Fluorescencja -Fluorescence

Fluorescencja to emisja światła przez substancję, która pochłonęła światło lub inne promieniowanie elektromagnetyczne . Jest formą luminescencji . W większości przypadków emitowane światło ma dłuższą długość fali , a tym samym niższą energię fotonów , niż promieniowanie pochłaniane. Dostrzegalny przykład fluorescencji występuje, gdy zaabsorbowane promieniowanie znajduje się w obszarze widma ultrafioletowego (niewidocznego dla ludzkiego oka), podczas gdy emitowane światło znajduje się w obszarze widzialnym; nadaje to substancji fluorescencyjnej wyraźny kolor, który można zobaczyć tylko pod wpływem światła UV. Materiały fluorescencyjne przestają świecić niemal natychmiast, gdy źródło promieniowania przestaje świecić, w przeciwieństwie do materiałów fosforyzujących , które nadal emitują światło jeszcze przez jakiś czas.

Fluorescencja ma wiele praktycznych zastosowań, m.in. mineralogię , gemmologię , medycynę , czujniki chemiczne ( spektroskopia fluorescencyjna ), znakowanie fluorescencyjne , barwniki , detektory biologiczne, detekcję promieniowania kosmicznego, próżniowe wyświetlacze fluorescencyjne oraz lampy katodowe . Jego najczęstsze codzienne zastosowanie to ( wyładowcze ) lampy fluorescencyjne i LED , w których powłoki fluorescencyjne zamieniają światło UV lub niebieskie na fale o większej długości, co daje białe światło , które może wydawać się nie do odróżnienia od tradycyjnej, ale bardzo nieefektywnej żarówki . .

Fluorescencja występuje również często w naturze w niektórych minerałach iw wielu formach biologicznych we wszystkich królestwach życia. Ta ostatnia może być określana jako biofluorescencja , co wskazuje, że fluorofor jest częścią żywego organizmu lub jest z niego wyekstrahowany (a nie nieorganiczny barwnik lub barwnik ). Ale ponieważ fluorescencja jest spowodowana specyficzną substancją chemiczną, którą w większości przypadków można również syntetyzować sztucznie, wystarczy opisać samą substancję jako fluorescencyjną .

Historia

Wczesną obserwację fluorescencji opisał w 1560 r. Bernardino de Sahagún , aw 1565 r. Nicolás Monardes w naparze znanym jako lignum nephriticum ( łac . „drewno nerkowe”). Pochodził z drewna dwóch gatunków drzew, Pterocarpus indicus i Eysenhardtia polystachya . Związkiem chemicznym odpowiedzialnym za tę fluorescencję jest matlalina, która jest produktem utleniania jednego z flawonoidów występujących w tym drewnie.

W 1819 Edward D. Clarke i w 1822 René Just Haüy opisali fluorescencję fluorytów , Sir David Brewster opisał zjawisko dla chlorofilu w 1833, a Sir John Herschel zrobił to samo dla chininy w 1845.

W swojej pracy z 1852 r. na temat „Refrangability” ( zmiana długości fali ) światła, George Gabriel Stokes opisał zdolność fluorytu i szkła uranowego do zmiany niewidzialnego światła poza fioletowym końcem widma widzialnego na światło niebieskie. Nazwał to zjawisko fluorescencją  : „Jestem prawie skłonny ukuć słowo i nazwać wygląd fluorescencją od fluor-spar [tj. fluorytu], ponieważ analogiczny termin opalescencja pochodzi od nazwy minerału”. Nazwa pochodzi od minerału fluorytu (difluorek wapnia), którego niektóre przykłady zawierają śladowe ilości dwuwartościowego europu , który służy jako aktywator fluorescencyjny do emitowania światła niebieskiego. W kluczowym eksperymencie użył pryzmatu, aby odizolować promieniowanie ultrafioletowe od światła słonecznego i zaobserwował niebieskie światło emitowane przez wystawiony przez nie etanolowy roztwór chininy.

Zasady fizyczne

Mechanizm

Fluorescencja występuje, gdy wzbudzona cząsteczka, atom lub nanostruktura relaksuje się do niższego stanu energetycznego (najczęściej stanu podstawowego ) poprzez emisję fotonu bez zmiany spinu elektronu . Gdy stan początkowy i końcowy mają różną krotność (spin), zjawisko to określa się mianem fosforescencji .

Stan podstawowy większości cząsteczek to stan singletowy , oznaczony jako S ₀ . Godnym uwagi wyjątkiem jest tlen cząsteczkowy , który ma stan podstawowy trypletu . Pochłonięcie fotonu energii skutkuje stanem wzbudzonym o tej samej krotności (spin) stanu podstawowego, zwykle singletem (S _n z n > 0). W rozwiązaniu stany o n > 1 ulegają szybkiej relaksacji do najniższego poziomu wibracyjnego pierwszego stanu wzbudzonego (S ₁ ) poprzez przeniesienie energii do cząsteczek rozpuszczalnika w procesach bezpromienistych, w tym konwersji wewnętrznej, po której następuje relaksacja wibracyjna, w której energia jest rozpraszane w postaci ciepła . Dlatego najczęściej fluorescencja występuje od pierwszego wzbudzonego stanu singletowego, _S1 . Fluorescencja to emisja fotonu towarzysząca relaksacji stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. Fotony fluorescencji mają niższą energię ( ) w porównaniu z energią fotonów użytych do wygenerowania stanu wzbudzonego ( ) ${\displaystyle h\nu_{ex}}$${\displaystyle h\nu_{em}}$${\displaystyle h\nu_{ex}}$

• Pobudzenie:${\ Displaystyle \ operatorname {S} _ {0}+ H \ nu _ {ex} \ do \ operatorname {S} _ {1}}$
• Fluorescencja (emisja):${\ Displaystyle \ operatorname {S} _ {1} \ do \ operatorname {S} _ {0}+h \ nu _ {em}}$

W każdym przypadku energia fotonu jest proporcjonalna do jego częstotliwości zgodnie z , gdzie jest stałą Plancka . ${\ Displaystyle E}$ ${\displaystyle \nu}$${\displaystyle E=h\nu}$${\ Displaystyle h}$

Stan wzbudzony S ₁ może ulegać relaksacji przez inne mechanizmy, które nie obejmują emisji światła. Procesy te, zwane procesami bezpromienistymi, konkurują z emisją fluorescencji i obniżają jej wydajność. Przykłady obejmują konwersję wewnętrzną , przejście międzysystemowe do stanu trypletowego i transfer energii do innej cząsteczki. Przykładem transferu energii jest rezonansowy transfer energii Förstera . Relaksacja ze stanu wzbudzonego może również nastąpić poprzez wygaszanie kolizyjne , proces, w którym cząsteczka (wygaszacz) zderza się z cząsteczką fluorescencyjną podczas jej życia w stanie wzbudzonym. Tlen cząsteczkowy (O ₂ ) jest niezwykle skutecznym wygaszaczem fluorescencji tylko ze względu na swój niezwykły stan podstawowy tripletowy.

Wydajność kwantowa

Wydajność kwantowa fluorescencji daje wydajność procesu fluorescencji. Jest definiowany jako stosunek liczby fotonów wyemitowanych do liczby fotonów zaabsorbowanych.

