Reduction of light emitted from fluorescent substances
Химияда, сөндіру – берілген заттың флуоресценттік қарқындылығын төмендететін кез келген процеске жатады. Сөндіруге түрлі процестер себеп болуы мүмкін, мысалы, қоздырылған күйдегі реакциялар, энергияның берілуі, кешендердің түзілуі және соқтығысулар. Осының салдарынан, сөндіру көбінесе қысым мен температураға байланысты болады. Молекулалық оттегі, йод иондары және акриламид – кең таралған химиялық сөндіргіштер. Хлорид ионы – хининнің флуоресценциясын сөндіретін жақсы белгілі зат. Сөндіру лазерлік флуоресценция сияқты жедел емес спектроскопиялық әдістер үшін қиындық тудырады. Оптиодты сенсорларда сөндіру қолданылады; мысалы, рутенийдің кейбір кешендеріне оттегінің сөндіру әсері ерітіндідегі оттегінің қанығуын өлшеуге мүмкіндік береді. Сөндіру – Фёрстердің резонанстық энергия беру (FRET) сынақтарының негізі болып табылады. Белгілі бір молекулалық биологиялық нысанамен өзара әрекеттесу кезінде сөндіру және қайта жандану молекулалық бейнелеуге арналған белсендірілетін оптикалық контраст агенттерінің негізі болып табылады. Көптеген бояулар өзінен-өзі сөндіріледі, бұл флуоресценттік микроскопия үшін ақуыз-бояу конъюгаттарының жарықтығын азайтуы мүмкін, немесе протеолиз сенсорларында қолданылуы мүмкін.
In chemistry, quenching refers to any process which decreases the fluorescent intensity of a given substance. A variety of processes can result in quenching, such as excited state reactions, energy transfer, complex formation and collisions. As a consequence, quenching is often heavily dependent on pressure and temperature. Molecular oxygen, iodine ions and acrylamide are common chemical quenchers. The chloride ion is a well known quencher for quinine fluorescence. Quenching poses a problem for non instant spectroscopic methods, such as laser induced fluorescence. Quenching is made use of in optode sensors; for instance the quenching effect of oxygen on certain ruthenium complexes allows the measurement of oxygen saturation in solution. Quenching is the basis for Förster resonance energy transfer (FRET) assays. Quenching and dequenching upon interaction with a specific molecular biological target is the basis for activatable optical contrast agents for molecular imaging. Many dyes undergo self quenching, which can decrease the brightness of protein dye conjugates for fluorescence microscopy, or can be harnessed in sensors of proteolysis.
Фёрстер резонанстық энергиясы
Энергияның сәулеленбей (фотонды сіңірместен немесе шығармай) екі бояу, донор мен акцептор арасында берілуі мүмкін бірнеше ерекше механизмдер бар. Фёрстер резонанстық энергия беру (FRET немесе FET) – донор қозған күйде болғанда энергия беру жүзеге асатын динамикалық сөндіру механизмі. FRET донор мен акцептордың өтпелі дипольдері арасындағы классикалық диполь-диполь өзара әрекеттесулерге негізделген және донор-акцептор қашықтығына, R, 1/R⁶ пропорциясында төмендеуге өте сезімтал. FRET донор мен акцептордың спектральдық жабысуына (суретті қараңыз) және донор мен акцептордың өтпелі диполь моменттерінің салыстырмалы бағытына да байланысты. FRET әдетте 100 Å дейінгі қашықтықтарда жүруі мүмкін.
There are a few distinct mechanisms by which energy can be transferred non radiatively (without absorption or emission of photons) between two dyes, a donor and an acceptor. Förster resonance energy transfer (FRET or FET) is a dynamic quenching mechanism because energy transfer occurs while the donor is in the excited state. FRET is based on classical dipole dipole interactions between the transition dipoles of the donor and acceptor and is extremely dependent on the donor acceptor distance, R, falling off at a rate of 1/R6. FRET also depends on the donor acceptor spectral overlap (see figure) and the relative orientation of the donor and acceptor transition dipole moments. FRET can typically occur over distances up to 100 Å.
