染料聚集

更新時間：2023-05-16 點擊次數：2344

通過吸收光，染料分子進入電子激發狀態。在這種情況下，吸收的能量僅存儲很短的時間，并在激發態的生命周期后再次輻射，例如熒光。

在染料溶液中，激發的染料分子（可視為點偶極子或振蕩器）如果它們之間的距離足夠大，則不會相互影響。因此，集合中存在的發色團的吸收和熒光不會改變。

在發色團之間的平均距離約為5-10nm處，影響僅通過振蕩器的“輻射場"發生，即沒有直接接觸。例如，通過染料分子的模型證明了兩個染料分子之間的這種相互作用。福斯特共振能量轉移（FRET）描述。

如果發色團之間的距離變得更小，例如在非常濃縮的溶液中，由于各個振蕩器的靜電力，可能會產生強烈的相互影響。由于單個染料分子的分子間相互作用，這種染料溶液的吸收和熒光行為都發生了很大變化。

羅丹明6G水中
在羅丹明6G濃水溶液的紫外/可見光譜中，可以在主吸收帶的短波側觀察到肩部的外觀。如果通過稀釋溶液來改變濃度（c），并以相同的方式增加比色皿的層厚（d），以便根據朗伯-比爾定律始終可以期望相同的吸光度，則可以發現以下過程：

等吸點的出現 - 所有涉及物質的濃度變化是線性的，dE / dc = 0適用 - 表明兩個（或多個）物種正在以定義的方式相互轉化或彼此平衡。因此，這是一個動態平衡。

解離或二聚化常數可以通過實驗確定：在稀釋系列中，溶液的稀釋總是由層厚度的變化補償，“有效消光系數"可以通過在了解稀釋因子和重量濃度的情況下（單體）最大值處測量的吸光度來計算。重量濃度由不發生二聚化的高度稀釋溶液的紫外光譜確定。由于朗伯-比爾定律中的單個吸收具有相加性，因此可以用反應方程或.dem質量作用定律來表示有效吸光度或有效消光系數。通過解離常數的參數變化和合適的圖形繪制，最終得到一條直線，從其斜率和截距中可以確定單體和二聚體的消光系數。

疏水相互作用
有機染料的聚集尤其發生在具有高離子強度的水或溶劑中。主要原因是分子間范德華力：通過所謂的“疏水相互作用"，親脂性分子試圖“逃避"親水性水分子，即為水合物殼提供盡可能小的表面積。這種現象還導致玻璃表面上的染料或基底分子上的非特異性鍵的吸附。

形成二聚體或更高聚集體的趨勢取決于

- 染料的濃度 – 濃度越高，聚集性越強

- 溶劑 – 與乙醇或其他有機溶劑相比，通常可以在水或甲醇中觀察到聚集。通過比較等濃度溶液的吸收光譜，這一點令人印象深刻地證明了這一點 阿托 565 在含三氟yi酸（TFAc）的水性PBS緩沖液（pH 7.4）和乙醇中：

-也許 存在電解質 （鹽析），特別是當離子對出現在有機溶劑（如氯仿）中時

- 溫度 – 在較高溫度下，熱運動使聚集變得更加困難

- 分子 染料的結構 – 具有親水基團的染料，例如 阿托 488，阿托 532，阿托 542 等，與疏水染料相反，例如 ATTO Rho6G， ATTO Rho11， ATTO Rho12 等。在水溶液中無聚集：

由于它是動態平衡 - 如上所述 - 二聚體可以通過稀釋溶液轉化為單體。當測量的吸收光譜不再隨著進一步稀釋和層厚度的相應增加而變化時，達到“單體光譜"。適用于大多數疏水性 阿托-這是吸光度約為0.04（層厚1cm;c = 10-7 – 10-6 摩爾/升）。

蛋白質偶聯物中的分子內相互作用/DOL測定
當染料NHS酯與蛋白質的氨基反應時，可以形成染料偶聯物，其中共價鍵合的染料分子緊密相鄰并且可以相互作用。這以同樣的方式表現為吸收光譜的強烈變化，正如在ATTO 565階親和素偶聯物的例子中可以清楚地看到的那樣：

在共軛光譜中觀察到一個額外的短波吸收帶，類似于具有足夠高濃度的水性染料溶液的“二聚體帶"。因為在這種情況下它是 分子內 共價鍵合染料分子的相互作用，吸收光譜通過稀釋共軛溶液而改變不！
在這種情況下，標簽程度（DOL）的確定在我們的工作規范中規定"蛋白質標記“的描述。

兩種形式的聚合之間有一個基本的區別：

H 聚集體（H = 催眠致變色），短波
當兩個或多個染料分子以這樣的方式相互連接時，就會發生這種類型的聚集，即它們的過渡偶極矩（在 S 的情況下0 – S1 過渡通常沿發色系統的縱軸運行）彼此平行。與單體吸收相反，觀察到一個半致變色的吸收帶。

由于空間接近，電子結構相互影響，可以說兩個分子必須一起考慮。能級被分裂，量子力學現在允許的吸收躍遷更有能量，因此波長更短。從這種較高的激發狀態開始，發生快速的內部轉換（IC），從而使熒光被淬滅。

J 單位（根據 E.E. Jelley），長波
在這種類型的聚集中，獲得吸收帶的長波偏移，這與帶的半寬顯著減小有關。

J-聚集體通常存在于聚甲胺染料中，例如花青、亞菁或類似的發色團。Jelley和Scheibe使用染料假異氰素獨立地觀察了這一現象。對于由單個染料聚集形成的“超分子聚合物"的模型描述，已經提出了各種類型。對分子關系簡單的描述是單個分子一個接一個地排列自己，因此過渡偶極矩也在同一條線上。對分子的共同考慮再次導致能級的分裂：量子力學允許的躍遷現在能量較低，這解釋了吸收帶的長波偏移。

聚集會受到溶劑成分、鹽或其他物質的添加以及濃度的強烈影響。在理想條件下，所述極窄的吸收帶可以在紫外/可見光譜中找到。此外，與H聚集體相比，可以在這里觀察到熒光，特別是在較低的溫度下：然而，發射帶的最大值也非常窄，僅比吸收最大值長幾納米。
根據實驗條件，文獻中還描述了吸收帶的“展寬"，除其他外，通過包含J聚集體的禁止電子轉移來解釋。

ATTO 488 標記的磷脂
解決方案來自 阿托 488 標記的磷脂純氯仿最初令人驚訝，因為它們具有意想不到的顏色：鈍溶液不是帶有亮綠色熒光的淺黃色，而是呈粉紅色至品紅色。吸收的長波偏移可以通過J-聚集體的存在來解釋。當所討論的溶液用甲醇稀釋時，顏色變為通常的黃色陰影，并且可見強烈的熒光。通過改變溶劑組成，聚集體被推回。
下圖顯示了 阿托 488 選擇 1，2-二棕櫚酰基-錫-純氯仿和氯仿/甲醇溶劑混合物中的甘油-3-磷酸乙醇胺（DPPE）（8：2，v/v）：

在左側，兩種解決方案都在正常日光下顯示。在右側，當用紫外光（366nm）照射時，可以特別清楚地看到甲醇混合溶液的綠色熒光。

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