${\ Displaystyle \ Phi = {\ Frac {\ tekst {Liczba wyemitowanych fotonów}}{\ text {Liczba zaabsorbowanych fotonów}}}}$

Maksymalna możliwa wydajność kwantowa fluorescencji wynosi 1,0 (100%); każdy zaabsorbowany foton skutkuje wyemitowaniem fotonu. Związki o wydajności kwantowej 0,10 są nadal uważane za dość fluorescencyjne. Innym sposobem określenia wydajności kwantowej fluorescencji jest szybkość zanikania stanu wzbudzonego:

${\ Displaystyle \ Phi = {\ Frac {{k} _ {f}} {\ suma _ {i} {k} _ {i}}}}$

gdzie jest stałą szybkości spontanicznej emisji promieniowania i ${\ Displaystyle {k} _ {f}}$

${\ Displaystyle \ suma _ {i} {k} _ {i}}$

jest sumą wszystkich szybkości zaniku stanu wzbudzonego. Inne szybkości zaniku stanu wzbudzonego spowodowane są mechanizmami innymi niż emisja fotonów i dlatego często nazywane są „szybkościami bezpromienistymi”, które mogą obejmować: dynamiczne wygaszanie kolizyjne, oddziaływanie dipol-dipol bliskiego pola (lub transfer energii rezonansowej ), konwersja wewnętrzna i przejście międzysystemowe . Tak więc, jeśli zmienia się szybkość jakiejkolwiek ścieżki, wpłynie to zarówno na czas życia stanu wzbudzonego, jak i na wydajność kwantową fluorescencji.

Wydajności kwantowe fluorescencji są mierzone przez porównanie ze standardem. Sól chininy siarczan chininy w roztworze kwasu siarkowego był uważany za najpowszechniejszy wzorzec fluorescencji, jednak ostatnie badania wykazały, że na wydajność kwantową fluorescencji tego roztworu silnie wpływa temperatura i nie powinien być już używany jako roztwór wzorcowy . Chinina w 0,1M kwasie nadchlorowym (Φ=0,60) nie wykazuje zależności od temperatury do 45°C, dlatego można ją uznać za niezawodny roztwór wzorcowy.

Dożywotni

Czas życia fluorescencji odnosi się do średniego czasu pozostawania cząsteczki w stanie wzbudzonym przed emisją fotonu. Fluorescencja zazwyczaj jest zgodna z kinetyką pierwszego rzędu :

${\ Displaystyle \ lewo [S_ {1} \ prawo] = \ lewo [S_ {1} \ prawo] _ {0} e ^ {- \ Gamma t}}$

gdzie jest stężeniem cząsteczek w stanie wzbudzonym w czasie , jest stężeniem początkowym i jest szybkością zaniku lub odwrotnością czasu życia fluorescencji. To jest przykład wykładniczego rozpadu . Różne procesy radiacyjne i niepromieniste mogą powodować depopulację stanu wzbudzonego. W takim przypadku całkowita szybkość zaniku jest sumą wszystkich szybkości: ${\ Displaystyle \ lewo [S_ {1} \ prawo]}$${\displaystyle t}$${\ Displaystyle \ lewo [S_ {1} \ prawo] _ {0}}$${\ Displaystyle \ Gamma}$

${\ Displaystyle \ Gamma _ {tot} = \ Gamma _ {rad} + \ Gamma _ {nrad}}$

gdzie jest całkowitą szybkością zaniku, szybkością zaniku radiacyjnego i szybkością zaniku bezpromienistego. Jest to podobne do reakcji chemicznej pierwszego rzędu, w której stała szybkości pierwszego rzędu jest sumą wszystkich szybkości (równoległy model kinetyczny). Jeśli tempo emisji spontanicznej lub jakiekolwiek inne tempo jest szybkie, czas życia jest krótki. W przypadku powszechnie stosowanych związków fluorescencyjnych typowe czasy zaniku stanu wzbudzonego dla emisji fotonów o energiach od UV do bliskiej podczerwieni mieszczą się w zakresie od 0,5 do 20 nanosekund . Żywotność fluorescencji jest ważnym parametrem w praktycznych zastosowaniach fluorescencji, takich jak transfer energii rezonansu fluorescencji i mikroskopia obrazowania żywotności fluorescencji . ${\ Displaystyle \ Gamma _ {całkowita}}$${\ Displaystyle \ Gamma _ {rad}}$${\ Displaystyle \ Gamma _ {nrad}}$

Schemat Jabłońskiego

Diagram Jabłońskiego opisuje większość mechanizmów relaksacji cząsteczek w stanie wzbudzonym. Diagram obok pokazuje, jak zachodzi fluorescencja z powodu relaksacji pewnych wzbudzonych elektronów cząsteczki.

Anizotropia fluorescencji

Fluorofory są bardziej podatne na wzbudzanie przez fotony, jeśli moment przejścia fluoroforu jest równoległy do ​​wektora elektrycznego fotonu. Polaryzacja emitowanego światła będzie również zależeć od momentu przejścia. Moment przejścia zależy od fizycznej orientacji cząsteczki fluoroforu. W przypadku fluoroforów w roztworze oznacza to, że intensywność i polaryzacja emitowanego światła zależy od dyfuzji rotacyjnej. Dlatego pomiary anizotropii można wykorzystać do zbadania, jak swobodnie porusza się cząsteczka fluorescencyjna w określonym środowisku.

Anizotropię fluorescencji można określić ilościowo jako

${\ Displaystyle r = {I_ {\ równoległy}-I_ {\ sprawca} \ nad I_ {\ równoległy} + 2I_ {\ sprawca}}}$

gdzie jest natężeniem emitowanym równolegle do polaryzacji światła wzbudzenia, a natężeniem prostopadłym do polaryzacji światła wzbudzenia. ${\displaystyle I_{\równoległy}}$${\ Displaystyle I_ {\ sprawca}}$

Fluorescencja

Silnie fluorescencyjne pigmenty często mają nietypowy wygląd, który jest często określany potocznie jako „kolor neonowy” (pierwotnie „day-glo” pod koniec lat 60. i na początku lat 70.). Zjawisko to zostało nazwane „Farbenglut” przez Hermanna von Helmholtza , a „fluorencja” przez Ralpha M. Evansa. Ogólnie uważa się, że jest to związane z wysoką jasnością koloru w stosunku do tego, czym byłby składnik bieli. Fluorescencja przesuwa energię padającego oświetlenia z krótszych długości fal na dłuższe (takie jak niebieski do żółtego), a tym samym może sprawić, że kolor fluorescencyjny będzie wydawał się jaśniejszy (bardziej nasycony), niż mogłoby to wynikać z samego odbicia.

Zasady

Istnieje kilka ogólnych zasad dotyczących fluorescencji. Każda z poniższych reguł ma wyjątki, ale są one użytecznymi wskazówkami do zrozumienia fluorescencji (te reguły niekoniecznie dotyczą absorpcji dwufotonowej ).

