Quenching-Effekt

Der Effekt der Fluoreszenzlöschung / des Quenching bezeichnet Vorgänge, die eine Abnahme in der Intensität der Fluoreszenz eines Fluorophors zur Folge haben. Es existiert eine Reihe von Effekten, die zur Fluoreszenzlöschung führen, z.B.:

• Komplex-Bildung
• interne Konversion
• Reaktionen des angeregten Zustandes
• Energie-Übertragung auf andere Moleküle, sog. Quencher

Vom Quenching zu unterscheiden ist die Abnahme der Fluoreszenz aufgrund hoher Anregungsintensitäten oder (meist ungewollter) chemischer Veränderungen des Farbstoffes z.B. durch Oxidation in Anwesenheit von Sauerstoff. Diese Art der Fluoreszenzabnahme bezeichnet man als Ausbleichen des Farbstoffes oder Photobleichung. Das Fluorophor wird dabei irreversibel zerstört, während die Fluoreszenzlöschung eines Fluorophors durch einen Quencher reversibel ist: Die Fluoreszenz steigt wieder an, sobald der Quencher entfernt wird.

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Beispiele

• Dynamisches Quenching
• Statisches Quenching
• Förster-Transfer

Anwendungen

Da die Löschung der Fluoreszenz ein leicht zu beobachtendes Phänomen ist, bietet sie sich als Indikator für auf molekularer Ebene stattfindende Prozesse an. Das grundlegende Prinzip kann dabei beispielsweise sein, dass durch die An- oder Abwesenheit einer Ziel-Substanz in Lösung ein Fluorophor und sein Quencher einander nahe gebracht oder voneinander entfernt werden.

Es existieren optische Sensoren, die indirekt, über die gezielte Detektierung solcher Veränderungen der Fluoreszenz, den Eintritt bestimmter Ereignisse erkennen.

Indikator für Kalium-Ionen

So existiert z.B. ein Nachweis für Kalium-Ionen, mithilfe eines kurzen DNA-Fragments (Telomer-Sequenz) an dessen Enden Farbstoff und Quencher kovalent gebunden sind. In Lösung sind sie voneinander getrennt und der Farbstoff fluoresziert. Wickelt sich das DNA-Stück jedoch um ein Kalium-Ion, so berühren sie sich und die Fluoreszenz wird gelöscht.

Indikator für DNA-Hybridisierung

Ein anderer Nachweis nutzt die Tatsache, dass DNA, sobald sie mit ihrem Gegenstrang hybridisiert, eine steifere, lineare Form einnimmt. In dieser Anwendung wird die Löschung beendet, sobald bei Anwesenheit eines korrekt basenpaarenden Gegenstranges, Fluorophor und Quencher, die an den Enden des Stranges angebracht sind, voneinander getrennt werden.

Indikator für gelösten Sauerstoff

Darüberhinaus existieren Rubidium-Komplexe, bei denen der Grad der Fluorezenzlöschung ein Maß für die Sauerstoff-Sättigung einer Lösung angibt.

Siehe auch

• Stern-Volmer-Gleichung