分子荧光中文版

分子荧光，磷光，化学发光法SusmitaDas,†AleetaM.Powe,‡GaryA.Baker,§BerthaValle,^BilalEl-Zahab,zHermanO.Sintim,||MarkLowry,#SayoO.Fakayode,rMatthewE.McCarroll,OGaborPatonay,[MinLi,0RobertM.Strongin,#MaxwellL.Geng,andIsiahM.Warner*,†路易斯安那州立大学化学系,巴吞鲁日路易斯安那州70803,美国路易斯维尔大学化学系,路易斯维尔,肯塔基州40208,美国密苏里哥伦比亚大学化学系,密苏里州65211-7600,美国德州南方大学化学系,休斯顿,德克萨斯州77004,美国麻省理工学院化学工程,剑桥,麻萨诸塞州02139,美国马里兰大学化学和生物化学,学院公园,美国马里兰州20742波特兰州立大学化学系,,波特兰,俄勒冈州97207,美国温斯顿塞勒姆州立大学化学,温斯顿塞勒姆,北卡罗莱那州27110,美国南伊利诺伊大学化学和生物化学,卡本代尔,伊利诺斯州62901-4409,美国乔治亚州立大学化学系,亚特兰大,乔治亚州30302-4098,美国Albemarle公司过程开发中心,巴吞鲁日路易斯安那州70805,美国爱荷华大学化学系,爱荷华州的城市,爱荷华州52242,美国■目录书籍，评论，和一般兴趣章节598仪表和基于激光的荧光技术598仪器认证和测量标准化599荧光相关光谱599单分子荧光599超高分辨率成像600在传统的荧光改进成像600荧光寿命成像600共振能量转移601非线性过程601传感器601样品制备，淬火和相关现象603数据分析604组织媒体605低温发光605固体表面发光606在发光色谱，电泳，和流系统606动态发光测量608荧光偏振，分子动力学，以及相关现象608化学发光610近红外荧光611在生物学和临床技术发光分析612试剂和探头613绿色化学615荧光纳米粒子616总发光和激励同步光谱学及相关技术618作者信息619传记619参考621由于到期日变化的原因，我们从2010年1月至2011年8月最后的综述1，这篇综述包括了一个和两个第三年的时期。如果综述先前没有被引用，手稿外的这个审核期只包括这些综述。计算机检索化学文摘提供了这篇综述的大部分引用。一份用英文写的调查文件包含术语“荧光或磷光和化学发光”，在2010年至2011年8月公布，结果导致超过7.5万次点击。初步筛选这个数字，使被考虑列入本篇综述的发表文章减少到大约18000篇。这个子集的关键词搜索提供可管理的大小子主题。其他引用被发现是通过各种个人搜索不同作者撰写的本文的一个特定部分。为了更有效地实现这一目标,我们已包括熟悉各种次要综述的作者。覆盖范围被限制在一些文章中，他们描述了进行化学分析的紫外-可见和近红外区域的分子发光的理论要点和实践中的新发展。我们已经包含荧光纳米颗粒和绿色化学这两个新部分的综述。对引用工作的讨论是为了比之前的综述更重要和重视。一般情况下，引用仅限于期刊文章，不包括专利、记录、报告和论文。为了努力减少这篇综述的长度，我们试图通过保留相同的参考数字给一个给定的引用，以限制部分之间的重复引文。与往年一样，我们是不能够提供相关的广泛报道分子荧光，磷光和化学发光的所有进展，因为这个领域极为广泛。相反，我们的重点是分析化学领域普遍的有趣性和相关性的重要进展，而不是以前的进步的扩展。■书籍，评论，和一般兴趣章节许多书籍和书籍章节总结和讨论荧光技术的机制、发展、和应用，它们都是在过去两年被发表出来。这些书或着眼于其中荧光技术采用特定领域，它们要么是全科书要么是辅导书，涵盖的领域广泛，包括原理和应用。例如，在综述中引用到的2009年和2010年的荧光，这本书通过合并格迪斯主编的第六和第七册，2,3，它们提供全面收集到的荧光领域当前趋势和新兴的主题密切相关的学科。另一本书，由P.H€anninen等编译的稀土发光：光物理，分析和生物方面，包含了有关光物理基础知识和相关的稀土探头或材料的全面信息，并介绍了仪器仪表相关的方面，包括化学和物理传感器。对于生物分析和医学镧系元素的用途的概述，有例如测定法用于体外诊断和研究。由L.Prodi等编辑的发光在传感器的应用科学，总结了发光信号系统和基于发光的设备。因为荧光测量通常是非常敏感的，成本低，通用性强，容易地进行，并提供亚微米的可视化和亚毫秒时间分辨率。近日，荧光技术已越来越多地发现在纳米技术，生物技术和药物化学有趣和重要的应用。例如，由M.N.Berberan-Santos等编辑的在超分子，聚合物，纳米系统的荧光，关注了纳米系统，聚合物和超分子的荧光，以及荧光探针的开发和应用。实际的荧光显微镜在哺乳动物细胞：蛋白质定位和功能提供了一个多学科的方法应用于荧光显微镜在细胞的成像。在TKomatsuzaki等编辑的单分子生物物理：实验与理论，主要讨论了基于荧光共振能量转移（FRET）单分子荧光，原子力显微镜（AFM），和衍射X射线跟踪（DXT），和它们在重要生物学现象中的应用。