Zasada Kaszy

Reguła Kashy mówi, że wydajność kwantowa luminescencji jest niezależna od długości fali promieniowania wzbudzającego. Dzieje się tak, ponieważ wzbudzone cząsteczki zwykle rozpadają się do najniższego poziomu drgań stanu wzbudzonego, zanim nastąpi emisja fluorescencji. Reguła Kaszy–Wawiłowa nie zawsze ma zastosowanie i jest poważnie naruszana w wielu prostych cząsteczkach. Nieco bardziej wiarygodnym stwierdzeniem, chociaż wciąż z wyjątkami, byłoby to, że widmo fluorescencji wykazuje bardzo małą zależność od długości fali promieniowania wzbudzającego.

Zasada odbicia lustrzanego

Dla wielu fluoroforów widmo absorpcyjne jest lustrzanym odbiciem widma emisyjnego. Jest to znane jako reguła odbicia lustrzanego i jest związane z zasadą Francka-Condona, która mówi, że przejścia elektronowe są pionowe, to znaczy zmiany energii bez zmiany odległości, co można przedstawić za pomocą pionowej linii na diagramie Jabłońskiego. Oznacza to, że jądro nie porusza się, a poziomy drgań stanu wzbudzonego przypominają poziomy drgań stanu podstawowego.

Zmiana Stokesa

Na ogół emitowane światło fluorescencyjne ma dłuższą długość fali i niższą energię niż światło pochłaniane. Zjawisko to, znane jako przesunięcie Stokesa , wynika z utraty energii między momentem pochłonięcia fotonu a wyemitowaniem nowego. Przyczyny i wielkość przesunięcia Stokesa mogą być złożone i zależą od fluoroforu i jego środowiska. Istnieje jednak kilka typowych przyczyn. Często jest to spowodowane rozpadem bezpromienistym do najniższego poziomu energii wibracyjnej stanu wzbudzonego. Innym czynnikiem jest to, że emisja fluorescencji często pozostawia fluorofor na wyższym poziomie wibracji w stanie podstawowym.

W naturze

Istnieje wiele naturalnych związków wykazujących fluorescencję i mają one szereg zastosowań. Niektóre zwierzęta głębinowe, takie jak zielonooki , mają struktury fluorescencyjne.

W porównaniu do bioluminescencji i biofosforescencji

Fluorescencja

Fluorescencja to zjawisko pochłaniania przez cząsteczkę promieniowania elektromagnetycznego , typowo światła ultrafioletowego lub widzialnego , a następnie emisji fotonu o niższej energii (mniejsza częstotliwość, dłuższa długość fali). Powoduje to, że emitowane światło ma inny kolor niż światło pochłaniane. Stymulujące światło pobudza elektron do stanu wzbudzonego. Gdy cząsteczka powraca do stanu podstawowego, uwalnia foton, który jest emisją fluorescencyjną. Żywotność stanu wzbudzonego jest krótka, więc emisja światła jest zwykle obserwowana tylko wtedy, gdy włączone jest światło pochłaniające. Fluorescencja może mieć dowolną długość fali, ale często jest bardziej interesująca, gdy emitowane fotony znajdują się w widmie widzialnym. Kiedy występuje w żywym organizmie, czasami nazywa się to biofluorescencją. Nie należy mylić fluorescencji z bioluminescencją i biofosforescencją. Ropuchy dyniowe żyjące w brazylijskim lesie atlantyckim są fluorescencyjne.

Bioluminescencja

Bioluminescencja różni się od fluorescencji tym, że jest to naturalna produkcja światła w wyniku reakcji chemicznych w organizmie, natomiast fluorescencja to absorpcja i reemisja światła z otoczenia. Świetliki i żabnice to dwa przykłady organizmów bioluminescencyjnych. Aby dodać do potencjalnego zamieszania, niektóre organizmy są zarówno bioluminescencyjne, jak i fluorescencyjne, takie jak bratek morski Renilla reniformis , gdzie bioluminescencja służy jako źródło światła dla fluorescencji.

Fosforescencja

Fosforescencja jest podobna do fluorescencji pod względem zapotrzebowania na długości fal świetlnych jako źródła energii wzbudzenia. Różnica polega tutaj na względnej stabilności elektronu pod napięciem. W przeciwieństwie do fluorescencji, w fosforescencji elektron zachowuje stabilność, emitując światło, które nadal „świeci w ciemności”, nawet po usunięciu stymulującego źródła światła. Na przykład naklejki świecące w ciemności są fosforyzujące, ale nie są znane żadne zwierzęta naprawdę biofosforujące .

Mechanizmy

Chromatofory naskórkowe

Komórki pigmentowe, które wykazują fluorescencję, nazywane są chromatoforami fluorescencyjnymi i działają somatycznie podobnie do zwykłych chromatoforów . Te komórki są dendrytyczne i zawierają pigmenty zwane fluorosomami. Pigmenty te zawierają białka fluorescencyjne, które są aktywowane przez jony K+ (potasu) i to ich ruch, agregacja i dyspersja w chromatoforze fluorescencyjnym powodują ukierunkowany wzór fluorescencji. Komórki fluorescencyjne są unerwione tak samo jak inne chromatofory, takie jak melanofory, komórki barwnikowe zawierające melaninę . Krótkoterminowe wzorcowanie i sygnalizacja fluorescencyjna jest kontrolowane przez układ nerwowy. Chromatofory fluorescencyjne można znaleźć między innymi w skórze (np. u ryb) tuż pod naskórkiem.

Komórki fluorescencyjne naskórka u ryb reagują również na bodźce hormonalne przez hormony α-MSH i MCH, podobnie jak melanofory. Sugeruje to, że komórki fluorescencyjne mogą mieć zmiany koloru w ciągu dnia, które zbiegają się z ich rytmem dobowym . Ryby mogą być również wrażliwe na reakcje stresowe wywołane kortyzolem na bodźce środowiskowe, takie jak interakcja z drapieżnikiem lub udział w rytuale godowym.

Filogenetyka

Początki ewolucyjne

Częstość występowania fluorescencji w całym drzewie życia jest powszechna i została najszerzej zbadana na parzydełkach i rybach. Wydaje się, że zjawisko to ewoluowało wielokrotnie w wielu taksonach , takich jak Anguilliformes (węgorze), gobioidei (babkowate i kardynałfishes) oraz tetradontiformes (triggerfishes), wraz z innymi taksonami omówionymi w dalszej części artykułu. Fluorescencja jest wysoce zmienna genotypowo i fenotypowo, nawet w obrębie ekosystemów, pod względem emitowanych długości fal, wyświetlanych wzorców i intensywności fluorescencji. Ogólnie rzecz biorąc, gatunki polegające na kamuflażu wykazują największą różnorodność we fluorescencji, prawdopodobnie dlatego, że kamuflaż może być jednym z zastosowań fluorescencji.

Niektórzy naukowcy podejrzewają, że GFP i białka podobne do GFP rozpoczęły się jako donory elektronów aktywowane przez światło. Elektrony te były następnie wykorzystywane do reakcji wymagających energii świetlnej. Uważa się, że funkcje białek fluorescencyjnych, takie jak ochrona przed słońcem, konwersja światła na różne długości fal lub sygnalizacja, ewoluowały wtórnie.

Funkcje adaptacyjne

Obecnie stosunkowo niewiele wiadomo na temat funkcjonalnego znaczenia białek fluorescencyjnych i fluorescencyjnych. Podejrzewa się jednak, że fluorescencja może pełnić ważne funkcje w sygnalizacji i komunikacji, kojarzeniu się , wabieniu, kamuflażu , ochronie przed promieniowaniem UV i antyoksydacji, fotoaklimacji, regulacji bruzdnic i zdrowiu koralowców.

