CF-Farbstoff ⇐ Artikelentwürfe

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CF®-Farbstoffe sind eine Klasse proprietärer Fluorophor-Fluoreszenzfarbstoffe, die von Biotium, Inc. für biologische Forschungsanwendungen entwickelt wurden, einschließlich Fluoreszenzmikroskopie, Fluoreszenzmikroskopie, Durchflusszytometrie und In-vivo-Bildgebung.Biotium, Inc. „CF-Farbstoffbroschüre: Fluoreszenzfarbstoffe der nächsten Generation.“ (2020). https://biotium.comGoetz C, Hammerbeck C, Bonnevier J. „Grundlagen der Durchflusszytometrie für Nicht-Experten.“ Techniques in Life Science and Biomedicine for the Non-Expert (2018).Kist TB. „Fluoreszierende Farbstoffetiketten und -flecken: Eine Datenbank mit photophysikalischen Eigenschaften.“ In Fluorescent Dye Labels and Stains: A Database of Photophysical Properties (2023). Diese erstmals Ende der 2000er Jahre eingeführten Farbstoffe zeichnen sich durch eine chemische Strategie aus, die PEGylierung|Pegylierung mit Sulfonierung kombiniert, um eine hohe Wasserlöslichkeit zu erreichen und gleichzeitig unspezifische Bindungen zu minimieren.Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten. Patent US8709830B2: „Fluoreszierende Farbstoffe, Fluoreszenzfarbstoff-Kits und Methoden zur Herstellung markierter Moleküle.“ Ausgestellt am 29. April 2014. https://patents.google.com/patent/US870 ... echnisches Personal von Biotium. „Überblick über die CF-Farbstofftechnologie: Neuartige Rhodaminchemie.“ https://biotium.com

Das CF-Farbstoff-Portfolio umfasst derzeit über 40 Fluorophore mit Anregungswellenlängen von 347 nm (ultraviolett) bis 876 nm (nahes Infrarot), die auf vier chemischen Grundgerüsten basieren: Cumarin|Cumarin, Pyren|Pyren, Rhodamin|Rhodamin und Cyanin|Cyanin.Biotium, Inc. „CF Dye Selection Guide.“ (2019). https://biotium.com CF-Farbstoffe wurden in der Superauflösungsmikroskopie (Superauflösungsmikroskopie) verwendet, wo mehrere Varianten für Techniken wie STORM-, MINFLUX- und STED-Mikroskopie validiert wurden.Lehmann M, Lichtner G, Klenz H, Schmoranzer J. „Neuartige organische Farbstoffe für mehrfarbige, auf Lokalisierung basierende Superauflösungsmikroskopie.“ Journal of Biophotonics 9(1-2):161-170 (2016). https://doi.org/10.1002/jbio.201500119Diekmann R, Kahnwald M, Schoenit A, Deschamps J, Matti U, Ries J. „Optimierung der Bildgebungsgeschwindigkeit und Anregungsintensität für die Einzelmoleküllokalisierungsmikroskopie.“ Nature Methods 17:909–912 (2020). https://doi.org/10.1038/s41592-020-0918-5

== Geschichte und Entwicklung ==

Biotium wurde 2001 in Fremont, Kalifornien, von Fei Mao, PhD, und Vivien Chen, MBA, gegründet.Mitarbeiter. „Fluoreszenz neu gedacht: Verbesserung der Bildgebung durch Chemie.“ Der Wissenschaftler (2026). https://www.the-scientist.com/fluoresze ... stry-73887 Die Entwicklung von CF-Farbstoffen begann um 2007 als Reaktion auf die bei bestehenden kommerziellen Fluorophoren beobachteten Einschränkungen, insbesondere auf die Tendenz stark sulfonierter Farbstoffe, eine unspezifische Bindung an positiv geladene Zellkomponenten zu zeigen.Biotium Blog. „CF-Farbstoffe: Was hat alles begonnen? Teil 1. Eine Geschichte der Fluoreszenz.“ https://biotium.com/blog Um diese Probleme anzugehen, entwickelten Biotium-Forscher eine chemische Designstrategie, die Sulfonierung mit Polyethylenglykol (PEG)-Modifikation kombiniert.

Der Name „CF“ stand ursprünglich für „Cyanine-based Fluorescent“ Dyes, steht aber jetzt für „Clear Fluor“ und spiegelt das Signal-Rausch-Verhältnis wider, das durch die kombinierte Pegylierungs-Sulfonierungs-Strategie erreicht wird.

