형광체

Fluorophore
형광의 용도와 이론은 생명과학의 형광을 참조하십시오.
불소 세포로 표시된 인간 세포입니다.

형광체(또는 형광체, 색소와 유사하게)는 빛 들뜸 시 빛을 다시 방출할 수 있는 형광 화합물이다.형광체는 일반적으로 여러 개의 결합된 방향족 그룹 또는 여러 개의 [1]γ 결합을 가진 평면 또는 고리형 분자를 포함한다.

형광구는 때때로 단독으로, 유체 중의 추적기, 특정 구조의 염색용 염료, 효소의 기질 또는 프로브 또는 지시기로 사용됩니다(극성 또는 이온과 같은 환경적 측면에 의해 형광이 영향을 받는 경우).보다 일반적으로 이들은 고분자에 공유 결합되어 아핀 또는 생물 활성 시약(항체, 펩타이드, 핵산)의 마커(또는 염료, 태그 또는 리포터) 역할을 한다.형광체는 형광 이미징 및 분광학 등 다양한 분석 방법으로 조직, 세포 또는 물질을 염색하는 데 특히 사용된다.

플루오레세인은 아민반응성 이소티오시아네이트 유도체인 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)를 통해 가장 인기 있는 형광체 중 하나이다.항체 라벨링에서 해당 애플리케이션은 카르복시플루오레세인(FAM), TET, ... 덕분에 핵산으로 확산되었습니다.역사적으로 흔한 다른 형광체들은 로다민, 쿠마린, [2]시아닌의 유도체들이다.대부분이 독점적인 새로운 세대의 형광체는 종종 유사한 들뜸 및 [3][4]방출을 가진 기존 염료보다 광안정성, 밝음 및/또는 pH 감도가 낮아 더 나은 성능을 발휘합니다.

형광

형광체는 특정 파장의 빛 에너지를 흡수하고 더 긴 파장에서 빛을 다시 방출합니다.흡수된 파장, 에너지 전달 효율, 방출까지의 시간은 불소 포자 구조와 그 화학적 환경 모두에 달려 있습니다. 왜냐하면 들뜬 상태의 분자는 주변 분자와 상호작용하기 때문입니다.최대 흡수 파장(예: 흡수/배출 = 485 nm/517 nm)은 주어진 불소층을 나타낼 때 사용되는 일반적인 용어이지만, 전체 스펙트럼을 고려하는 것이 중요할 수 있다.들뜸 파장 스펙트럼은 매우 좁거나 넓은 대역이거나 모두 컷오프 수준을 초과할 수 있습니다.방출 스펙트럼은 보통 들뜸 스펙트럼보다 선명하며 파장이 길고 그에 따라 에너지가 낮다.여기 에너지는 자외선에서 가시 스펙트럼까지 다양하며, 방출 에너지는 가시광선에서 근적외선 영역까지 지속될 수 있다.

형광체의 주요 특징은 다음과 같습니다.

  • 최대 들뜸 및 방출 파장(나노미터(nm) 단위로 표시): 들뜸 및 방출 스펙트럼의 피크(보통 각 피크)에 대응합니다.
  • 몰 흡수 계수(Molarcm−1−1): 주어진 파장에서 흡수된 빛의 양을 용액 내 불소 포자의 농도와 연결시킨다.
  • 양자 수율: 입사광에서 방출된 형광으로 전달되는 에너지의 효율성(= 흡수된 광자당 방출된 광자의 수).
  • 수명(피코초): 바닥 상태로 돌아갈 때까지의 형광체 들뜸 상태의 지속 시간.들뜬 형광체 집단이 원래 양의 1/e( (0.368)까지 붕괴하는 데 걸리는 시간을 말한다.
  • 스토크스 시프트: 최대 들뜸 파장과 최대 방출 파장의 차이.
  • 다크 프랙션: 형광 방출에서 활성 분자의 비율.양자 점의 경우, 장기 단분자 현미경을 통해 모든 입자의 20-90%가 형광을 [5]방출하지 않는 것으로 나타났다.반면 복합 폴리머 나노입자(Pdots)는 [6]형광에 어두운 부분이 거의 없다.형광 단백질은 단백질이 잘못 접히거나 색소단 형성 [7]결함으로 인해 어두운 부분을 가질 수 있습니다.

