Study of complex formation processes in the system “fluorescent probe– surfactant” in aqueous solutions at surfactant concentration before and above CMC
Keywords:
fluorescent probe, surfactant, surfactant micelle, binding constant, intermolecular interaction
Abstract
Using optical spectroscopy technique, the interaction of cationic carbocyanine dye 3,3'-diethyloxacarbocyanine bromide (DiOC2) with anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) has been investigated in aqueous solutions at SDS concentrations before and above the critical micelle concentration (CMC). It has been shown that depending on the surfactant concentration in the solution, different types of associates can be revealed, such as dye-surfactant D+S-ion pairs, submicelles that contain dye aggregates, or the normal SDS micelles which solubilize dye monomers. Using the Benassi-Hildebrand equation, the binding constant of the dye to the micelles and the fraction of the dye bound to the micelles have been calculated. The obtained values are relatively small that allows us to conclude that the Coulomb interactions are not sufficient for the effective binding of the positively charged dye to the negatively charged micelle.
Downloads
Download data is not yet available.
References
1. Hauglang R.P. Handbook of Fluorescent Probes and Research Products // 9th Edition, New York: Molecular probes. – 2002. – 676 p.
2. Гончарук Е.И., Онищенко Е.В., Тимон В.В., Петренко Т.Ф., Боровой И.А., Малюкин Ю.В., Грищенко В.И. Применение карбоцианиновых флуоресцентных зондов для оценки функционального состояния культивированных клеток после криоконсервации // Биополимеры и клетка. – 2008. – т. 24, № 3. – С.225-231.
3. Малюкин Ю.В., Боровой И.А., Кавок Н.С., Геращенко А.В., Погребняк Н.Л., Ефимова С.Л., Лебеденко А.Н. Накопление оксакарбоцианинов с различной длиной алкильных цепей в клетках костного мозга и гепатоцитах // Биофизика. – 2007. – т. 52, № 4. – С.667-673.
4. Goncharuk E.I., Borovoy I.A., Pavlovich E.V., Malyukin Yu.V., Grischenko V.I. Newly synthesized fluorescent probes, their characteristics and behavior in proliferating cultures // Biopolymers and Cell. – 2009. – v.25, № 6. – P.484-490.
5. Waggoner A.S. Dye indicators of membrane potential // Ann. Rev. Biophys. Bioeng. – 1979. – v.8. – P.47-68.
6. van Veen H.W., Abee T., Kortstee G.J., Pereira H., Konings W.N., Zehnder A.J. Generation of a proton motive force by the excretion of metal-phosphate in the polyphosphate-accumulating Acinetobacter johnsonii strain 210A // J. Biol. Chem. – 1994. – v.269, №47. – P.29509-29514.
7. Novo D., Perlmutter N.G., Hunt R.H., Shapiro H.M. Accumulate flow cytometric membrane potential measurement in bacteria using diethyloxacarbocyanine and a ratiometric technique // Cytometry. – 1999. – v.35. – P.55-63.
8. Novo D., Perlmutter N.G., Hunt R.H., Shapiro H.M. Multiparameter flow cytometric analysis of antibiotic effects on membrane potential, membrane permeability, and bacterial counts of staphylococcus aureus and micrococcus luteus // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. – 2000. – v.44, №4. – P.827-834.
9. Xu J., Zhou F., Ji B.-P., Pei R.-S. and Xu. N. The antibacterial mechanism of carvacrol and thymol against Escherichia coli // Letters in Applied Microbiology. – 2008. – v.47, №3. – P.174-179.
10. Wiegand D. H. and Vanýsek P. Spectroscopic and Fluorometric Characterization of Oxacyanine Dyes in Water and Nitrobenzene // Appl. Spectrosc. – 1988. – v.42. – P.958-961.
11. Koti A.S.R., Periasamy N. Cyanine induced aggregation in meso-tetrakis(4-sulfonatophenyl)porphyrin anions // Journal of Material Chemistry. – 2002. - v.12, №8. – P.2312-2317.
12. Sims P.J., Waggoner A.S., Wang C.H., Hoffman J.F. Studies on the mechanism by which cyanine dyes measure membrane potential in red blood cells and phosphatidylcholine vesicles // Biochemistry. – 1974. – v.13. – P.3315-3330.
13. Кіпріанов А.І., Пилюгін Г.П.. Синтез та оптичні властивості деяких похідних оксакарбоціанінових барвників // Учені зап. Харків. Ун-ту. – 1937. – т.10. – С.91-98.
14. Лебедь А.С., Ефимова С.Л., Гуральчук Г.Я., Сорокин А.В., Боровой И.А., Малюкин Ю.В. Влияние гидрофобности катионных карбоцианиновых красителей DiOCn на эффективность связывания с мицеллами анионного поверхностно-активного вещества // ЖПС. – 2010. – т.77, №2. – С.198-203.
