熒光101:激發/發射，斯托克斯位移，雅布隆斯基和更多的初學者指南!

你可能已經在顯微鏡和成像工作中使用熒光作為工具，但是，你確切地知道它是什麼嗎?為什麼某些蛋白質和探針是熒光的?是什麼導致了這種發光特性?我們將在本文中討論這些問題以及更多的問題。

從定義開始

我們將從熒光的定義開始。根據一些在線和紙質詞典的說法，這個詞的意思是;

輻射:某些物質受到較短波長的輻射，如x射線或紫外線照射而產生的可見或不可見的輻射

在上麵的陳述中，“輻射”隻是指光。我們將討論用顯微鏡觀察和成像的光，包括可見光、紅外線和紫外線。

在處理這個主題時，你還會遇到“熒光團”這個詞。熒光團基本上是上述陳述中提到的“某種物質”。這些熒光團在暴露於光粒子(或光子)後重新發光。在後麵的文章中，我將研究不同類型的熒光團，包括熒光蛋白和熒光探針。

讓我們興奮起來!

讓我們先看看“波長較短的輻射”。當你在處理熒光團時，你會看到“激發/發射”波長的參考。“波長較短”的光被用作熒光團的“激發”光。波長的單位是納米(nm)。你可能會遇到帶有lambda符號和下標“ex”或“em”的激發/發射波長(例如?_前女友)．波長較短的光被熒光團的一個電子吸收，因此，這個更高能量的光子“激發”熒光團。

然後回到地麵

這種激發不會持續很長時間，因為熒光團的自然狀態是“基態”。在回到這種基態時，熒光團發射一個波長較長(能量較低)的光子，並再次返回到鬆弛狀態。在您將用於顯微鏡和成像的熒光團中，所有這一切通常發生在大約0.5到20納秒的時間內!這個循環將繼續(假設持續暴露在激發光下)，直到發生“光漂白”(見Jen Redig的文章)解釋性文章)．

我們可以看到你

因為發射光子的波長比激發光長，所以這種差異可以在顯微鏡設置中區分和檢測。此外，由於每個熒光團總體上具有不同的激發波長和發射波長，因此它們可以用於區分同一樣品中感興趣的不同目標。

當著手做熒光顯微鏡時，需要知道的另外兩個術語是Jablonski和Stokes Shift。

亞布隆斯基圖

亞曆山大·雅布隆斯基教授(1898-1980)是一位波蘭物理學家，他於1933年在他現在著名的圖表中首次說明了熒光團對光的吸收和發射。這個漂亮簡單的圖說明了從基態到激發態的激活以及光子再次回到基態時的發射。這是一個簡化的雅布隆斯基圖:

由於熒光團可以通過能量的“三重態”(此外，可以有許多不同的基態和激發態)，因此不能直接返回基態，然而，我們現在將保持簡單!

斯托克斯位移

喬治·加布裏埃爾·斯托克斯爵士(1819-1903)愛爾蘭物理學家、數學家和政治家。他在光學、光和化學(僅舉幾例!)領域取得了許多進展和發現。他在熒光方麵的研究首次發表於1852年——你可以下載原始論文在這裏(標題為“論光的可折射性的變化”)。斯托克斯位移(以他的名字命名)是峰值激發波長和峰值發射波長之間以納米為單位的差值。每個熒光團都有一個獨特的斯托克斯位移。

以上就是熒光的基本知識，如果你想讓我們討論這個領域的任何話題，請告訴我們。請密切關注即將發表的關於可用於顯微鏡和成像的不同熒光團的文章。