcích dipól-dipól mezi přechodem dipóly dárce a příjemce a je extrémně závislá na vzdálenosti dárce-příjemce, R, odpadávat rychlostí 1 /R6. FRET také závisí na spektrálním překrytí donor-akceptor (viz obrázek) a relativní orientaci přechodových dipólových momentů dárce a akceptor. FRET se obvykle může vyskytovat na vzdálenosti až 100 Å.

Dexterův přenos elektronů

Hlavní článek: Dexterův přenos elektronů

Dexter (také známý jako Dexterova výměna nebo kolizní přenos energie, hovorově známý jako Dexter Eenergie Transfer) je další dynamický kalicí mechanismus.[12] Dexterův přenos elektronů je jev krátkého dosahu, který klesá exponenciálně se vzdáleností (úměrně e−kR kde k je konstanta, která závisí na inverzi van der Waalsova poloměru atomu[Citace je zapotřebí ]) a závisí na prostorovém překrytí donorových a zhášecích molekulárních orbitalů. Ve většině situací donor-fluorofor-zhášeč-akceptor je Försterův mechanismus důležitější než Dexterův mechanismus. Při přenosu energie Försterem i Dexterem se tvary absorpčního a fluorescenčního spektra barviv nezmění.

Dexterův přenos elektronů může být mezi barvivem a rozpouštědlem významný, zvláště když se mezi nimi tvoří vodíkové vazby.

Exciplex

Hlavní článek: Exciplex

Exciplex (komplex excitovaného stavu) je třetí dynamický kalicí mechanismus.

Porovnání statických a dynamických kalicích mechanismů

Statické kalení

Zbývajícím mechanismem přenosu energie je statické kalení (označované také jako kontaktní kalení). Statické zhášení může být dominantním mechanismem pro některé sondy reportér-zhášeč. Na rozdíl od dynamického kalení dochází ke statickému kalení, když molekuly tvoří komplex v základním stavu, tj. Předtím, než dojde k excitaci. Komplex má své vlastní jedinečné vlastnosti, jako například nefluorescenční a jedinečný vstřebávání spektrum. Agregace barviva je často způsobena hydrofobní účinky - molekuly barviva se skládají dohromady, aby se minimalizoval kontakt s vodou. Rovinné aromatické barvy, které jsou spojeny pro spojení prostřednictvím hydrofobních sil, mohou zlepšit statické zhášení. Vysoké teploty a přidávání povrchově aktivních látek mají tendenci narušovat tvorbu komplexů základního stavu.

Kolizní kalení

Důležitý proces zhášení ve fyzice atmosféry lze vidět v nadmořské výšce variace aurorálních emisí. Ve vysokých nadmořských výškách (nad ~ 200 km) dominuje červená emise 630,0 nm atomového kyslíku, zatímco ve výškách v E-vrstvě je zelená 557,7 nm emise intenzivnější. Oba prakticky mizí ve výškách pod 100 km. K této odchylce dochází v důsledku neobvykle dlouhé životnosti excitovaných stavů atomového kyslíku, s 0,7 sekundy pro 557,7 nm a téměř dvě minuty pro emise 630,0 nm (obě zakázané přechody ). Střední dráhy bez kolizí klesají v nižších nadmořských výškách v důsledku zvyšování hustoty částic, což má za následek de-excitaci atomů kyslíku v důsledku vyšší pravděpodobnosti kolizí, což brání emisi červené a zelené linie kyslíku.[13][14]

Viz také

Reference

  1. ^ Phillips SR, Wilson LJ, Borkman RF (srpen 1986). "Akrylamidové a jodidové fluorescenční zhášení jako strukturní sonda tryptofanového mikroprostředí v krystalech bovinních čoček". Aktuální výzkum očí. 5 (8): 611–9. doi:10.3109/02713688609015126. PMID  3757547.
  2. ^ O'Reilly JE (září 1975). "Fluorescenční experimenty s chininem". Journal of Chemical Education. 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). "Fotofyzika na diskotéce: Luminiscenční zhášení chininu". Journal of Chemical Education. 67 (12): 1065. Bibcode:1990JChEd..67.1065S. doi:10.1021 / ed067p1065.
  4. ^ Gutow JH (2005). „Halogenidové (Cl-) zhášení fluorescence chininsulfátu: časově rozlišený fluorescenční experiment pro fyzikální chemii“. Journal of Chemical Education. 82 (2): 302. Bibcode:2005JChEd..82..302G. doi:10.1021 / ed082p302.
  5. ^ Peng X, Draney DR, Volcheck WM (2006). "Quenched near-infrared fluorescent peptide substrát pro HIV-1 proteázový test". In Achilefu S, Bornhop DJ, Raghavachari R (eds.). Optické molekulární sondy pro biomedicínské aplikace. 6097. 60970F. doi:10.1117/12.669174. S2CID  98507102.
  6. ^ Peng X, Chen H, Draney DR, Volcheck W, Schutz-Geschwender A, Olive DM (květen 2009). „Nefluorescenční, širokorozsahové zhášecí barvivo pro Försterovy testy přenosu rezonanční energie“. Analytická biochemie. 388 (2): 220–8. doi:10.1016 / j.ab.2009.02.024. PMID  19248753.
  7. ^ Osterman H (2009). „Další krok v blízké infračervené fluorescenci: IRDye QC-1 Dark Quencher“. Recenze článku. 388: 1–8. Archivovány od originál dne 20. března 2020.
  8. ^ Blum G, Weimer RM, Edgington LE, Adams W, Bogyo M (červenec 2009). „Srovnávací hodnocení substrátů a sond založených na aktivitě jako nástroje pro neinvazivní optické zobrazování aktivity cysteinové proteázy“. 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 (duben 1999). "In vivo zobrazování nádorů pomocí proteázou aktivovaných fluorescenčních sond blízké infračervené oblasti". Přírodní biotechnologie. 17 (4): 375–8. doi:10.1038/7933. PMID  10207887. S2CID  12362848.
  10. ^ Jacobsen MT, Fairhead M, Fogelstrand P, Howarth M (srpen 2017). „Amine Landscaping to Maximize Protein-Dye Fluorescence and Ultrastable Protein-Ligand Interaction“. 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 (únor 1996). „Detekce aktivity proteázy pomocí globulárního substrátu zesilujícího fluorescenci“. Biotechniky. 20 (2): 286–291. doi:10.2144 / 96202rr06. PMID  8825159.
  12. ^ IUPAC, Kompendium chemické terminologie, 2. vyd. („Zlatá kniha“) (1997). Online opravená verze: (2006–) “Dexterův přenos buzení (přenos buzení elektronovou výměnou) ". doi:10.1351 / zlatá kniha D01654
  13. ^ Rees MH, Jones RA (01.07.1973). „Časově závislé studie polární záře - II. Spektroskopická morfologie“. Planetární a kosmická věda. 21 (7): 1213–1235. Bibcode:1973P & SS ... 21.1213R. doi:10.1016/0032-0633(73)90207-9. ISSN  0032-0633.
  14. ^ Johnsen MG, Lorentzen DA, Holmes JM, Løvhaug UP (2012). "Metoda založená na modelu pro získání hranice otevřené / uzavřené siločáry z vrchní aurorální červené čáry 6300 Å [OI]". Journal of Geophysical Research: Space Physics. 117 (A3): n / a. Bibcode:2012JGRA..117,3319J. doi:10.1029 / 2011JA016980.