Wodny

Woda pochłania światło o długich falach, więc mniej światła z tych fal odbija się z powrotem, aby dotrzeć do oka. Dlatego ciepłe kolory z widma światła widzialnego wydają się mniej żywe na coraz większej głębokości. Woda rozprasza światło o krótszych falach nad fioletem, co oznacza, że ​​chłodniejsze kolory dominują w polu widzenia w strefie fotycznej . Natężenie światła spada 10-krotnie na każde 75 m głębokości, więc na głębokości 75 m światło jest o 10% tak intensywne jak na powierzchni i tylko o 1% tak intensywne na 150 m niż na powierzchni. Ponieważ woda filtruje długości fal i intensywność wody na określonych głębokościach, różne białka, ze względu na długości fal i natężenie światła, które są w stanie pochłonąć, lepiej nadają się do różnych głębokości. Teoretycznie niektóre rybie oczy potrafią wykryć światło na głębokości do 1000 m. Na tych głębokościach strefy afotycznej jedynymi źródłami światła są same organizmy, które emitują światło w wyniku reakcji chemicznych w procesie zwanym bioluminescencją.

Fluorescencję definiuje się po prostu jako absorpcję promieniowania elektromagnetycznego na jednej długości fali i jego reemisję na innej, o mniejszej energii. Zatem każdy rodzaj fluorescencji zależy od obecności zewnętrznych źródeł światła. Biologicznie funkcjonalna fluorescencja znajduje się w strefie fotycznej, gdzie jest nie tylko wystarczająco dużo światła, aby wywołać fluorescencję, ale wystarczająco dużo światła, aby inne organizmy ją wykryły. Pole widzenia w strefie fotycznej jest naturalnie niebieskie, więc kolory fluorescencji można wykryć jako jaskrawe czerwienie, pomarańcze, żółcie i zielenie. Zielony jest najczęściej spotykanym kolorem w spektrum morskim, żółty jest drugim najczęściej, pomarańczowym trzecim, a czerwony jest najrzadszym. Fluorescencja może wystąpić w organizmach w strefie afotycznej jako produkt uboczny bioluminescencji tego samego organizmu. Pewna fluorescencja w strefie afotycznej jest jedynie produktem ubocznym biochemii tkanek organizmu i nie ma celu funkcjonalnego. Jednak niektóre przypadki funkcjonalnego i adaptacyjnego znaczenia fluorescencji w strefie afotycznej głębokiego oceanu są aktywnym obszarem badań.

Strefa fotyczna

Ryba

Ryby kostne żyjące w płytkiej wodzie generalnie mają dobre widzenie kolorów, ponieważ żyją w kolorowym środowisku. Tak więc u ryb płytkowodnych czerwona, pomarańczowa i zielona fluorescencja najprawdopodobniej służy jako środek komunikacji ze współgatunkami , zwłaszcza biorąc pod uwagę dużą zmienność fenotypową tego zjawiska.

Wiele ryb wykazujących fluorescencję, takich jak rekiny , jaszczurki , skorpeny , wargacze i płastugi , również posiada żółte filtry wewnątrzgałkowe. Żółte filtry wewnątrzgałkowe w soczewkach i rogówce niektórych ryb pełnią funkcję filtrów długoprzepustowych. Filtry te umożliwiają gatunkom wizualizację i potencjalne wykorzystanie fluorescencji w celu zwiększenia kontrastu wizualnego i wzorów, których nie widzą inne ryby i drapieżniki, którym brakuje tej specjalizacji wizualnej. Ryby, które posiadają niezbędne żółte filtry wewnątrzgałkowe do wizualizacji fluorescencji, potencjalnie wykorzystują sygnał świetlny od jej członków. Wzory fluorescencyjne były szczególnie widoczne w przypadku ryb o kryptograficznym wzorze ze złożonym kamuflażem. Wiele z tych linii posiada również żółte długoprzepustowe filtry wewnątrzgałkowe, które mogą umożliwić wizualizację takich wzorów.

Innym adaptacyjnym zastosowaniem fluorescencji jest generowanie pomarańczowego i czerwonego światła z otaczającego niebieskiego światła strefy fotycznej, aby wspomóc widzenie. Czerwone światło można zobaczyć tylko na krótkich dystansach ze względu na tłumienie fal światła czerwonego przez wodę. Wiele gatunków ryb, które wykazują fluorescencję, jest małych, żyjących w grupie lub bentosowych/afotycznych i ma rzucające się w oczy wzory. Ten wzór jest spowodowany przez tkankę fluorescencyjną i jest widoczny dla innych członków gatunku, jednak wzór jest niewidoczny w innych widmach wizualnych. Te wewnątrzgatunkowe wzory fluorescencyjne pokrywają się również z sygnalizacją wewnątrzgatunkową. Wzory obecne w pierścieniach ocznych, aby wskazać kierunek spojrzenia osoby, a wzdłuż płetw, aby wskazać kierunek ruchu osoby. Obecne badania podejrzewają, że ta czerwona fluorescencja jest wykorzystywana do prywatnej komunikacji między członkami tego samego gatunku. Ze względu na duże znaczenie niebieskiego światła na głębinach oceanu, czerwone światło i światło o dłuższych falach jest zagmatwane, a wiele drapieżnych ryb rafowych ma niewielką lub żadną wrażliwość na światło na tych długościach fal. Ryby, takie jak wargacz, które rozwinęły wrażliwość wzrokową na dłuższe fale, są w stanie wyświetlać czerwone sygnały fluorescencyjne, które dają wysoki kontrast z niebieskim środowiskiem i są widoczne dla współgatunków na krótkich dystansach, ale są stosunkowo niewidoczne dla innych pospolitych ryb, które wrażliwości na długie fale. Zatem fluorescencja może być wykorzystywana jako adaptacyjna sygnalizacja i komunikacja wewnątrzgatunkowa u ryb rafowych.

Ponadto sugeruje się, że tkanki fluorescencyjne otaczające oczy organizmu są wykorzystywane do przekształcania niebieskiego światła ze strefy fotycznej lub zielonej bioluminescencji w strefie afotycznej w czerwone światło ułatwiające widzenie.

Rekiny

Nowy fluorofor został opisany u dwóch gatunków rekinów, przy czym był on spowodowany nieopisaną grupą bromowanych metabolitów drobnocząsteczkowych tryptofanu i kinureniny.

Koral

Fluorescencja pełni w koralach wiele różnych funkcji. Białka fluorescencyjne w koralowcach mogą przyczyniać się do fotosyntezy, przekształcając w inny sposób nieużyteczne długości fal światła w takie, dla których symbiotyczne algi koralowców są w stanie przeprowadzić fotosyntezę . Ponadto liczba białek może się zmieniać, ponieważ więcej lub mniej światła staje się dostępne jako środek fotoaklimacji. Podobnie, te białka fluorescencyjne mogą mieć zdolności antyoksydacyjne do eliminowania rodników tlenowych wytwarzanych przez fotosyntezę. Wreszcie, poprzez modulację fotosyntezy, białka fluorescencyjne mogą również służyć jako środek regulujący aktywność fotosyntetycznych symbiontów alg koralowych.

