Le coefficient d’atténuation molaire au pic d’absorption du YOYO-1 est de près de 105 cm-1M-1, parmi les valeurs élevées des colorants organiques typiques. Le rendement quantique de fluorescence du YOYO-1 dans l’eau est très faible (< 0,1%) et donc non fluorescent. Lors de la liaison à l’ADN, son rendement quantique augmente > 1000 fois et atteint jusqu’à 50%, parmi les colorants organiques fluorescents les plus brillants.

Sous excitation lumineuse, la photoblanchiment et le photoblanchiment sont observés pour le YOYO-1 dans l’ADN. Ce dernier serait également à l’origine du photoclavage des molécules d’ADN hôte en générant des radicaux libres réactifs.

Deux mécanismes majeurs ont été proposés dans la littérature pour expliquer pourquoi le YOYO-1 n’est pas fluorescent dans les solvants polaires mais est fluorescent lorsqu’il est intercalé dans les paires de bases d’ADN. Le premier est le transfert de charge intramoléculaire et le second est le transfert de charge intermoléculaire. Les deux sont toujours activement à l’étude sur lequel on domine.

Le mécanisme de transfert de charge intramoléculaire a été établi vers les années 1980. Sous un éclairage lumineux dans l’eau, l’électron excité dans la molécule déplace sa probabilité à travers le groupe méthine, ce qui permet à la molécule de tourner avec le groupe méthine, une réaction de photoisomérisation. Cette rotation détend l’énergie de manière non radiative, donc la molécule n’est pas fluorescente. Cependant, lorsque YOYO-1 est intercalé dans les paires de bases d’ADN, il se coince et ne peut pas tourner. Ainsi la molécule reste fluorescente.

Le mécanisme de transfert de charge intermoléculaire a été proposé en 2018. Le YOYO-1 est faiblement lié aux molécules de solvant polaire. Lorsqu’elle est excitée par la lumière, une paire électron-trou est créée dans la molécule. Le trou est capable d’obtenir un électron supplémentaire du solvant qui a créé un radical YOYO-1 chargé négativement et un radical chargé positivement dans la solution. La plupart du temps, le radical se neutralise très rapidement et de manière non radioactive. Il s’agit d’un processus de transfert d’électrons Dextre qui désaltère la fluorescence et crée la rotation de la molécule YOYO-1. En tant que telle, la rotation est un produit de la trempe, et non la cause de la trempe proposée dans le mécanisme de transfert de charge intramoléculaire. Il y a une faible probabilité que les radicaux se séparent et se diffusent, ce qui rend alors la molécule YOYO-1 sensible au photoblanchiment. Lorsque les molécules YOYO-1 sont intercalées dans la molécule d’ADN, les paires de bases hydrophobes réduisent considérablement la formation de radicaux car l’ADN est un mauvais conducteur électrique. Ainsi, la trempe fluorescente par le solvant est fortement réduite. Le petit nombre de charges qui fuient crée des radicaux à longue durée de vie et coupe les dorsales de l’ADN, ce qui entraîne un photoclavage de l’ADN. Ce mécanisme a été étayé par les données de la spectroscopie d’absorption transitoire ultrarapide femtoseconde.

Si le mécanisme de transfert de charge intramoléculaire domine la trempe fluorescente du YOYO-1 dans l’eau, alors on peut ajouter un ligand volumineux pour arrêter ou ralentir la rotation afin d’augmenter son rendement quantique dans l’eau. Cependant, si le transfert de charge intermoléculaire domine, on peut modifier la molécule pour arrêter le transfert de charge entre le YOYO-1 et l’eau soit par passivation de charge, soit par modification du ligand pour décaler ses potentiels redox.