15. Ефимова С.Л. Влияние гидрофобности органических флуорофоров на эффективность безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения в водно-мицеллярных растворах // Біофізичний Вісник. – 2008. – т.21, вип.2. – С.107-114.
16. Абрамзон A.A. Поверхностно - активные вещества // Л.: Химия – 1981. – 304 c.
17. Diaz Garcia M.E., Sanz-Medel A. Dye-surfactant interaction: a review // Talanta. – 1986. – v.33, №3. – P.255-264.
18. Forte-Tavcer P. Interaction between some anionic dyes and cationic surfactants with different alkyl chain length studied by the method of continous variations // Dyes and Pigments. – 2004. – v.63. – P.181-189.
19. Göktürk S., Tuncay M. Spectral studies of safranin-O in different surfactant solutions // Spectrochimica Acta Part A. – 2003. – v.59. – P.1857-1866.
20. Göktürk S. Effect of hydrophobicity on micellar binding of carminic acid // J. Photochem. Photobiol. A. – 2005. – v.169. – P.115-121.
21. Ищенко А.А., Шаповалов С.А. Разнородная ассоциация ионов красителей в растворах (обзор) // ЖПС. – 2004. – т.71, №5. – С.557-578.
22. Bielska M., Sobczynska A., Prochaska K. Dye-surfactant interaction in aqueous solution // Dyes and Pigments. – 2009. – v.80. – P.201-205.
23. Akbas H., Taner T. Spectroscopic studies of interactions between C.I. Reactive Orange 16 with alkyltrimethylammonium bromide surfactants // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2009. – v.73. – P.150-153.
24. Sato H., Kawasaki M., Kasatani K., Nakashima N., Yoshihara K. Interaction of cationic dye and anionic detergent above and below the critical micelle concentration as revealed by fluorescence characteristics – Bull. Chem. Soc. Jpn. – 1983. – v.56. – P.3588-3594.
25. Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей – Л.: Наука. – 1967. – 616с.
26. Деревянко Н.А., Дядюша Г.Г., Ищенко А.А., Толмачев А.И. Влияние природы растворителя на положение, интенсивность и форму полос поглощения полиметиновых красителей // Теоретическая и экспериментальная химия. – 1983. – т.2. – С.169-178.
27. Mishra A., Behera R.K., Behera P.K., Mishra B.K., Behera G.B. Cyanines during the 1990s: a review – Chem.Rev. – 2000. – v.100. – P.1973-2011.
28. Колычев В.Б., Парамонов В.И. – в кн.: Спектроскопические методы в химии комплексных соединений / Под редакцией В.М. Вдовенко. М.; Л.: Химия, 1964, с. 30-73.
29. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии // Л.: Химия. – 1985. – 248 с.
30. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии // М.: Мир. – 1986. – 496 с.
2. Гончарук Е.И., Онищенко Е.В., Тимон В.В., Петренко Т.Ф., Боровой И.А., Малюкин Ю.В., Грищенко В.И. Применение карбоцианиновых флуоресцентных зондов для оценки функционального состояния культивированных клеток после криоконсервации // Биополимеры и клетка. – 2008. – т. 24, № 3. – С.225-231.
3. Малюкин Ю.В., Боровой И.А., Кавок Н.С., Геращенко А.В., Погребняк Н.Л., Ефимова С.Л., Лебеденко А.Н. Накопление оксакарбоцианинов с различной длиной алкильных цепей в клетках костного мозга и гепатоцитах // Биофизика. – 2007. – т. 52, № 4. – С.667-673.
4. Goncharuk E.I., Borovoy I.A., Pavlovich E.V., Malyukin Yu.V., Grischenko V.I. Newly synthesized fluorescent probes, their characteristics and behavior in proliferating cultures // Biopolymers and Cell. – 2009. – v.25, № 6. – P.484-490.
5. Waggoner A.S. Dye indicators of membrane potential // Ann. Rev. Biophys. Bioeng. – 1979. – v.8. – P.47-68.
6. van Veen H.W., Abee T., Kortstee G.J., Pereira H., Konings W.N., Zehnder A.J. Generation of a proton motive force by the excretion of metal-phosphate in the polyphosphate-accumulating Acinetobacter johnsonii strain 210A // J. Biol. Chem. – 1994. – v.269, №47. – P.29509-29514.
7. Novo D., Perlmutter N.G., Hunt R.H., Shapiro H.M. Accumulate flow cytometric membrane potential measurement in bacteria using diethyloxacarbocyanine and a ratiometric technique // Cytometry. – 1999. – v.35. – P.55-63.
8. Novo D., Perlmutter N.G., Hunt R.H., Shapiro H.M. Multiparameter flow cytometric analysis of antibiotic effects on membrane potential, membrane permeability, and bacterial counts of staphylococcus aureus and micrococcus luteus // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. – 2000. – v.44, №4. – P.827-834.