Głowonogi

Alloteuthis subulata i Loligo vulgaris , dwa rodzaje prawie przezroczystych kałamarnic, mają fluorescencyjne plamki nad oczami. Plamy te odbijają padające światło, które może służyć jako środek kamuflażu, ale także do sygnalizowania innym kałamarnicom w celach szkolnych.

Meduza

Innym, dobrze zbadanym przykładem fluorescencji w oceanie jest hydrozoan Aequorea victoria . Ta meduza żyje w strefie fotycznej u zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej i została zidentyfikowana jako nośnik zielonego białka fluorescencyjnego (GFP) przez Osamu Shimomura . Gen dla tych zielonych białek fluorescencyjnych został wyizolowany i ma znaczenie naukowe, ponieważ jest szeroko stosowany w badaniach genetycznych do wskazywania ekspresji innych genów.

Modliszka krewetka

Kilka gatunków krewetek modliszki , które są skorupiakami stomatopodów , w tym Lysiosquillina glabriuscula , ma żółte fluorescencyjne oznaczenia wzdłuż łusek i pancerza (muszli), które samce prezentują podczas pokazywania zagrożenia drapieżnikom i innym samcom. Pokaz polega na podniesieniu głowy i klatki piersiowej, rozpościeraniu uderzających wyrostków i innych szczękowców oraz rozciągnięciu na boki wystających, owalnych łusek czułków, co sprawia, że ​​zwierzę wydaje się większe i podkreśla żółte, fluorescencyjne oznaczenia. Co więcej, wraz ze wzrostem głębokości, fluorescencja modliszki odpowiada za większą część dostępnego światła widzialnego. Podczas rytuałów godowych krewetki modliszkowe aktywnie fluoryzują, a długość fali tej fluorescencji odpowiada długości fali wykrywanej przez pigmenty ich oczu.

Strefa afotyczna

Syfonofory

Siphonophorae to rząd zwierząt morskich z gromady Hydrozoa , które składają się zwyspecjalizowanych medusoidów i polipów . Niektóre sifonofory, w tym rodzaj Erenna, żyjące w strefie afotycznej między głębokościami 1600 m a 2300 m, wykazują fluorescencję żółtą do czerwonej w fotoforach ich mackowatych macek . Ta fluorescencja występuje jako produkt uboczny bioluminescencji z tych samych fotoforów. Syfonofory wykazują fluorescencję w migotliwym wzorze, który jest używany jako przynęta do przyciągania zdobyczy.

Smocza rybka

Drapieżna ryba głębinowa Malacosteus niger , blisko spokrewniony rodzaj Aristostomias i gatunek Pachystomias microdon używają fluorescencyjnych czerwonych pigmentów pomocniczych do konwersji niebieskiego światła emitowanego z ich własnej bioluminescencji na czerwone światło z fotofor podoczodołowych . Ta czerwona luminescencja jest niewidoczna dla innych zwierząt, co pozwala tym smoczym rybom na dodatkowe światło na ciemnych głębinach oceanu bez przyciągania lub sygnalizowania drapieżników.

Ziemski

Płazy

Fluorescencja jest powszechna wśród płazów i została udokumentowana w kilku rodzinach żab , salamandrów i beznogów , ale jej zasięg jest bardzo zróżnicowany.

Rzekotka drzewna w kropki ( Hypsiboas punctatus ), szeroko spotykana w Ameryce Południowej, została przypadkowo odkryta jako pierwszy płaz fluorescencyjny w 2017 roku . Głównym związkiem fluorescencyjnym jest Hyloin-L1 i daje niebiesko-zielony blask pod wpływem światła fioletowego lub ultrafioletowego . Naukowcy stojący za odkryciem zasugerowali, że fluorescencję można wykorzystać do komunikacji. Spekulowali, że fluorescencja jest prawdopodobnie stosunkowo powszechna wśród żab. Zaledwie kilka miesięcy później odkryto fluorescencję u blisko spokrewnionego Hypsiboas atlanticus . Ponieważ jest powiązany z wydzielinami gruczołów skórnych, mogą również pozostawiać ślady fluorescencyjne na powierzchniach, na których były.

W 2019 roku dwie inne żaby, maleńka ropucha dyniowa ( Brachycephalus ephippium ) i czerwona ropucha dyniowa ( B. pitanga ) z południowo-wschodniej Brazylii, miały naturalnie fluorescencyjne szkielety, które są widoczne przez ich skórę pod wpływem światła ultrafioletowego. Początkowo spekulowano, że fluorescencja uzupełniała ich i tak już aposematyczne kolory (są toksyczne) lub że była związana z wyborem partnera ( rozpoznawanie gatunku lub określanie dopasowania potencjalnego partnera), ale późniejsze badania wskazują, że to pierwsze wyjaśnienie jest mało prawdopodobne, ponieważ drapieżnictwo Wydaje się, że na próby na ropuchach nie ma wpływu obecność/brak fluorescencji.

W 2020 roku potwierdzono, że zielona lub żółta fluorescencja jest powszechna nie tylko u dorosłych żab wystawionych na działanie światła niebieskiego lub ultrafioletowego, ale także wśród kijanek , salamandrów i beznogów. Zakres jest bardzo zróżnicowany w zależności od gatunku; w niektórych jest bardzo wyraźny, aw innych ledwo zauważalny. Może opierać się na pigmentacji skóry, błonie śluzowej lub kości.

Motyle

Motyle Swallowtail ( Papilio ) mają złożone systemy emitowania światła fluorescencyjnego. Ich skrzydła zawierają kryształy nasycone pigmentem, które zapewniają ukierunkowane światło fluorescencyjne. Kryształy te najlepiej wytwarzają światło fluorescencyjne, gdy pochłaniają promieniowanie światła niebieskiego (długość fali około 420 nm). Długości fal światła, które motyle najlepiej widzą, odpowiadają absorbancji kryształów w skrzydłach motyla. To prawdopodobnie działa w celu zwiększenia zdolności do sygnalizacji.

Papugi

Papugi mają fluorescencyjne upierzenie , które można wykorzystać do sygnalizowania partnera. Badanie z wykorzystaniem eksperymentów z wyborem partnera na papużkach falistych ( Melopsittacus undulates ) wykazało przekonujące wsparcie dla fluorescencyjnej sygnalizacji płciowej, przy czym zarówno samce, jak i samice znacznie preferowały ptaki z fluorescencyjnym bodźcem eksperymentalnym. To badanie sugeruje, że fluorescencyjne upierzenie papug nie jest po prostu produktem ubocznym pigmentacji , ale raczej dostosowanym sygnałem seksualnym. Biorąc pod uwagę zawiłości szlaków, w których powstają pigmenty fluorescencyjne, mogą wiązać się to ze znacznymi kosztami. Dlatego osoby wykazujące silną fluorescencję mogą być uczciwymi wskaźnikami o wysokiej indywidualnej jakości, ponieważ mogą sobie poradzić z związanymi z tym kosztami.

