Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Снижение свечения флуоресцентных веществ
Reduction of light emitted from fluorescent substances
В химии тушение (гашение) относится к любому процессу, который уменьшает интенсивность флуоресценции вещества. Тушению могут способствовать различные процессы, такие как реакции в возбужденном состоянии, передача энергии, образование комплексов и столкновения. Следовательно, тушение часто сильно зависит от давления и температуры. Молекулярный кислород, ионы йода и акриламид являются распространенными химическими тушителями. Ион хлора является хорошо известным тушителем флуоресценции хинина. Тушение представляет проблему для не моментальных спектроскопических методов, таких как флуоресценция, индуцированная лазером. Тушение используется в оптодных датчиках; например, эффект тушения кислородом на определенные комплексы рутения позволяет измерять насыщение кислородом в растворе. Тушение лежит в основе анализов на основе резонансного переноса энергии Форстера (FRET). Тушение и восстановление флуоресценции при взаимодействии со специфической молекулярно-биологической мишенью является основой для активируемых оптических контрастных агентов для молекулярной визуализации. Многие красители подвержены самотушению, что может снизить яркость конъюгатов красителей с белками для флуоресцентной микроскопии или может быть использовано в датчиках протеолиза.
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.
Передача энергии резонанса Фёрстера
Существует несколько чётко выраженных механизмов, посредством которых энергия может передаваться нерадиационно (без поглощения или испускания фотонов) между двумя красителями – донором и акцептором. Передача энергии резонанса Фёрстера (FRET или FET) – это динамический механизм тушения, поскольку передача энергии происходит, пока донор находится в возбужденном состоянии. FRET основан на классических диполь-дипольных взаимодействиях между переходными дипольными моментами донора и акцептора и крайне чувствителен к расстоянию между донором и акцептором, R, убывающему пропорционально 1/R⁶. FRET также зависит от спектрального перекрытия донора и акцептора (см. рисунок) и относительной ориентации переходных дипольных моментов донора и акцептора. FRET обычно может происходить на расстояниях до 100 Å.
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.
Передача электронов Декстера
Декстер (также известный как обмен Декстера или передача энергии при столкновении, в разговорной речи – передача энергии Декстера) – еще один динамический механизм тушения. Передача электронов по механизму Декстера – это явление ближнего действия, затухающее экспоненциально с расстоянием (пропорционально e−kR, где k – константа, зависящая от обратной величины радиуса Ван-дер-Ваальса атома) и определяемое пространственным перекрытием молекулярных орбиталей донора и акцептора. В большинстве ситуаций с донорным флуорофором и акцептором-тушителем более важным является механизм Фёрстера, чем механизм Декстера. При передаче энергии по механизмам Фёрстера и Декстера формы спектров поглощения и флуоресценции красителей не изменяются. Передача электронов по механизму Декстера может быть существенной между красителем и растворителем, особенно при образовании между ними водородных связей.
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
Формирование экциплекса (комплекса возбужденного состояния) — третий механизм динамического тушения.
Exciplex (excited state complex) formation is a third dynamic quenching mechanism.
Статика
Остающийся механизм передачи энергии – статическое тушение (также называемое контактным тушением). Статическое тушение может быть доминирующим механизмом для некоторых зондов «репортер-тушитель». В отличие от динамического тушения, статическое тушение происходит, когда молекулы образуют комплекс в основном состоянии, то есть до возбуждения. Комплекс обладает своими уникальными свойствами, такими как отсутствие флуоресценции и уникальный спектр поглощения. Агрегация красителей часто обусловлена гидрофобным эффектом – молекулы красителей укладываются вместе, чтобы минимизировать контакт с водой. Планарные ароматические красители, подходящие для ассоциации посредством гидрофобных сил, могут усиливать статическое тушение. Высокие температуры и добавление поверхностно-активных веществ, как правило, препятствуют образованию комплекса в основном состоянии.
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.
Оглушение при столкновении
Коллизионное гашение происходит, когда возбужденный флюорофор контактирует с атомом или молекулой, способствующей нерадиационным переходам в основное состояние. Молекула в возбужденном состоянии сталкивается с молекулой-гасителем и нерадиационно возвращается в основное состояние.
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.