이러한 특성은 광표백 또는 광저항(계속적인 빛 들뜸 시 형광 손실)을 포함한 다른 특성을 유발합니다.형광체 분자의 극성, 형광체 크기 및 형태(편광 형광 패턴의 경우) 및 기타 요인이 형광체의 동작을 변화시킬 수 있으므로 다른 매개변수를 고려해야 한다.

형광구는 또한 다른 형광 염료의 형광을 억제하거나(조항 퀀칭(형광) 참조), 또는 더 긴 파장에서 형광을 릴레이하기 위해 사용할 수 있다(조항 퓌르스터 공명 에너지 전달(FRET) 참조).

형광 원리에 대한 자세한 내용은 참조하십시오.

크기(분자량)

대부분의 불소포자는 20 - 100 원자의 유기 소분자(200 - 1000 Dalton - 접합된 변형 및 접합 분자에 따라 분자량이 더 높을 수 있음)이지만 단백질인 훨씬 더 큰 자연 불소포자도 있다. 녹색 형광 단백질(GFP)은 27 kDa이고 여러 피코빌리포틴(PE, APC...)은 240kDa이다.. 2020년에 알려진 가장 작은 불소 포자는 14개의 원자와 [8]123Da의 화합물인 3-히드록시소니코틴알데히드라고 주장되었다.

양자 닷과 같은 형광 입자: 직경 2-10 nm, 원자 100-100,000개도 [9]형광체로 간주됩니다.

형광체의 크기는 태그된 분자를 입체적으로 방해하고 형광 극성에 영향을 미칠 수 있습니다.

가족들

자외선에 의한 다른 물질의 형광.녹색은 플루오레세인, 빨간색은 로다민B, 노란색은 로다민6G, 파란색은 퀴닌, 보라색은 퀴닌과 로다민6g의 혼합물이다.용액의 농도는 약 0.001%입니다.

형광체 분자는 단독으로 이용되거나 기능계의 형광 모티브 역할을 할 수 있다.분자 복잡성과 합성 방법에 기초하여 불소 분자는 일반적으로 단백질과 펩타이드, 작은 유기 화합물, 합성 올리고머와 폴리머, 그리고 다성분 시스템의 [10][11]4가지 범주로 분류될 수 있다.

형광단백질 GFP(녹색), YFP(노란색) 및 RFP(빨간색)는 다른 특이단백질에 부착되어 적절한 플라스미드담체의 트랜스펙션 후 세포에서 합성되는 융합단백질을 형성할 수 있다.

비단백질 유기 불소 포자는 다음과 같은 주요 화학군에 속합니다.

이러한 불소 포자는 띠를 뛰어넘어 흡수된 에너지를 안정시킬 수 있는 비국소화 전자에 의해 형광을 발생시킵니다.예를 들어 가장 단순한 방향족 탄화수소 중 하나인 벤젠은 254 nm에서 들뜨고 300 [12]nm에서 방출됩니다.형광반도체 나노입자인 양자점(quantum dot)과 형광소자를 구별하는 것이다.

이들은 아미노기(활성 에스테르, 카르복실산, 이소티오시아네이트, 히드라진), 카르복실기(카르보디이미드), 티올(말레이미드, 아세틸브로마이드), 유기 아지드(클릭 화학 또는 비특이적(글루타알데히드)와 같은 특정 기능군에 단백질에 부착될 수 있다.

또한 다양한 관능기를 존재시켜 용해도 등의 특성을 변경하거나 당에 결합하는 붕산이나 특정 양이온에 결합하는 복수의 카르복실기와 같은 특수한 특성을 부여할 수 있다.염료가 방향족 시스템의 반대쪽 끝에 전자 기증기와 전자 수용기를 포함할 경우, 이 염료는 아마도 환경의 극성(솔바토크로믹)에 민감하게 반응할 것이며, 따라서 환경 민감성이라고 불립니다.종종 하전 분자에 불침투성인 세포 내부에 염료가 사용되는데, 그 결과 카르복실기는 에스테르로 변환되고, 이는 세포 내부의 에스테라아제(예: fura-2)에 의해 제거된다.AM 및 플루오레세인-디아세테이트.

