Fluoreszenzlifetimes

Fluoreszenzlifetimes, auch Fluoreszenzlebensdauer genannt, bezeichnet die mittlere Zeit, die ein Molekül nach Anregung im ersten elektronisch angeregten Singulettzustand S1 verbleibt, bevor es in den Grundzustand S0 zurückfällt. Die Lebensdauer τ ist der charakteristische Abklingparameter der Fluoreszenz und ergibt sich aus den Zerfallswegen kr (radiativ) und knr (nicht radiativ): τ = 1/(kr + knr). Umweltfaktoren wie Lösungsmittel, Temperatur, Viskosität und Gegenionen beeinflussen knr und damit τ. Typischerweise liegen Lebensdauern im Pikosekunden- bis Nanosekundenbereich; organische Fluorophore zeigen meist 0,5–5 ns, Fluoreszenzproteine 1–4 ns, und Quantenpunkte können deutlich längere Lifetimes besitzen.

Die Lebensdauer wird durch zeitaufgelöste Fluoreszenzspektroskopie bestimmt, etwa Time-Correlated Single-Photon Counting (TCSPC), Streakkamera oder frequenzbereichsbasierte Methoden. Aus dem zeitlichen Zerfall der Fluoreszenz I(t) = I0 exp(−t/τ) lässt sich τ bestimmen; dabei muss die Instrumentenantwort IRF (instrument response function) berücksichtigt bzw. deconvolviert werden.

Lebensdauern liefern Informationen über Umgebungsbedingungen und molekulare Wechselwirkungen. In der Fluoreszenzlebensdauerbildgebung (FLIM) dient τ als kontraststiftendes, intensitätsunabhängiges Maß. Anwendungen finden sich in der Biologie zur Abbildung von Protein-Wechselwirkungen, in der Chemie und Materialwissenschaft zur Sensorik, Quenching- und FRET-Analysen.

Lebensdauern können mehrstufig oder multiphasen sein, was komplexe Analysen erfordert. Die Messung erfordert gute Kalibration, Berücksichtigung des IRF sowie Berücksichtigung von Fotobleichung und Detektionssystem.

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