Pajęczaki

Pająki fluoryzują w świetle UV i posiadają ogromną różnorodność fluoroforów. Co godne uwagi, pająki są jedyną znaną grupą, w której fluorescencja jest „rozpowszechniona taksonomicznie, zmiennie wyrażana, ewolucyjnie niestabilna i prawdopodobnie pod selekcją i potencjalnie ma znaczenie ekologiczne dla sygnalizacji wewnątrzgatunkowej i międzygatunkowej”. Badanie przeprowadzone przez Andrewsa i in. (2007) ujawnia, że ​​fluorescencja ewoluowała wielokrotnie u taksonów pająków, a nowe fluorofory ewoluowały podczas różnicowania się pająków. U niektórych pająków sygnały ultrafioletowe są ważne dla interakcji drapieżnik-ofiara, komunikacji wewnątrzgatunkowej i kamuflażu za pomocą pasujących fluorescencyjnych kwiatów. Różne konteksty ekologiczne mogą sprzyjać hamowaniu lub wzmacnianiu ekspresji fluorescencji, w zależności od tego, czy fluorescencja pomaga pająkom być zagadkowym, czy czyni je bardziej widocznymi dla drapieżników. Dlatego dobór naturalny może wpływać na ekspresję fluorescencji u różnych gatunków pająków.

Skorpiony są również fluorescencyjne ze względu na obecność beta karboliny w ich naskórkach.

Dziobak

W 2020 roku stwierdzono fluorescencję dla kilku osobników dziobaka.

Rośliny

Wiele roślin jest fluorescencyjnych ze względu na obecność chlorofilu , który jest prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnioną cząsteczką fluorescencyjną, wytwarzającą czerwoną emisję w zakresie długości fal wzbudzenia. Ta cecha chlorofilu jest powszechnie używana przez ekologów do pomiaru wydajności fotosyntezy.

Kwiat jalapy Mirabilis zawiera fioletowe, fluorescencyjne betacyjaniny i żółte, fluorescencyjne betaksantyny. W białym świetle części kwiatu zawierające tylko betaksantyny wydają się żółte, ale w obszarach, w których obecne są zarówno betaksantyny, jak i betacyjaniny, widoczna fluorescencja kwiatu zanika z powodu wewnętrznych mechanizmów filtrowania światła. Wcześniej sugerowano, że fluorescencja odgrywa rolę w przyciąganiu zapylaczy , jednak później odkryto, że wizualny sygnał fluorescencji jest znikomy w porównaniu z wizualnym sygnałem światła odbitego przez kwiat.

abiotyczny

Gemmologia, mineralogia i geologia

Kamienie szlachetne , minerały , mogą mieć charakterystyczną fluorescencję lub mogą fluoryzować inaczej w ultrafiolecie krótkofalowym, ultrafiolecie długofalowym, świetle widzialnym lub promieniach rentgenowskich .

Wiele rodzajów kalcytu i bursztynu będzie fluoryzować w świetle krótkofalowym UV, długofalowym UV oraz w świetle widzialnym. Rubiny , szmaragdy i diamenty wykazują czerwoną fluorescencję w świetle długofalowym UV, niebieskim, a czasem zielonym; diamenty emitują również światło pod wpływem promieniowania rentgenowskiego .

Fluorescencja w minerałach spowodowana jest szeroką gamą aktywatorów. W niektórych przypadkach stężenie aktywatora musi być ograniczone poniżej pewnego poziomu, aby zapobiec wygaszeniu emisji fluorescencyjnej. Ponadto minerał musi być wolny od zanieczyszczeń, takich jak żelazo lub miedź , aby zapobiec wygaszeniu ewentualnej fluorescencji. Dwuwartościowy mangan , w stężeniach dochodzących do kilku procent, odpowiada za czerwoną lub pomarańczową fluorescencję kalcytu , zieloną fluorescencję willemitu , żółtą fluorescencję esperytu oraz pomarańczową fluorescencję wollastonitu i klinohedrytu . Sześciowartościowy uran , w postaci kationu uranylu ( UO²⁺
₂), fluoryzuje we wszystkich stężeniach w kolorze żółtozielonym i jest przyczyną fluorescencji minerałów takich jak autunit czy andersonit , a przy niskim stężeniu jest przyczyną fluorescencji takich materiałów jak niektóre próbki opalu hialitowego . Chrom trójwartościowy w niskim stężeniu jest źródłem czerwonej fluorescencji rubinu . Europ dwuwartościowy jest źródłem niebieskiej fluorescencji, gdy występuje ona we fluorycie mineralnym . Trójwartościowe lantanowce , takie jak terb i dysproz , są głównymi aktywatorami kremowożółtej fluorescencji wykazywanej przez odmianę itrofluorytu fluorytu mineralnego i przyczyniają się do pomarańczowej fluorescencji cyrkonu . Powellit ( molibdenian wapnia ) i schelit (wolframian wapnia) fluoryzują wewnętrznie odpowiednio na żółto i niebiesko. Gdy są obecne razem w roztworze stałym , energia jest przenoszona z wolframu o wyższej energii do molibdenu o niższej energii , tak że dość niskie poziomy molibdenu wystarczają do spowodowania żółtej emisji schelitu zamiast niebieskiego. Sfaleryt o niskiej zawartości żelaza (siarczek cynku), fluoryzuje i fosforyzuje w różnych kolorach, pod wpływem obecności różnych zanieczyszczeń śladowych.

Ropa naftowa ( ropa naftowa ) fluoryzuje w różnych kolorach, od ciemnobrązowych w przypadku ciężkich olejów i smół do jasnożółtych i niebiesko-białych w przypadku bardzo lekkich olejów i kondensatów. Zjawisko to jest wykorzystywane w wierceniu poszukiwawczym ropy naftowej do identyfikacji bardzo małych ilości ropy naftowej w zwiercinach i próbkach rdzeniowych.

Kwasy huminowe i kwasy fulwowe powstające w wyniku degradacji materii organicznej w glebach ( próchnicy ) mogą również ulegać fluorescencji ze względu na obecność cykli aromatycznych w ich złożonych strukturach molekularnych . Substancje humusowe rozpuszczone w wodach gruntowych można wykryć i scharakteryzować metodą spektrofluorymetrii .

Płyny organiczne

Roztwory organiczne, takie jak antracen lub stilben , rozpuszczone w benzenie lub toluenie , fluoryzują promieniowaniem ultrafioletowym lub gamma . Czasy zaniku tej fluorescencji są rzędu nanosekund, ponieważ czas trwania światła zależy od czasu życia stanów wzbudzonych materiału fluorescencyjnego, w tym przypadku antracenu lub stilbenu.

Scyntylacja to błysk światła wytworzony w przezroczystym materiale w wyniku przejścia cząstki (elektronu, cząstki alfa, jonu lub fotonu o wysokiej energii). Stylben i jego pochodne są używane w licznikach scyntylacyjnych do wykrywania takich cząstek. Stilbene jest również jednym ze środków wzmacniających stosowanych w laserach barwnikowych .

Atmosfera

Fluorescencję obserwuje się w atmosferze, gdy powietrze jest bombardowane elektronami energetycznymi. W przypadkach, takich jak naturalna zorza polarna , eksplozje nuklearne na dużych wysokościach i eksperymenty z bronią elektronową przenoszoną przez rakiety, powstałe molekuły i jony reagują fluorescencyjnie na światło.