다음 염료 계열은 상표 그룹이며 반드시 구조적인 유사성을 공유하지는 않습니다.

  • CF염료(비오튬)
  • DRAQ 및 CyTRAK 프로브(Bio Status)
  • BODIPY(인비트로겐)
  • EverFluor (Setareh Biotech)
  • Alexa Fluor (인산화수소)
  • Bella Fluor (Setareh 생명공학)
  • DyLight Fluor (Thermo Scientific, 피어스)
  • 아토와 트레이시(시그마 알드리치)
  • FluoProbes(Interchim)
  • 애버리올 염료(애버리올)
  • DY 및 MegaStokes 염료(Dyomics)
  • 술포사이 물감(신디)
  • HiLyte Fluor (AnaSpec)
  • Seta, SeTau 및 사각 염료(SETA BioMedicals)
  • Quasar 및 Cal 불소 염료(Biosarch Technologies)
  • SureLight 염료(APC, RPEPerCP, Phycobilisomes)(콜럼비아 바이오사이언스)
  • APC, APCXL, RPE, BPE(Phyco-Biotech, Greensa, Prozyme, Flogen)
  • 비오 염료 (밀텐이 바이오텍)
소 폐동맥 내피 세포핵은 DAPI로 파란색으로, 미토콘드리아는 MitoTracker Red CMXRos로, F-actin은 Alexa Fluor 488 Paloidin으로 녹색으로 염색되어 형광 현미경으로 촬영되었습니다.

자주 발생하는 형광체의 예

반응성 및 복합 염료

염료 Ex(nm) Em(nm) MW 메모들
히드록시쿠마린 325 386 331 숙시니미딜에스테르
아미노쿠마린 350 445 330 숙시니미딜에스테르
메톡시쿠마린 360 410 317 숙시니미딜에스테르
캐스케이드 블루 (375);401 423 596 히드라지드
퍼시픽 블루 403 455 406 말레이미드
퍼시픽 오렌지 403 551
3-히드록시소니코틴알데히드 385 525 123 QY 0.15, pH에 민감
루시퍼 옐로우 425 528
다음 번호 466 539 294 NBD-X
R-피코에리스린(PE) 480;565 578 240 k
PE-Cy5 결합체 480;565;650 670 일명 Cychrome, R670, 트라이컬러, Quantum Red
PE-Cy7 결합체 480;565;743 767
레드 613 480;565 613 PE텍사스 레드
PerCP 490 675 35kDa 페리디닌클로로필단백질
TruRed 490,675 695 PerCP-Cy5.5 결합체
불소 X 494 520 587 (GE 의료)
플루오레세인 495 519 389 FITC, pH에 민감함
보디피 503 512
G-Dye100 498 524 단백질 라벨링 및 전기영동에 적합한
G-Dye200 554 575 단백질 라벨링 및 전기영동에 적합한
G-Dye300 648 663 단백질 라벨링 및 전기영동에 적합한
G-Dye400 736 760 단백질 라벨링 및 전기영동에 적합한
Cy2 489 506 714 QY 0.12
Cy3 (512);550 570;(615) 767 QY 0.15
Cy3B 558 572;(620) 658 QY 0.67
Cy3.5 581 594;(640) 1102 QY 0.15
Cy5 (625);650 670 792 QY 0.28
Cy5.5 675 694 1272 QY 0.23
Cy7 743 767 818 QY 0.28
TRITC 547 572 444 TRITC
X-로다민 570 576 548 XRITC
리사민로다민B 570 590
텍사스 레드 589 615 625 염화술포닐
알로피코시아닌(APC) 650 660 104 k
APC-Cy7 결합체 650;755 767 파레드

약어:

핵산 염료

염료 Ex(nm) Em(nm) MW 메모들
후크스트 33342 343 483 616 AT 선택형
DAPI 345 455 AT 선택형
후크스트 33258 345 478 624 AT 선택형
SYTOX 블루 431 480 ~400 DNA
크로모마이신 A3 445 575 CG 선택형
미트라마이신 445 575
YOYO-1 491 509 1271
브롬화 에티듐 210;285 605 394 수용액으로
겔레드 290;520 595 1239 브롬화 에티듐의 무독성 대체물
아크리딘 오렌지 503 530/640 DNA/RNA
SYTOX 그린 504 523 ~600 DNA
TOTO-1, TO-PRO-1 509 533 바이탈 스테인, TOTO: 시아닌 다이머
TO-PRO: 시아닌 모노머
티아졸 오렌지 510 530
CyTRAK 오렌지 520 615 - (바이오스타투스)(빨간색 들뜸 다크)
요오드화프로피듐(PI) 536 617 668.4
LDS 751 543;590 712;607 472 DNA(543ex/712em), RNA(590ex/607em)
7-AAD 546 647 7-아미노악티노마이신D, CG선택성
SYTOX 오렌지 547 570 ~500 DNA
TOTO-3, TO-PRO-3 642 661
DRAQ5 600/647 697 413 (Biostatus)(사용 가능한 들뜸은 488까지)
DRAQ7 599/644 694 ~700 (Biostatus)(사용 가능한 들뜸은 488까지)

세포 기능성 염료

염료 Ex(nm) Em(nm) MW 메모들
인도-1 361/330 490/405 1010 AM에스테르, 저칼슘/고칼슘(Ca2+)
Fluo-3 506 526 855 AM ester. pH > 6
Fluo-4 491/494 516 1097 AM, pH 7.2
DCFH 505 535 529 2'7' 디코로디히드로플루오레세인, 산화형
DHR 505 534 346 디히드로르호다민 123, 산화형, 빛은 산화를 촉매한다.
부서졌다 548/579 587/635 pH 6/9

형광단백질

염료 Ex(nm) Em(nm) MW QY BR PS 메모들
GFP(Y66H 돌연변이) 360 442
GFP(Y66F 돌연변이) 360 508
EBFP 380 440 0.18 0.27 단량체
EBFP2 383 448 20 단량체
아즈라이트 383 447 15 단량체
GFPuv 385 508
티사파이어 399 511 0.60 26 25 약이합체
케룰리안 433 475 0.62 27 36 약이합체
mCFP 433 475 0.40 13 64 단량체
mTurquoise2 434 474 0.93 28 단량체
ECFP 434 477 0.15 3
사이펫 435 477 0.51 18 59 약이합체
GFP(Y66W 변환) 436 485
Keima-빨간색 440 620 0.24 3 단량체(MBL)
태그 CFP 458 480 29 이합체(에볼루션)
AmCyan1 458 489 0.75 29 테트라머, (Clontech)
mTFP1 462 492 54 조광기
GFP(S65A 변환) 471 504
미도리시안 472 495 0.9 25 조광기(MBL)
와일드 타입 GFP 396,475 508 26k 0.77
GFP(S65C 변환) 479 507
터보 GFP 482 502 26k 0.53 37 이합체, (Evrog)
태그 GFP 482 505 34 단량체(Evogen)
GFP(S65L 변환) 484 510
에메랄드 487 509 0.68 39 0.69 약한 이합체, (인비트로겐)
GFP(S65T 변환) 488 511
EGFP 488 507 26k 0.60 34 174 약한 조광기, (Clontech)
아자미그린 492 505 0.74 41 단량체(MBL)
ZsGreen 1 493 505 105k 0.91 40 테트라머, (Clontech)
태그 YFP 508 524 47 단량체(Evogen)
EYFP 514 527 26,000 0.61 51 60 약한 조광기, (Clontech)
토파즈 514 527 57 단량체
금성 515 528 0.57 53 15 약이합체
mCitrine 516 529 0.76 59 49 단량체
YPet 517 530 0.77 80 49 약이합체
터보YFP 525 538 26k 0.53 55.7 이합체, (Evrog)
ZsYellow1 529 539 0.65 13 테트라머, (Clontech)
쿠사비라 오렌지 548 559 0.60 31 단량체(MBL)
오렌지색 548 562 0.69 49 9 단량체
알로피코시아닌(APC) 652 657.5 105 kDa 0.68 헤테로다이머, 가교[13]
mKO 548 559 0.60 31 122 단량체
터보 RFP 553 574 26k 0.67 62 이합체, (Evrog)
tdTomato 554 581 0.69 95 98 탠덤 이합체
태그 RFP 555 584 50 단량체(Evogen)
DsRed 단량체 556 586 최대 28,000 0.1 3.5 16 모노머, (Clontech)
DsRed2("RFP") 563 582 최대 11만 0.55 24 (클론테크)
mStrawberry 574 596 0.29 26 15 단량체
터보FP602 574 602 26k 0.35 26 이합체, (Evrog)
AsRed2 576 592 최대 11만 0.21 13 테트라머, (Clontech)
mRFP1 584 607 최대 30,000 0.25 단량체, (Tsien lab)
J레드 584 610 0.20 8.8 13 조광기
R-피코에리스린(RPE) 565 > 498 573 250 kDa 0.84 헤테로트리머[13]
B-피코에리스린(BPE) 545 572 240 kDa 0.98 헤테로트리머[13]
체리 587 610 0.22 16 96 단량체
HcRed1 588 618 최대 52,000 0.03 0.6 조광기, (Clontech)
카투샤 588 635 23 조광기
P3 614 662 최대 10,000 kDa 피코빌리좀복합체[13]
페리디닌클로로필(PerCP) 483 676 35 kDa 트리머[13]
mKate(TagFP635) 588 635 15 단량체(Evogen)
터보FP635 588 635 26k 0.34 22 이합체, (Evrog)
mplum 590 649 51.4 k 0.10 4.1 53
mRaspberry 598 625 0.15 13 단량체, mPlum보다 빠른 광블레이치
mScarlet 569 594 0.70 71 277 단량체[14]