Im Jahr 2009 berichteten Biotium-Forscher über die Entwicklung einer Rhodamin-Imidazol-Substitutionsstrategie, bei der der üblicherweise zur Konjugation verwendete Benzolring durch eine Imidazoliumgruppe ersetzt wurde. Wang B, Xiong M, Susanto J, Li X, Leung WY, Xu K. „Transforming Rhodamine Dyes for (d)STORM Super-Resolution Microscopy via 1,3-disubstituierte Imidazolium-Substitution.“ Angewandte Chemie Internationale Ausgabe 61(19):e202113612 (2022). https://doi.org/10.1002/ANIE.202113612 Diese Modifikation erzeugte eine Rotverschiebung der Emissionswellenlänge und bewahrte gleichzeitig die Photostabilität des Rhodamin-Xanthen-Kerns, wodurch der nutzbare Spektralbereich von Rhodamin-Farbstoffen in Richtung des nahen Infrarotbereichs erweitert wurde.

Biotium hat außerdem Nukleinsäurefärbungen entwickelt, die für Anwender sicherer sind als andere gängige Optionen: GelRed und GelGreen. Das Unternehmen war an der Erfindung der Viability PCR|Viability PCR (v-PCR) und der Reagenzien Propidiummonoazid|Propidiummonoazid (PMA) und seiner Nachfolgetechnologie PMAxx™ beteiligt.Nocker A, Camper AK. „Verwendung von Phenanthridium-Derivaten zur Unterscheidung zwischen lebenden und toten Zellen.“ US-Patent Nr. 8,198,040 B2. Washington, DC: US-Patent- und Markenamt (2012). https://patents.google.com/patent/US8198040B2/enMao F, McGarraugh PG, Madrid AS, Leung WY, Roberts LM. „Nukleinsäuremodifizierende Mittel und Verwendungen davon.“ US-Patent Nr. 10.570.463 B2. Washington, DC: US-Patent- und Markenamt (2020). https://patents.google.com/patent/US10570463B2/en

Im August 2021 brachte Biotium CF850 und CF870 auf den Markt, Fluoreszenzfarbstoffe mit Emissionsmaxima über 850 nm. Im Jahr 2022 ergab eine Zusammenarbeit mit Professor Ke
Im Jahr 2023 führte Biotium Astral Leap™ Tandem Dyes ein, die mit optimierten Förster Resonance Energy Transfer (FRET)-Fähigkeiten für ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis in Durchflusszytometrie-Anwendungen entwickelt wurden.Mitarbeiter. „Wachsende Antikörpersammlung mit Astral Leap™ Tandem-Farbstoffen.“ FluoroFinder: Neue Fluoreszenzfarbstoffe von 2024 (2024). https://fluorfinder.com/fluorescent-dyes-of-2024/

== Chemie ==

CF-Farbstoffe wurden durch chemische Modifikationen etablierter Familien von Cumarin-, Rhodamin- und Cyaninfarbstoffen synthetisiert. Die Farbstoffe nutzen eine duale Strategie aus Sulfonierung und Pegylierung. Durch die Sulfonierung werden Sulfonatgruppen (–SO₃⁻) eingeführt, um die Wasserlöslichkeit zu verbessern, während durch die Pegylierung Polyethylenglykolketten (PEG) hinzugefügt werden, die geladene Gruppen physikalisch abschirmen und den Farbstoff reduzieren Aggregation. Dieser Ansatz erreicht eine Wasserlöslichkeit von mehr als 100 mg/ml und behält dabei nur 1–2 negative Nettoladungen bei, verglichen mit 3–6 Ladungen in herkömmlichen stark sulfonierten Farbstoffen.

Die PEG-Einheiten verhindern sterisch die π-Stapelung zwischen benachbarten Farbstoffmolekülen und reduzieren so die Bildung von H-Aggregaten, eine Ursache für die Fluoreszenzlöschung, wenn mehrere Farbstoffe an einen einzelnen Antikörper|Antikörper gebunden sind. Diese Eigenschaft ermöglicht es Antikörperkonjugaten, höhere Markierungsgrade (DOL-Werte von 4–10) ohne nennenswerte Selbstlöschung zu erreichen.

Nahinfrarot-CF-Farbstoffe auf Rhodaminbasis (gekennzeichnet mit dem Suffix „R“) nutzen die Rhodamin-Imidazol-Substitutionschemie, um die Emissionswellenlängen über die traditionelle Grenze von ~600 nm hinaus zu erweitern und gleichzeitig die Photostabilitätseigenschaften des Rhodamin-Gerüsts beizubehalten. Die starre Xanthenstruktur von Rhodaminen widersteht Photobleichung im Vergleich zu der flexiblen Polymethinbrücke in Cyanin Farbstoffe.

