Suitable labels are at the core of luminescence and fluorescence imaging and sensing. One of the most exciting, yet also controversial, advances in label technology is the emerging development of quantum dots (QDs)inorganic nanocrystals with unique optical and chemical properties but complicated surface chemistryas in vitro and in vivo fluorophores. Here we compare and evaluate the differences in physicochemical properties of common fluorescent labels, focusing on traditional organic dyes and QDs. Our aim is to provide a better understanding of the advantages and limitations of both classes of chromophores, to facilitate label choice and to address future challenges in the rational design and manipulation of QD labels.
Unter dem Motto „Innovation und Qualitätssicherung in der (Bio)Analytik“ werden in der Arbeitsgruppe Fluoreszenzspektroskopie der BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, funktionelle Chromophor-Systeme, einfache Signalverstärkungs- und Multiplexingstrategien sowie innovative Validierungs- und rückführbare Standardisierungskonzepte für verschiedene fluorometrische Messgrößen und Methoden entwickelt. Im Mittelpunkt stehen dabei molekulare Fluorophore, Nanokristalle mit größenabhängigen optischen Eigenschaften (sogenannte Quantenpunkte, QDs) und fluoreszierende Partikel variabler Größe sowie Sonden und Sensormoleküle für neutrale und ionische Analyte und für die Charakterisierung von funktionellen Gruppen. Dabei erfolgen auch methodische Entwicklungen für die Fluoreszenzspektroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie, die Milcrofluorometrie, die Sensorik und die Mikroarraytechnologie. Ziele sind u. a. das Design und die Untersuchung von multiplexfähigen selektiven und sensitiven Sonden für die Biomarkeranalytik, die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung der signalrelevanten Eigenschaften dieser Chromophor-Systeme und zur Charakterisierung von funktionellen Gruppen an Oberflächen und ihre Validierung sowie die Entwicklung und Bereitstellung von formatadaptierbaren, flexibel ersetzbaren
Standards für die fluoreszenzbasierte Multiparameteranalytik.
The potential of semiconducting nanocrystals or so-called quantum dots (QDs) for lifetime multiplexing has not been investigated yet, despite the increasing use of QDs in (bio)analytical detection, biosensing, and fluorescence imaging and the obvious need for simple and cost-effective tools and strategies for the simultaneous detection of multiple analytes or events. This is most likely related to their multiexponential decay behavior as for multiplex chromophores, typically monoexponential decay kinetics are requested. The fluorescence decay kinetics of various mixtures of a long-lived, multiexponentially decaying CdSe QD and a short-lived organic dye were analyzed, and a model was developed for the quantification of these labels from the measured complex decay kinetics as a first proof-of-concept for the huge potential of these labels for lifetime multiplexing. In a second step, we evaluated the potential of mixtures of two types of QDs, varying in constituent material to realize distinguishable, yet multiexponential decay kinetics and similar absorption and emission spectra. Strategies for lifetime multiplexing with nanocrystalline labels were derived on the basis of these measurements.