약어:

  • Ex(nm): 여자 파장(나노미터 단위)
  • Em(nm): 나노미터 단위의 방출 파장
  • 분자량
  • QY: 양자 수율
  • 밝기:몰 흡수 계수 * 양자 수율 / 1000
  • PS: 광안정성: 휘도를 50% 절감하는 데 걸리는 시간[초]

적용들

상세 정보:생명과학의 형광

형광구는 생화학 및 단백질 연구 분야(예: 면역 형광 분야)뿐만 아니라 세포 분석([15]예: 면역 조직[3] 화학 및 소분자 센서)[17][18]에서도 특히 중요하다.

생명과학 이외의 용도로 사용

형광 바다 염료

또한 형광 염료는 다음과 같은 "네온 색상"이라는 이름으로 업계에서 널리 사용됩니다.

  • 섬유염색용 멀티톤 스케일 사용, 세탁세제용 광학광학광택제 사용
  • 고급 화장품, 안전 장비 및 의류
  • 유기발광다이오드(OLED)
  • 미술 및 디자인(포스터 및 그림)
  • 살충제 및 실험용 의약품의 상승제
  • 형광펜의 염료로 광채 같은 효과를 낸다.
  • 더 많은 빛/파장을 수집하는 태양 전지판
  • 형광 바다 염료는 공중 수색 및 구조팀이 물속의 물체를 찾을 수 있도록 돕기 위해 사용된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Juan Carlos Stockert, Alfonso Blázquez-Castro (2017). "Chapter 3 Dyes and Fluorochromes". Fluorescence Microscopy in Life Sciences. Bentham Science Publishers. pp. 61–95. ISBN 978-1-68108-519-7. Retrieved 24 December 2017.
  2. ^ Rietdorf J (2005). Microscopic Techniques. Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology. Berlin: Springer. pp. 246–9. ISBN 3-540-23698-8. Retrieved 2008-12-13.
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  7. ^ Garcia-Parajo MF, Segers-Nolten GM, Veerman JA, Greve J, van Hulst NF (2000). "Real-time light-driven dynamics of the fluorescence emission in single green fluorescent protein molecules". PNAS. 97 (13): 7237–7242. Bibcode:2000PNAS...97.7237G. doi:10.1073/pnas.97.13.7237. PMC 16529. PMID 10860989.
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  10. ^ Liu, J.; Liu, C.; He, W. (2013), "Fluorophores and Their Applications as Molecular Probes in Living Cells", Curr. Org. Chem., 17 (6): 564–579, doi:10.2174/1385272811317060003
  11. ^ Juan Carlos Stockert, Alfonso Blázquez-Castro (2017). "Chapter 4 Fluorescent Labels". Fluorescence Microscopy in Life Sciences. Bentham Science Publishers. pp. 96–134. ISBN 978-1-68108-519-7. Retrieved 24 December 2017.
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