Förster-Radius

Der Förster-Radius (R₀) oder Förster-Abstand, der nach dem deutschen Physikochemiker Theodor Förster benannt wurde, bezeichnet den Abstand zwischen zwei Farbstoffen (Donor und Akzeptor), bei dem die Effizienz E einer strahlungsfreien Energieübertragung via Förster-Resonanzenergietransfer zwischen diesen beiden Farbstoffen 50 % beträgt:

$E=\frac{1}{1+(r/R_0)^6}\!$,

wobei r der Abstand der beiden Farbstoffe ist.

Der Förster-Radius ist abhängig von der Quantenausbeute des Donors ohne Energietransfer Q₀, dem Dipol-Orientierungsfaktor κ, dem Brechungsindex n des Mediums bei den für den Energietransfer relevanten Wellenlängen und dem Integral J aus den sich überlappenden Spektren von Donor und Akzeptor:

${R_0}^6 = \frac{9 \cdot (\ln 10) \cdot (\kappa^2 \, n^{-4} \, Q_0 \, J)}{128 \, \pi^5 \, N_A} = 8,8 \cdot 10^{-28} \cdot (\kappa^2 \, n^{-4} \, Q_0 \, J)$.

Hierbei hängt J von der normalisierten Strahlungsemissionsintensität des Donors f_D(λ) bei der Wellenlänge λ und dem Extinktionskoeffizienten des Akzeptors ε_A(λ) ab:

$J = \int f_{\rm D}(\lambda) \, \epsilon_{\rm A}(\lambda) \, \lambda^4 \, d\lambda$.

Der Orientierungsfaktor κ² ist vom Winkel zwischen dem Emissionsdipol des Donors und dem Absorptionsdipol des Akzeptors θ_DA sowie den Winkeln zwischen beiden Dipolen und dem Verbindungsvektor zwischen Donor und Akzeptor θ_D und θ_A abhängig:

$\kappa^2 = (\cos \theta_{DA} - 3 \cos \theta_D \cos \theta_A)^2 \!$,

wobei κ² Werte zwischen 0 und 4 annehmen kann. Bei Orthogonalität der Dipole beträgt κ² 0 und bei parallel und kollinear angeordneten Dipolen wird der Wert 4 erreicht. Für frei bewegliche Farbstoffe, beispielsweise bei Untersuchung von Prozessen in Lösung, beträgt κ² 2/3.^[1]

Für einige häufig verwendete Donor-Akzeptor-Paare sind die ermittelten Förster-Radien in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:^[2]

Donor	Akzeptor	R0 (nm)
Tryptophan	Dansyl	2,1
Dansyl	FITC	3,3–4,1
eCFP	eGFP	4,7–4,9
Cy3	Cy5	> 5,0
Carboxyfluorescein	Texas Red	5,1
Fluorescein	Tetramethylrhodamin	5,5
eGFP	eYFP	5,5–5,7
Cy5	Cy5.5	> 8,0

Einzelnachweise

1. ↑ Robert M. Clegg: Forster resonance energy transfer - FRET what is it, why do it, and how it's done. In: Theodorus W. J. Gadella (Hrsg.): FRET and FLIM techniques. Amsterdam: Elsevier 2009, ISBN 0-08-054958-6
2. ↑ Olympus: Applications in Confocal Microscopy: Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) Microscopy. Abgerufen am 14. Februar 2010.

Literatur

• IUPAC: Förster-resonance-energy transfer (FRET) In:IUPAC Goldbook, 2006