FRET效应【参考】.docVIP

新型的供体-受体组合在荧光共振能量转移(FRET)中的应用Kim E. Sapsford, Lorenzo Berti, and Igor L. Medintz. Materials for Fluorescence Resonance Energy TransferAnalysis: Beyond Traditional Donor-Acceptor Combinations. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4562-4588. 关键字：染料，荧光团，FRET (荧光共振能量转移)，纳米颗粒，荧光量子点 荧光共振能量转移(FRET)作为一种光谱技术应用于实践已经有50多年的历史了。如果在ISI Wed of science中输入“FRET”作为检索关键词，可以反馈得到2300余篇参考文献，包括FRET体系在各种领域中的应用，例如生物分子结构的确定，生物分子之间相互作用的研究，生物体外分析，活细胞实时监测,核酸分析，生物体内信号转导分析以及在光聚集材料和金属纳米材料中的应用。新型荧光材料的发现和应用（包括纳米晶体，纳米粒子，高分子，基因重组蛋白）和各种荧光分析设备的完善更新成为了这一技术进一步发展的关键。这篇综述主要将为大家介绍一下FRET体系中的供体和受体的主要的荧光材料。我们将着重介绍各类荧光材料的优缺点和它们的组合应用，并也适当地介绍它们在各种生物体系中与底物的连接方法。 简介 1.1 FRET过程 荧光共振能量转移（FRET）是处于激发态的供体（通常是一种荧光团）通过长程偶极－偶极相互作用以无辐射的方式将能量转移给邻近处于基态的受体[1, 2]（Figture 1），受体在吸收了供体发出的与供体本身荧光相当的能量后，激发出受体的荧光，但也有可能不激发荧光而发生光淬灭。供体和受体之间能量转移的效率取决于很多的因素，如供体发射光谱和受体吸收光谱的重叠程度，能量转移时两个荧光团之间的偶极方向，还有最为重要的是供体和受体之间的距离[2]。读者如果对FRET效应的物理学研究有兴趣的话可以查阅参考文献[2], 在这里我们就不作介绍了。 FRET效应发生时供体受体之间的距离（10-100?）大致与生物大分子的尺寸相当。随着FRET技术的日趋成熟，多组供体/受体对的体系也被应用的越来越广泛[3-5]。下面这个等式从理论上描述了单供体/受体体系的能量转移关系，r是指供体和受体之间的距离。供体和受体之间的能量转移效率kT(r)取决于它们之间的距离r，r常通过F?rster距离R0来表示[2, 6, 7]。 R0就是激发态供体的能量以50％的效率转移给受体时它们之间的距离，激发态供体另外的一半能量则可以通过辐射或是非辐射的方式释放。R0可以通过供体和受体的光谱学性质进行理论上的计算获得。[Eq. (1)]. R0=9.78×103[k2n-4QDJ(λ)]1/6 (in ?) [Eq. (1)] 等式中的k2因子描述的是供体和受体两者之间的偶极方向，它的取值范围是从0（正交）到4（同直线或是平行）。对于一些特定的FRET体系，偶极方向值k2到底取多少还是存在争议的。只有在少数的能够得到供体/受体的单晶结构数据的情况下，k2值才可以被比较合理地确定。在大多数情况下，目前还没有有效的实验方法来测量k2值，这就引起了理论计算中的不确定误差[2, 8, 9]。庆幸的是，染料标记体系的运动和静态动力学研究表明并经大量的经验证实：在各种生物体系中，k2值取2/3是比较合理的。对于各种理论计算的R0值，它的误差的上限约为35％[2]。关于此方面内容的具体讨论，大家可以参考Remedios和Moens[9]以及Stryer[10]的工作。等式中媒质折射因子n在通常所研究的生物体系的水溶液环境中为1.4。QD是供体在没有受体存在情况下的荧光量子产率，J(λ)是供体/受体光谱的重叠积分，它反映的是供体发射光谱和受体吸收光谱的交叠程度。受体的摩尔消光系数越大，供体发射光谱和受体吸收光谱重叠越多，相应的J(λ)和R0也就越大。有了这样一个计算R0值的方法，我们就可以据此估算某一特定距离r的FRET效率。根据供体/受体之间距离r的有效取值范围（r = R0 ± 50% R0），我们可以大致计算FRET效应距离的上限和下限[8, 9]。荧光能量转移的效率可以通过稳态测量[Eq. (2)]和实时测量[Eq. (3)]两种手段来测试获得。 E = 1-FDA/FD [Eq. (2)] E = 1-τDA/τD [Eq. (3)] 等式中的FD和FDA分别是指体系在没有受体和受体存在下的发射荧光强度，τD和τDA则分别是指体系在没有受体和受体存在