9. Xu J., Zhou F., Ji B.-P., Pei R.-S. and Xu. N. The antibacterial mechanism of carvacrol and thymol against Escherichia coli // Letters in Applied Microbiology. – 2008. – v.47, №3. – P.174-179.
10. Wiegand D. H. and Vanýsek P. Spectroscopic and Fluorometric Characterization of Oxacyanine Dyes in Water and Nitrobenzene // Appl. Spectrosc. – 1988. – v.42. – P.958-961.
11. Koti A.S.R., Periasamy N. Cyanine induced aggregation in meso-tetrakis(4-sulfonatophenyl)porphyrin anions // Journal of Material Chemistry. – 2002. - v.12, №8. – P.2312-2317.
12. Sims P.J., Waggoner A.S., Wang C.H., Hoffman J.F. Studies on the mechanism by which cyanine dyes measure membrane potential in red blood cells and phosphatidylcholine vesicles // Biochemistry. – 1974. – v.13. – P.3315-3330.
13. Кіпріанов А.І., Пилюгін Г.П.. Синтез та оптичні властивості деяких похідних оксакарбоціанінових барвників // Учені зап. Харків. Ун-ту. – 1937. – т.10. – С.91-98.
14. Лебедь А.С., Ефимова С.Л., Гуральчук Г.Я., Сорокин А.В., Боровой И.А., Малюкин Ю.В. Влияние гидрофобности катионных карбоцианиновых красителей DiOCn на эффективность связывания с мицеллами анионного поверхностно-активного вещества // ЖПС. – 2010. – т.77, №2. – С.198-203.
15. Ефимова С.Л. Влияние гидрофобности органических флуорофоров на эффективность безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения в водно-мицеллярных растворах // Біофізичний Вісник. – 2008. – т.21, вип.2. – С.107-114.
16. Абрамзон A.A. Поверхностно - активные вещества // Л.: Химия – 1981. – 304 c.
17. Diaz Garcia M.E., Sanz-Medel A. Dye-surfactant interaction: a review // Talanta. – 1986. – v.33, №3. – P.255-264.
18. Forte-Tavcer P. Interaction between some anionic dyes and cationic surfactants with different alkyl chain length studied by the method of continous variations // Dyes and Pigments. – 2004. – v.63. – P.181-189.
19. Göktürk S., Tuncay M. Spectral studies of safranin-O in different surfactant solutions // Spectrochimica Acta Part A. – 2003. – v.59. – P.1857-1866.
20. Göktürk S. Effect of hydrophobicity on micellar binding of carminic acid // J. Photochem. Photobiol. A. – 2005. – v.169. – P.115-121.
21. Ищенко А.А., Шаповалов С.А. Разнородная ассоциация ионов красителей в растворах (обзор) // ЖПС. – 2004. – т.71, №5. – С.557-578.
22. Bielska M., Sobczynska A., Prochaska K. Dye-surfactant interaction in aqueous solution // Dyes and Pigments. – 2009. – v.80. – P.201-205.
23. Akbas H., Taner T. Spectroscopic studies of interactions between C.I. Reactive Orange 16 with alkyltrimethylammonium bromide surfactants // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2009. – v.73. – P.150-153.
24. Sato H., Kawasaki M., Kasatani K., Nakashima N., Yoshihara K. Interaction of cationic dye and anionic detergent above and below the critical micelle concentration as revealed by fluorescence characteristics – Bull. Chem. Soc. Jpn. – 1983. – v.56. – P.3588-3594.
25. Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей – Л.: Наука. – 1967. – 616с.
26. Деревянко Н.А., Дядюша Г.Г., Ищенко А.А., Толмачев А.И. Влияние природы растворителя на положение, интенсивность и форму полос поглощения полиметиновых красителей // Теоретическая и экспериментальная химия. – 1983. – т.2. – С.169-178.
27. Mishra A., Behera R.K., Behera P.K., Mishra B.K., Behera G.B. Cyanines during the 1990s: a review – Chem.Rev. – 2000. – v.100. – P.1973-2011.
28. Колычев В.Б., Парамонов В.И. – в кн.: Спектроскопические методы в химии комплексных соединений / Под редакцией В.М. Вдовенко. М.; Л.: Химия, 1964, с. 30-73.
29. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии // Л.: Химия. – 1985. – 248 с.
30. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии // М.: Мир. – 1986. – 496 с.
Cited
How to Cite
Lebed, A. S., Yefimova, S. L., Guralchuk, G. Y., Sorokin, A. V., Borovoy, I. A., & Malyukin, Y. V. (1). Study of complex formation processes in the system “fluorescent probe– surfactant” in aqueous solutions at surfactant concentration before and above CMC. Biophysical Bulletin, 1(24). Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/3868
Section
Molecular biophysics
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