Typowe materiały, które fluoryzują

• Witamina B2 fluoryzuje na żółto.
• Woda z tonikiem fluoryzuje na niebiesko z powodu obecności chininy .
• Tusz rozświetlający jest często fluorescencyjny ze względu na obecność piraniny .
• Banknoty , znaczki pocztowe i karty kredytowe często mają fluorescencyjne zabezpieczenia.

W nowatorskiej technologii

W sierpniu 2020 r. naukowcy poinformowali o stworzeniu najjaśniejszych do tej pory fluorescencyjnych stałych materiałów optycznych, umożliwiając przenoszenie właściwości silnie fluorescencyjnych barwników poprzez przestrzenną i elektroniczną izolację barwników poprzez mieszanie barwników kationowych z wiążącymi aniony makrocyklami cyjanogwiazd . Według współautora materiały te mogą znaleźć zastosowanie w takich dziedzinach, jak pozyskiwanie energii słonecznej, bioobrazowanie i lasery.

Aplikacje

Oświetlenie

Zwykła lampa fluorescencyjna opiera się na fluorescencji. Wewnątrz szklanej rurki panuje częściowa próżnia i niewielka ilość rtęci . Wyładowanie elektryczne w rurze powoduje, że atomy rtęci emitują głównie światło ultrafioletowe. Tuba pokryta jest powłoką z materiału fluorescencyjnego, zwanego luminoforem , który pochłania światło ultrafioletowe i ponownie emituje światło widzialne. Oświetlenie fluorescencyjne jest bardziej energooszczędne niż żarowe elementy oświetleniowe. Jednak nierównomierne spektrum tradycyjnych świetlówek może powodować, że niektóre kolory będą wyglądać inaczej niż przy oświetleniu światłem żarowym lub światłem dziennym . Widmo emisji par rtęci jest zdominowane przez krótkofalową linię UV przy 254 nm (która dostarcza większość energii do luminoforów), której towarzyszy emisja światła widzialnego przy 436 nm (niebieski), 546 nm (zielony) i 579 nm ( żółty pomarańczowy). Te trzy linie można obserwować nałożone na białe kontinuum za pomocą ręcznego spektroskopu dla światła emitowanego przez zwykłe białe świetlówki. Te same widoczne linie, którym towarzyszą linie emisyjne trójwartościowego europu i trójwartościowego terbu, a także ciągłość emisji dwuwartościowego europu w obszarze niebieskim, obejmują bardziej nieciągłą emisję światła nowoczesnych trójchromatycznych systemów luminoforów stosowanych w wielu kompaktowych lampach fluorescencyjnych oraz tradycyjne lampy, w których celem jest lepsze oddawanie barw.

Lampy fluorescencyjne po raz pierwszy zostały udostępnione publiczności na targach światowych w Nowym Jorku w 1939 roku . Ulepszenia od tego czasu to w dużej mierze lepsze luminofory, dłuższa żywotność i bardziej spójne wyładowanie wewnętrzne oraz łatwiejsze w użyciu kształty (takie jak kompaktowe lampy fluorescencyjne). Niektóre lampy wyładowcze o dużej intensywności (HID) łączą swoją jeszcze wyższą sprawność elektryczną ze wzmocnieniem luminoforu w celu lepszego odwzorowania kolorów.

Białe diody elektroluminescencyjne (LED) stały się dostępne w połowie lat 90. jako lampy LED , w których niebieskie światło emitowane z półprzewodnika uderza w luminofory osadzone na maleńkim chipie. Kombinacja niebieskiego światła, które przechodzi przez luminofor i zielonej do czerwonej fluorescencji z luminoforów, powoduje emisję netto białego światła.

Żarówki w sztyfcie czasami wykorzystują materiały fluorescencyjne do pochłaniania światła z reakcji chemiluminescencyjnej i emitowania światła o innym kolorze.

Chemia analityczna

Wiele procedur analitycznych wymaga użycia fluorometru , zwykle z pojedynczą wzbudzającą długością fali i pojedynczą długością fali detekcyjnej. Ze względu na czułość, jaką zapewnia metoda, można zmierzyć stężenia cząsteczek fluorescencyjnych tak niskie, jak 1 część na bilion.

Fluorescencję w kilku długościach fal można wykryć za pomocą detektora macierzowego , aby wykryć związki z przepływu HPLC . Można również wizualizować płytki TLC , jeśli związki lub odczynnik barwiący są fluorescencyjne. Fluorescencja jest najbardziej efektywna, gdy w rozkładzie Boltzmanna występuje większy stosunek atomów na niższych poziomach energii . Istnieje zatem większe prawdopodobieństwo wzbudzenia i uwolnienia fotonów przez atomy o niższej energii, dzięki czemu analiza jest bardziej wydajna.

Spektroskopia

Zwykle konfiguracja testu fluorescencyjnego obejmuje źródło światła, które może emitować światło o wielu różnych długościach fal. Generalnie do prawidłowej analizy wymagana jest jedna długość fali, więc w celu selektywnego filtrowania światła przepuszcza się je przez monochromator wzbudzenia, a następnie tę wybraną długość fali przepuszcza się przez celę próbkową. Po absorpcji i reemisji energii, w wyniku przesunięcia Stokesa i różnych przejść elektronowych , może pojawić się wiele długości fal . Aby je oddzielić i przeanalizować, promieniowanie fluorescencyjne przechodzi przez monochromator emisyjny i jest selektywnie obserwowane przez detektor.

Biochemia i medycyna

Fluorescencja w naukach przyrodniczych jest powszechnie stosowana jako nieniszczący sposób śledzenia lub analizy cząsteczek biologicznych za pomocą emisji fluorescencyjnej o określonej częstotliwości, gdzie nie ma tła od światła wzbudzającego, ponieważ stosunkowo niewiele składników komórkowych jest naturalnie fluorescencyjnych ( nazywana samoistną lub autofluorescencją ). W rzeczywistości białko lub inny składnik można „oznakować” zewnętrznym fluoroforem , barwnikiem fluorescencyjnym , który może być małą cząsteczką, białkiem lub kropką kwantową, znajdującą szerokie zastosowanie w wielu zastosowaniach biologicznych.

Oznaczenie ilościowe barwnika odbywa się za pomocą spektrofluorometru i znajduje dodatkowe zastosowanie w:

Mikroskopia

• Podczas skanowania intensywności fluorescencji w płaszczyźnie wykonuje się mikroskopię fluorescencyjną tkanek, komórek lub struktur subkomórkowych, co jest wykonywane przez znakowanie przeciwciała fluoroforem i pozwalanie przeciwciału na znalezienie docelowego antygenu w próbce. Znakowanie wielu przeciwciał różnymi fluoroforami umożliwia wizualizację wielu celów na jednym obrazie (wiele kanałów). Wariantem tego są mikromacierze DNA.
• Immunologia: Przeciwciało jest najpierw przygotowywane przez przyłączenie fluorescencyjnej grupy chemicznej, a miejsca (np. na próbce mikroskopowej), w których przeciwciało związało się, można zobaczyć, a nawet określić ilościowo, za pomocą fluorescencji.
• FLIM ( mikroskopia obrazowania czasu życia fluorescencji ) może być wykorzystana do wykrywania pewnych interakcji biomolekularnych, które przejawiają się poprzez wpływanie na czas życia fluorescencji.
• Biologia komórkowa i molekularna: wykrywanie kolokalizacji przy użyciu przeciwciał znakowanych fluorescencyjnie do selektywnego wykrywania antygenów będących przedmiotem zainteresowania przy użyciu specjalistycznego oprogramowania, takiego jak ImageJ.

