Fluorophore

Es gibt eine Vielzahl fluoreszierender Stoffe, die chemisch sehr unterschiedlich aufgebaut sind. Dementsprechend weisen sie individuelle Vor- und Nachteile auf, welche bei der Auswahl eines geeigneten Farbstoffs und dessen Optimierung für eine bestimmte Fluoreszenzanwendung berücksichtigt werden müssen.

Diese sind kleinere organische Moleküle, welche die derzeit in der Biologie am häufigsten verwendete Farbstoffgruppe darstellen. Bekannte Beispiele sind Cy3, Cy5, FITC und diverse Alexa- und ATTO-Farbstoffe.

Diese ursprünglich in Quallen entdeckte Art von Fluorophoren weist den einzigartigen Vorteil auf, dass die Farbstoffmoleküle mittels genetischer Modifikation als Fusionsproteine in lebende Zellen eingebracht werden können. Auf diese Weise können Strukturen innerhalb intakter Zellen oder sogar Organismen spezifisch markiert und untersucht werden. Bekannte Beispiele sind GFP oder Phycoerythrin.

Hierbei handelt es sich um wenige Nanometer große Halbleiter-Nanopartikel. Aufgrund von bestimmten Quanteneffekten können diese innerhalb eines sehr breiten spektralen Bereichs angeregt werden, während die Emissionswellenlänge spezifisch eingestellt werden kann. Wegen ihrer giftigen Bestandteile sind die meisten kommerziell erhältlichen Quantenpunkte mit einer Schutzschicht versiegelt. Um gewünschte Oberflächeneigenschaften aufzuweisen, werden sie darüber hinaus mit bestimmten organischen Molekülen beschichtet.

Der Begriff „Fluoreszenz“ basiert auf Effekten, welche erstmals in einem Mineral namens Fluorit (CaF₂) beobachtet wurden. Später konnte man jedoch zeigen, dass die beobachtete Fluoreszenz nicht von dem Fluorit selber stammt, sondern durch Verunreinigungen mit zweiwertigem Europium verursacht wurde. Die Fluoreszenz von Europium weist eine sehr große Stokes-Verschiebung auf und ist darüber hinaus extrem photostabil. Es findet daher z.B. großtechnische Anwendung bei der Herstellung von Fernsehbildschirmen. Ebenso kann es aber auch in der Diagnostik verwendet werden.

In komplexeren Anwendungen tritt eine Vielzahl von Wechselwirkungen zwischen dem Farbstoffmolekül und seiner Umgebung auf, welche zur Optimierung genutzt werden können.

• Fluorophore können auf Salzkonzentration und pH-Wert reagieren.
• Fluorophore können ihre Energie auf andere Fluorophore in der Nähe übertragen. Dies ermöglicht die Untersuchung von Protein- und Enzymwechselwirkungen.
• Fluorophore können durch bestimmte Moleküle gelöscht werden.
• Fluorophore können durch Zugabe von Reduktions- und/oder Oxidationsmittel in ihrem Fluoreszenzverhalten optimiert werden.