Декстер электронды көшірмесін
Декстер (Декстер алмасуы немесе соқтығысу энергиясының берілуі, көбінесе Декстер энергиясының берілуі деп аталады) – тағы бір динамикалық сөндіру механизмі. Декстер электрондық алмасуы – қашықтыққа байланысты экспоненциалды түрде төмендейтін, қысқа аралықтағы құбылыс (e−kR-ге пропорционалды, мұндағы k – атомның ван дер Ваальс радиусының кері шамасына байланысты тұрақты) және донор мен сөндіргіш молекулалық орбитальдарының кеңістіктегі жапқышуына байланысты. Көптеген донорлық флуорофор – сөндіргіш акцептор жағдайларында Фёрстер механизмі Декстер механизмінен гөрі маңыздырақ. Фёрстер және Декстер энергиясының берілуі кезінде бояулардың сіңіру және флуоресценция спектрлерінің пішіні өзгеріссіз қалады. Декстер электрондық алмасуы бояу мен еріткіш арасында, әсіресе олардың арасында сутекті байланыстар қалыптасқанда маңызды болуы мүмкін.
Dexter (also known as Dexter exchange or collisional energy transfer, colloquially known as Dexter Energy Transfer) is another dynamic quenching mechanism. Dexter electron transfer is a short range phenomenon that falls off exponentially with distance (proportional to e−kR where k is a constant that depends on the inverse of the van der Waals radius of the atom) and depends on spatial overlap of donor and quencher molecular orbitals. In most donor fluorophore–quencher acceptor situations, the Förster mechanism is more important than the Dexter mechanism. With both Förster and Dexter energy transfer, the shapes of the absorption and fluorescence spectra of the dyes are unchanged. Dexter electron transfer can be significant between the dye and the solvent especially when hydrogen bonds are formed between them.
Экциплекс
Экциплекс (қозған күйдегі кешен) түзілуі – үшінші динамикалық өшіру механизмі.
Exciplex (excited state complex) formation is a third dynamic quenching mechanism.
Статикалық сөндіру
Қалған энергия беру механизмі – статикалық сөндіру (сонымен қатар контактілік сөндіру деп те аталады). Статикалық сөндіру кейбір репортер-сөндіргіш зондтары үшін басым механизм болуы мүмкін. Динамикалық сөндіруден өзгеше, статикалық сөндіру молекулалардың негізгі күйде кешен құрағанда, яғни қозу жүрмес бұрын пайда болады. Бұл кешеннің өзіне тән қасиеттері бар, мысалы, флуоресценцияламайды және ерекше сіңіру спектріне ие. Бояулардың бірігуі көбінесе гидрофобтық әсерге байланысты – бояу молекулалары сумен байланысын азайту үшін бірігіп жиналады. Гидрофобтық күштер арқылы байланысуға жарамды жазық ароматикалық бояулар статикалық сөндіруді күшейте алады. Жоғары температура және беттік белсенді заттардың қосылуы негізгі күйдегі кешеннің түзілуін бұзады.
The remaining energy transfer mechanism is static quenching (also referred to as contact quenching). Static quenching can be a dominant mechanism for some reporter quencher probes. Unlike dynamic quenching, static quenching occurs when the molecules form a complex in the ground state, i. e. before excitation occurs. The complex has its own unique properties, such as being nonfluorescent and having a unique absorption spectrum. Dye aggregation is often due to hydrophobic effects—the dye molecules stack together to minimize contact with water. Planar aromatic dyes that are matched for association through hydrophobic forces can enhance static quenching. High temperatures and addition of surfactants tend to disrupt ground state complex formation.
Тездетуді сөндіру
Соқтығысу арқылы сөндіру, қозған флюорофор негізгі күйге радиациялық емес ауысуды жеңілдететін атом немесе молекуламен жанасқанда пайда болады. Қозған күйдегі молекула сөндіруші молекуламен соқтығысып, радиациялық емес жолмен негізгі күйге оралады.
Collisional quenching occurs when the excited fluorophore experiences contact with an atom or molecule that can facilitate non radiative transitions to the ground state. Excited state molecule collides with quencher molecule and returns to ground state non radiatively.