Spielt eine große Rolle in der Diagnostik

Gesundheitslexikon: Fluoreszenz

© dpa, Kalaene Jens

6. September 2019 - 12:56 Uhr

Fluoreszierende Stoffe in der Medizin

Fluoreszenz und Phosphoreszenz sind Begriffe, die das Leuchten bestimmter Materialien nach deren Bestrahlung mit Licht beschreiben. Beide Vorgänge werden als Lumineszenz bezeichnet. Im Gegensatz zur Phosphoreszenz leuchten die Materialien bei der Fluoreszenz nur sehr kurz unmittelbar nach der Absorption von Licht. Dieser Effekt kann in der chemischen und biologischen Analytik ausgenutzt werden. Auch auf dem Anwendungsgebiet der Medizin eröffnen sich für die Fluoreszenz ganz unterschiedliche Möglichkeiten. Was Fluoreszenz ist und welche besondere Bedeutung sie für die Medizin besitzt, erklären wir in diesem Artikel.

Was ist Fluoreszenz?

Die Fluoreszenz ist ein physikalischer Vorgang, bei welchem bestimmte Stoffe, die die Möglichkeit des Leuchtens besitzen, nach der Absorption von Licht wieder elektromagnetische Strahlung emittieren. Bei der Lichtabsorption werden die Elektronen angeregt und in einen bestimmten Schwingungszustand versetzt. Dieser Anregungszustand dauert bei der Fluoreszenz nur sehr kurze Zeit, da die Elektronen mit unverändertem Spin wieder in den Grundzustand streben. Wenn dabei eine Beibehaltung des Spins nicht möglich ist, handelt es sich im Gegensatz zur Fluoreszenz um die lange andauernde Phosphoreszenz, die hier aber nicht betrachtet werden soll.

Die Bedeutung der Fluoreszenz

Die Fluoreszenz ist dadurch gekennzeichnet, dass das emittierte Licht eine größere Wellenlänge als das absorbierte Licht besitzt. Dieses ist dementsprechend energieärmer. Da Energie nach dem Energieerhaltungssatz nicht verloren gehen kann, stellen sich die Fragen, wie dies geschehen kann beziehungsweise, wohin die fehlende Energie entwichen ist. Durch das Anregen der Elektronen in einen höheren Energiezustand muss mehr Energie aufgewendet werden, da zusätzlich immer Schwingungen auftreten, deren Energie durch die Schwingungsrelaxation in Wärme umgewandelt wird. Die als Strahlung abgegebene Restenergie ist dementsprechend geringer.

Wichtige fluoreszierende Stoffe

Das besondere Merkmal fluoreszierender Stoffe ist, dass sie alle leicht anregbare Elektronen im Molekül besitzen. Oft liegen bei diesen Doppelbindungen vor, die in einer Wechselwirkung miteinander stehen. Bei der Anregung der Elektronen erfolgt gleichzeitig die Anregung der Molekülschwingungen. Diese Eigenschaften werden von den sogenannten Fluoreszenzfarbstoffen erfüllt, zu denen auch viele Biomoleküle wie Chinin, Kumarin oder Porphyrine gehören. Der Name "Fluoreszenz" leitet sich von den Fluoritkristallen ab, die sich unter dem Einfluss von Ultraviolettlicht violett färben. Auch Hämoglobin, welches aus Porphyrineinheiten besteht, oder Chlorophyll gehören zu den fluoreszierenden Verbindungen.

Welche Bedeutung besitzt die Fluoreszenz in der Medizin?

Die Fluoreszenz besitzt eine große Bedeutung für die Diagnostik. Dabei werden wichtige Biomoleküle mit fluoreszierenden Atomgruppen durch chemische Bindung markiert und dessen Stoffwechselwege aufgrund der Aktivität dieser Gruppen verfolgt. Zur Anwendung kommen dabei unter anderem solche Analysemethoden wie die Fluoreszenzspektroskopie, Fluoreszenzmikroskopie oder Chromatografie. Manche fluoreszierende Moleküle entfalten ihre höchste Aktivität erst nach der Bindung an die entsprechenden Biomoleküle. Als Beispiel soll die Verbindung Ethidiumbromid genannt werden, welche erst durch die Bindung an die DNA stärker fluoresziert.

Anwendungsbeispiele

Die Fluoreszenz findet unter anderem Anwendung:

- bei der Bestimmung von DNA-Sequenzen durch Ausstattung jeder Nukleinbase mit einem speziellen Marker

- bei der Lokalisierung von DNA-Bruchstücken

- zur Bestimmung von Proteinen, welche die fluoreszierenden Aminosäuren Phenylalanin, Tryptophan und Tyrosin in größeren Mengen enthalten

- zur Bestimmung von Antigenkonzentrationen durch Bindung von fluoreszierenden Gruppen an Antikörper

- zur Diagnostik von Stoffwechselstörungen bei der Hämoglobinsynthese sowie von Haut- und Schleimhauttumoren

- zur Sichtbarmachung biologischer Vorgänge innerhalb der Zellen

- zur Chromosomenanalyse

- oder zur Bestimmung von unsichtbaren Blutresten, Speichel sowie Sperma bei forensischen Untersuchungen.

Wichtiger Hinweis: Dieser Artikel kann einen Besuch beim Arzt nicht ersetzen. Er enthält nur allgemeine Hinweise und darf daher keinesfalls zu einer Selbstdiagnose oder Selbstbehandlung herangezogen werden.