生命科学中的生物/化学发光综述

生物发光是指生物发光的能力，代表了生物光子研究中一个迷人而又非常有用的领域。研究和记录生物在其自然环境中的生物发光不仅是有趣的(~ 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，通常是遗传编码，并在一系列应用中使用。万博电脑网页版登录这些用途已经渗透到广泛的研究领域，包括细胞内生理学、临床前研究、微量滴定和基于生物芯片的分析，甚至是艺术!荧光素酶诱导的生物发光是一种众所周知的生物发光，也是一种被广泛用于研究目的的生物发光。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，并被广泛用于测量ATP浓度。由于所有生物体都含有三磷酸腺苷，它被主要用作生物污染的衡量标准，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，常规转染到生物体和细胞中以研究，例如，表达水平和细胞生理学。

发光生物标志物HRP在illuminol/过氧化氢中连续稀释，显示EM增益因子从x1增加到x500。在x1增益设置下，微量滴度板右侧较低浓度孔与噪声难以区分。通过增加EMCCD的增益，这些井在噪声底之上变得清晰可见。

BRET可以提供一些有吸引力的优势，荧光共振能量转移(FRET)为基础的分析。BRET的一个例子可能是使用与一种候选蛋白质融合的生物荧光素酶，以及与另一种蛋白质融合的绿色荧光蛋白(GFP)(或突变体)。当两种蛋白质结合时，荧光素酶激发荧光素，荧光素将其激发态能量传递给绿色荧光蛋白，使其有效地发出绿色。GFP-Aequorin是一种常用于Ca的共轭物^{2 +}信号。在水母Aequorea Victoria中，化学发光Ca^{2 +}结合蛋白aequorin与GFP相关。与Ca绑定时^{2 +}，这种钙激活蛋白将储存在腔肠嗪中的化学能转化为腔肠嗪的氧化形式。如果不存在绿色荧光蛋白，氧化后的腔肠嗪会发出蓝光，但量子产率较低。然而，当GFP在附近时(就像在体内一样)，激发态能量被转移到GFP上，然后GFP在绿色中更有效地释放。构建了一个钙敏感的报告基因，编码水马苷与绿色荧光蛋白融合。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区室。在可以忽略不计的背景下，亚秒级的曝光时间足以记录表达任何融合蛋白的单细胞中的信号，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内时，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，通常与催化试剂的浓度耦合，限制了从样品体积中有效观察这种发光的时间。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都用完)，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，能够在长时间内积累而没有明显的暗电流积聚。

声致发光是指液体中的微小气泡在声音的刺激下发光。热释光是当某些矿物之前暴露在高能辐射下，当加热时以可见光的形式释放能量时观察到的。热释光被用作考古年代测定的一种手段。摩擦发光是当机械应力施加到晶体上时，晶体因施加压力或扭矩而受力时，发出的光能。

如前所述，发光可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。微量板测定。皮氏培养皿分析。全植物/动物成像。

所有这些方法的共同点是对灵敏的CCD探测器和不透光成像环境的基本需求，后者通常由成像暗箱提供(甚至可以容纳显微镜)。

与生物发光和化学发光成像相关的荧光染料量子效率。

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。在信号到背景方面，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)也显著降低。由于缺乏自发荧光背景，因此非常强调CCD探测器在最小的探测器噪声源下工作，因为CCD噪声底极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;相对于在给定曝光时间内收集到的光子量，读噪声必须降到最低。暗电流也必须基本低，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高信噪比(S/N)，需要高量子效率(QE)，以帮助动态细胞内过程和/或样品吞吐量。

有几种背光Andor CCD格式适用于生物/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低光生物发光成像在这里。