Förster共振能量转移(FRET)半径计算器
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历史背景
Förster半径是Förster共振能量转移（FRET）这一量子力学现象中的一个基本概念。此过程使能量能够在两个光敏分子（一个供体和一个受体）之间转移，距离为1-10纳米。该原理由Theodor Förster于1948年提出，现已成为生物物理学的基石，使人们能够研究分子相互作用和动力学。
计算公式
Förster半径（\(R_0\)）使用以下公式确定： \[ R_0 = \left[\frac{9 \ln(10) \, \kappa^2 \, Q_D \, J}{128 \pi^5 \, n^4}\right]^{\frac{1}{6}} \]
关键变量：
- \(Q_D\)：供体分子的量子产率。
- \(J\)：供体发射和受体吸收之间的光谱重叠积分。
- \(n\)：介质的折射率。
- \(\kappa^2\)：偶极子取向因子（随供体和受体偶极子的排列而变化）。
计算示例
已知：
- 供体量子产率（\(Q_D\)）= 0.6
- 光谱重叠积分（\(J\)）= \(2 \times 10^{16} \, M^{-1}cm^3\)
- 折射率（\(n\)）= 1.33
- 偶极子取向因子（\(\kappa^2\)）= 2/3
- 计算： \[ R_0 = \left[\frac{9 \ln(10) \cdot (2/3) \cdot 0.6 \cdot 2 \times 10^{16}}{128 \pi^5 \cdot (1.33)^4}\right]^{\frac{1}{6}} \]
- 结果： \[ R_0 \approx 55 \, \text{Å} \]
重要性和应用场景
- 分子生物学: 研究蛋白质-蛋白质相互作用。
- 生物物理学: 分析活细胞中的分子距离。
- 纳米工程: 设计用于医学诊断的基于FRET的传感器。
常问问题
-
Förster半径代表什么？
- Förster半径是供体和受体之间能量转移效率为50%时的距离。
-
为什么折射率很重要？
- 折射率影响电磁波的传播，从而影响能量转移的效率。
-
偶极子取向因子可以超过1吗？
- 可以，但典型值范围在0到4之间。对于随机偶极子取向，通常使用\(2/3\)的值。
此计算器可帮助生物物理学和生物化学领域的科研人员和学生快速计算Förster半径并分析分子系统中的能量转移效率。