== Anwendungen ==

CF-Farbstoffe sind im Handel als Reaktivfarbstoffe und Markierungskits für die Herstellung fluoreszierender Biokonjugate erhältlich. Sie wurden zur Markierung von Proteinen, einschließlich Antikörpern und Lektin|Lektinen, sowie anderen Biomolekülen verwendet. Zu den berichteten Anwendungen gehören Immunfluoreszenz|Immunfluoreszenzmikroskopie, Durchflusszytometrie, Western Blot|Western Blot, In-vivo-Bildgebung, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung|Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Expansionsmikroskopie|Expansionsmikroskopie und Apoptose-Nachweis.Ferrer-Font L, Mehta P, Harmos P, Schmidt AJ, Chappell S, Price KM, Hermans IF, Ronchese F, Le Gros G, Larsen M, Peng L. „Hochdimensionale Analyse von intestinalen Immunzellen während einer Helmintheninfektion.“ eLife 9:e51678 (2020). https://doi.org/10.7554/eLife.51678Chen F, Tillberg PW, Boyden ES. „Optische Bildgebung. Expansionsmikroskopie.“ Wissenschaft 347(6221):543-548 (2015). https://doi.org/10.1126/science.1260088Alvero AB, Mor G (Hrsg.). „Nachweis von Zelltodmechanismen: Methoden und Protokolle.“ Humana Press (2021).

Nahinfrarot-CF-Farbstoffe (CF680, CF770, CF790) wurden beim quantitativen Western Blot auf LI-COR Odyssey-Detektionssystemen verwendet. In Vergleichsstudien wurde berichtet, dass CF790 im Vergleich zu Alexa Fluor 790 aufgrund der geringeren negativen Nettoladung eine geringere unspezifische Bindung aufweist.

=== Superauflösende Mikroskopie ===

Mehrere CF-Farbstoffe wurden in peer-reviewten Studien für den Einsatz in hochauflösenden Mikroskopietechniken evaluiert. Eine systematische Bewertung von 28 kommerziellen Farbstoffen durch Lehmann und Kollegen (2016) identifizierte CF647 und CF680 als „optimales Farbstoffpaar“ für spektrale Entmischungs-basiertes, registrierungsfreies mehrfarbiges dSTORM in Kombination mit Hochauflösende Mikroskopie#STORM und PALM|CF568 mit geringem Übersprechen.“ CF583R und CF597R, entwickelt im Rahmen der Biotium-Ke Ungefähr eine Million Bilder, die gesamte mitotische Zellen abdecken (Volumina von 40 × 40 × 6 μm). Ebenso wurden CF640R und CF680R für die STED-Mikroskopie (STED-Mikroskopie) validiert.Heilemann M, van de Linde S, Schüttpelz M, Kasper R, Seefeldt B, Mukherjee A, Tinnefeld P, Sauer M. „Subbeugungsauflösende Fluoreszenzbildgebung mit herkömmlichen Fluoreszenzsonden.“ Angewandte Chemie International Edition 47(33):6172-6176 (2008). https://doi.org/10.1002/ange.200802376 Für die strukturierte Beleuchtung wurden mehrere CF-Farbstoffe verwendet Mikroskopie (SIM) https://doi.org/10.1038/s41467-018-08216-4 Und in jüngerer Zeit wurden CF660C und CF680 für die MINFLUX-Nanoskopie unter Verwendung von Standard-GLOX+MEA-Photoschaltpuffern validiert.

'''Technische Daten''

=== Repräsentative CF®-Farbstoffspezifikationen ===

== Patente ==

Zu den wichtigsten Patenten für die CF-Dye-Technologie gehören US8709830B2 („Fluoreszenzfarbstoffe, Fluoreszenzfarbstoff-Kits und Methoden zur Herstellung markierter Moleküle“), EP2223086B1 (Prioritätsdatum 2007) und die internationale Anmeldung WO2012129128A1.Europäisches Patentamt. Patent EP2223086B1: „Fluoreszierende Farbstoffe.“ Prioritätsdatum 2007. https://patents.google.com/patent/EP2223086B1

== Siehe auch ==

* Fluorophor
* Fluoreszenzmikroskop|Fluoreszenzmikroskopie
* Hochauflösende Mikroskopie