Inne techniki

• FRET ( Förster rezonansowy transfer energii , znany również jako transfer energii rezonansu fluorescencji ) służy do badania interakcji białek, wykrywania określonych sekwencji kwasów nukleinowych i jest wykorzystywany jako bioczujniki, podczas gdy czas życia fluorescencji (FLIM) może zapewnić dodatkową warstwę informacji.
• Biotechnologia: bioczujniki wykorzystujące fluorescencję są badane jako możliwe Bioczujniki fluorescencyjne glukozy .
• Zautomatyzowane sekwencjonowanie DNA metodą terminacji łańcucha ; każda z czterech różnych zasad kończących łańcuch ma swój własny specyficzny znacznik fluorescencyjny. Gdy znakowane cząsteczki DNA są rozdzielane, znacznik fluorescencyjny jest wzbudzany przez źródło UV, a tożsamość zasady kończącej cząsteczkę identyfikowana jest na podstawie długości fali emitowanego światła.
• FACS ( sortowanie komórek aktywowane fluorescencją ). Jedna z kilku ważnych technik sortowania komórek stosowanych w separacji różnych linii komórkowych (zwłaszcza tych izolowanych z tkanek zwierzęcych).
• Wykrywanie DNA: związek bromku etydyny w roztworze wodnym ma bardzo małą fluorescencję, ponieważ jest wygaszany przez wodę. Fluorescencja bromku etydyny jest znacznie wzmocniona po związaniu się z DNA, dlatego związek ten jest bardzo przydatny w wizualizacji lokalizacji fragmentów DNA w elektroforezie w żelu agarozowym . Interkalowana etydium znajduje się w środowisku hydrofobowym, gdy znajduje się pomiędzy parami zasad DNA, chroniona przed wygaszeniem przez wodę, która jest wykluczona z lokalnego środowiska interkalowanej etydyny. Bromek etydyny może być rakotwórczy – prawdopodobnie bezpieczniejszą alternatywą jest barwnik SYBR Green .
• FIGS ( chirurgia pod kontrolą obrazu fluorescencyjnego ) to technika obrazowania medycznego, która wykorzystuje fluorescencję do wykrywania prawidłowo oznakowanych struktur podczas operacji.
• Fluorescencja wewnątrznaczyniowa to technika obrazowania medycznego oparta na cewniku, która wykorzystuje fluorescencję do wykrywania cech wysokiego ryzyka miażdżycy i niewygojonych stentów naczyniowych. Autofluorescencję płytek zastosowano w pierwszym badaniu na ludziach w tętnicach wieńcowych w połączeniu z optyczną koherentną tomografią . Czynniki molekularne są również wykorzystywane do wykrywania specyficznych cech, takich jak akumulacja fibryny w stentach i aktywność enzymatyczna związana z zapaleniem tętnic.
• SAFI (species altered fluorescence imaging) technika obrazowania w elektrokinetyce i mikroprzepływach . Wykorzystuje nieelektromigrujące barwniki, których fluorescencja jest łatwo tłumiona przez migrujące interesujące nas związki chemiczne. Barwnik(y) są zwykle zaszczepiane wszędzie w strumieniu i bezpośrednio obserwuje się różnicowe wygaszanie ich fluorescencji przez anality.
• Testy oparte na fluorescencji do badań przesiewowych toksycznych chemikaliów. Testy optyczne składają się z mieszaniny wrażliwych na środowisko barwników fluorescencyjnych i ludzkich komórek skóry, które generują widma fluorescencji. Takie podejście może zmniejszyć zapotrzebowanie na zwierzęta laboratoryjne w badaniach biomedycznych i przemyśle farmaceutycznym.
• Wykrywanie marginesu kości: okazy barwione alizaryną i niektóre skamieniałości można oświetlić światłem fluorescencyjnym, aby zobaczyć struktury anatomiczne, w tym brzegi kości.

Kryminalni

Odciski palców można wizualizować za pomocą związków fluorescencyjnych, takich jak ninhydryna lub DFO ( 1,8-Diazafluoren-9-on ). Krew i inne substancje są czasami wykrywane przez odczynniki fluorescencyjne, takie jak fluoresceina . Włókna i inne materiały, które można spotkać w kryminalistyce lub w związku z różnymi przedmiotami kolekcjonerskimi , są czasami fluorescencyjne.

Badania nieniszczące

Inspekcja penetrantem fluorescencyjnym służy do wykrywania pęknięć i innych defektów na powierzchni części. Barwnikowanie , wykorzystujące barwniki fluorescencyjne, służy do wyszukiwania nieszczelności w płynnych i gazowych instalacjach kanalizacyjnych.

Oznakowanie

Kolory fluorescencyjne są często używane w oznakowaniu , zwłaszcza w znakach drogowych. Kolory fluorescencyjne są generalnie rozpoznawalne z większej odległości niż ich niefluorescencyjne odpowiedniki, przy czym fluorescencyjny pomarańczowy jest szczególnie zauważalny. Ta właściwość doprowadziła do jej częstego stosowania w znakach i etykietach bezpieczeństwa.

Rozjaśniacze optyczne

Związki fluorescencyjne są często stosowane w celu poprawienia wyglądu tkaniny i papieru, powodując efekt „wybielania”. Biała powierzchnia pokryta rozjaśniaczem optycznym może emitować więcej światła widzialnego niż to, które na nią świeci, dzięki czemu wydaje się jaśniejsza. Niebieskie światło emitowane przez rozjaśniacz kompensuje zanikający błękit obrabianego materiału i zmienia odcień z żółtego lub brązowego na biały. Rozjaśniacze optyczne są stosowane w proszkach do prania, papierze o wysokiej jasności, kosmetykach, odzieży odblaskowej i innych.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

• Lakowicz, Józef R. (1999). Zasady spektroskopii fluorescencyjnej . Wydawnictwo Akademickie / Plenum Kluwer. ISBN 978-0-387-31278-1.

Dalsze czytanie

• Historia fluorescencji . Raytech Industries. 1965.

Zewnętrzne linki

• Fluorophores.org , baza barwników fluorescencyjnych
• FSU.edu , Podstawowe pojęcia dotyczące fluorescencji
• Wykład Davida Jamesona „Nano-historia fluorescencji”
• Widma wzbudzenia i emisji różnych barwników fluorescencyjnych
• Baza minerałów fluorescencyjnych ze zdjęciami, aktywatorami i widmami (fluomin.org)
• „Nocne nurkowanie biofluorescencyjne – Dahab/Morze Czerwone (Egipt), Zatoka Masbat/Mashraba, „Rzymska Skała”” . Youtube. 9 października 2012 r.
• Steffena O. Beyera. „FluoPedia.org: Publikacje” . fluopedia.org.
• Steffena O. Beyera. „FluoMedia.org: Nauka” . fluomedia.org.