生物/化学发光在生命科学中的概述

生物发光指的是生物发光的能力，代表了生物光能研究中一个迷人而深远的有用领域。研究和记录生物在其自然环境中的生物发光不仅是一件有趣的事(约90%的深海海洋生物表现出生物发光)，而且几个产生生物发光的个体生物分子已经被识别、分离、研究，通常是基因编码，并在一系列应用中使用。bob综合app官网登录这些用途已经渗透到一个广泛的研究领域，包括细胞内生理学，临床前研究，微量滴定和生物芯片为基础的分析，甚至艺术!一种众所周知的生物发光是由荧光素酶引起的，它被广泛用于研究目的。例如，萤火虫荧光素酶在其底物荧光素和三磷酸腺苷(ATP)存在时发光，被广泛用于测量ATP浓度。由于所有生物体都含有三磷酸腺苷，它被用作生物污染的测量标准，例如在食品工业中。重要的是，荧光素酶已被编码并作为基因报告者被采用，常规转染到活的有机体和细胞中进行研究，例如，表达水平和细胞生理学。

在illuminol/过氧化氢中连续稀释发光生物标志物HRP，显示出将EM增益因子从x1增加到x500的效果。在x1增益设置下，微量滴定板右侧的较低浓度阱与噪声无法区分。通过增加EMCCD的增益，这些井在噪声层之上变得清晰可见。

与基于荧光共振能量转移(FRET)的分析相比，BRET可以提供一些有吸引力的优势。BRET的一个例子可能是使用与一种候选蛋白质基因融合的生物发光荧光素酶，以及与另一种蛋白质融合的绿色荧光蛋白(GFP)(或突变体)。当这两种蛋白质结合时，荧光素酶激发荧光素，将其激发态能量转移到绿色荧光蛋白，使其在绿色中有效发射。gfp - equorin是一种常用于钙的共轭物^{2 +}信号。在水母Aequorea Victoria中，化学发光Ca^{2 +}结合蛋白equorin与GFP相关。绑定到Ca时^{2 +}，这种钙激活的蛋白质将储存在腔肠嗪中的化学能转化为腔肠嗪的氧化形式。如果GFP不存在，氧化后的腔肠嗪会发出蓝光，但量子产率很低。然而，当绿色荧光蛋白在附近时(就像它在体内一样)，激发态能量会转移到绿色荧光蛋白，然后绿色荧光蛋白在绿色中更有效地释放。构建了一个钙敏感的报告基因，编码与GFP融合的equorin。这种生物荧光遗传标记比钙具有优势^{2 +}-特异性荧光染料易于靶向特定细胞和亚细胞隔室。在背景可以忽略不计的情况下，亚秒级的曝光时间足以记录表达任何融合蛋白的单细胞信号，特别是当使用电子倍增CCD (EMCCD)技术进行检测时。

通过化学反应产生可见光被称为化学发光(事实上，当这种性质的反应发生在生物体中，它被称为生物发光)。化学发光发生在高能(放热)反应产生电子激发态的分子时。这个分子，当它回到基态时，以光子的形式释放它的能量。光的产生速率和化学发光分子的浓度(通常也与催化试剂的浓度相耦合)限制了从样品体积中有效观察到这种发光的时间。一些样品会在短时间内产生相对明亮的信号(直到所有的化学发光试剂用完)，另一些样品会在较长时间内产生较弱的信号。对于后者，更重要的是使用深冷CCD，能够长时间积累而没有明显的暗电流积累。

声致发光是指液体中的微小气泡在声音刺激下发出的光。当某些矿物在加热时以可见光的形式释放能量时，可以观察到热释光。热释光已被用作考古年代测定的一种手段。摩擦发光是当一个机械应力被施加到晶体上时光能量的发射，通过施加压力或扭矩晶体受到应力。

如前所述，发光可以用于各种常见的成像格式和技术:

生物芯片分析。电泳凝胶。显微镜。微量滴定板测定法。皮氏培养皿测定。全植物/动物成像。

所有这些方法的共同点是对敏感CCD探测器和光密成像环境的基本需求，后者通常由成像暗箱提供(甚至用于放置显微镜)。

与生物发光和化学发光成像相关的荧光染料的量子效率。

在生物发光和化学发光中，光直接由样品发出，而不需要首先放入激发光。就信号到背景而言，这具有一个关键的优势，即没有不必要的自发荧光背景发射或散射源。光漂白和光毒性效应(在活细胞研究中)也明显最小化。由于缺乏自动荧光背景，因此需要非常重视CCD探测器在使用最小的探测器噪声源的情况下工作，因为CCD噪声底最有可能代表真正的检测极限(与背景光子噪声相反)。这意味着:1。在给定的曝光时间内，相对于收集到的光子量，读取噪声必须最小化。暗电流也必须从根本上很低，特别是如果使用长时间曝光和/或如果使用EMCCD技术。此外，由于发光通常是一种相对较弱的现象，为了在相对较短的曝光时间内产生较高的信噪比(S/N)，需要较高的量子效率(QE)，以辅助细胞内动态过程和/或样品吞吐量。

有几种背照Andor CCD格式适合生物/化学发光的超灵敏成像，包括Andor的iXon而且圣像摄像机系列。阅读我们关于使用iXon EMCCD的完整解决方案说明单细胞极微光生物发光成像在这里。