由G.Hung编辑的荧光蛋白II：荧光蛋白技术应用程序，涵盖了荧光蛋白的基本特性和在各领域的具体应用。除了上面提到的书籍和书籍章节外，还有一些自2010年出版的有用的综述文章，总结和严格审查了荧光技术的发展和应用。覆盖范围被限制在少数涉及更广泛的兴趣的综述。许多其他审查，关注了这个综述的各个章节，包括了更狭窄和更具体的主题。一本ACS出版的杂志，化学品审查中致力于包括荧光和发光技术在内的整个问题（卷110，第5期），以解决分子影像的最新发展。例如，Tor等人审查了荧光类似物的设计、性能，以及在生物分子生命控制中心的应用。在另一篇文章中，Kobayashi等人总结了荧光探针设计在医疗诊断影像新战略。B€unzli呈现了镧系元素发光在生物医学分析引进和应用，以及细胞和组织成像。此外，有些主题还包括荧光寿命测量和荧光偏振/各向异性以及它们在诊断和生物成像应用。荧光在生物学和药物化学等领域的应用也已经被一些有用的综述引用。该辅导书的引用涵盖了使用单分子荧光显微镜来研究纳米催化最近的事态发展。另一篇综述文章讨论了已发展到研究分子浓度和动力学像扩散和催化转换在微米和亚微米水平的不同概念方法。研究对无标签天然荧光检测分析化学进行了综述，特别侧重于工具的需求和应用。该辅导的综述基于聚合物的荧光和比色化学传感器的进展。一个重要的综述的重点在于磷光化学传感器为金属阳离子，阴离子，pH值，氧，挥发性有机化合物，以及生物分子检测19的设计原则和最近发展。在以往的回顾中，仪器和激光技术是分开的。最近，他们被联合起来，以消除重叠和提高连续性。本文中也对两者结合起来看，因为越来越难区分它们了。为了方便叙述，这部分被分为八个小部分。每一小部分都有相应的例子。关于仪器和对应的技术会做强调。仪器的确认何测量的标准化。近来荧光测量的标准化处于不断发展中。最近有两个新技术使荧光测量的标准化得到长足的发展。在IUPAC技术报告会上上发布了一篇关于荧光标准的报告。为了表征光致发光系统和测定相应的荧光量的基于荧光生色团的标准是根据其范围和应用领域进行划分的。对于荧光标准的选择，使用和发展给出了也相应的建议。另一项技术，国际ASTM发布了荧光标准指南，简洁明了地面向荧光仪器各级用户的参考。P.C.DeRose和U.Resch-Gengerc写过这个文件的总结。指南侧重于稳态荧光，包括现有的标准和相应的仪器特性程序。它涵盖了绝大部分需要评估的仪器性能。例如，线性度和光谱响应的检测系统，达到样品的光谱辐照度，波长准确度，分析物的灵敏度和检测限，日常性能验证。测定其他相关荧光性质如荧光量子产率和荧光寿命的程序也做了简单地介绍。荧光量子产率的测量受到了较多关注。Resch-Genger和他的同事比较了两种相对的和一种绝对的荧光分光光度法，通过测定硫酸奎宁二水合物如，香豆素153，荧光素6G，罗丹明101的荧光量子产率。每个方法光量子产率的值可以被推导出来，标准化操作也给出了。这项工作同时又提出了一系列量子产率的评估标准。相似地，Rurack和Spieles最近测量了一系列红外和近红外的吸收和发射范围分别是520-900和600-1000nm的发光染料的荧光量子产率。量子产率的测量和国际标准与技术协会的标准参考物硫酸奎宁比较起来，因为使用链转移标准染料的所以有可追溯性特征荧光。近来，由于积分联用多通道光谱仪的绝对值测定法，荧光和磷光量子产率标准受到了挑战。测定镧系配合物和有机晶体的绝对发射量子产率的技术层面已经同过测验。对于镧系配合物需要注意他们的吸收谱和发射谱比较狭窄。荧光相关光谱学以波动为基础的技术，包括荧光相关光谱学以及它串联的方法，包括双色互相关、全内反射荧光相关性和荧光终身关联能谱法继续受到大量的关注。这个主题的范围远比这个空间能覆盖的大得多。两篇强调这项技术的应用的信息评论文章第一次有了数量有限的注重仪器的典型报告的跟进。FCS是一项强有力地技术，它能准确探测动力、局部浓度以及体内外单分子的光物理学。Schwille和他的同事们评估了FCS和荧光互相关光谱学（FCCS）的应用和潜力。现实问题和在执行测量活细胞时发现的伪影的来源都被讨论。光谱重叠导致的串音会降低FCS的准确性，还会限制它的潜在应用。为了克服这一缺点，Leeetal.为光谱双色自由串音FCCS开发了一种仪器。两条光谱清晰的荧光索（Cy3和IRD800）同时被两个不同的激发光源(532和780nm)激发，荧光信息经两个不同的色彩通道处理，同时被单光子雪崩二极管(SPADs)监控。无色串音（交叉激发和/或交叉发射）和/或荧光共振能量转移(FRET)被观察到，这显著提高了数据的准确性。FCS可以再商业仪器上执行，这使得该项技术更易接近。下面有两个例子。全部的内部反射荧光相关光谱学(TIR-FCS)在生物、物理和物质科学上都有很多应用。然而，TIR-FCS的使用仍然有很大的局限性，因为它需要一个复杂的内部结构的光路，而它的装配和调试是不同的。不用做商业的仪器是可利用的，但Yordanovetal.证明适当的共焦荧光相关光谱学的商业设备和全内部反射显微镜检查的结合可能会使TIR-FCS不需要很多特殊光学校准。调试功能通过测量单一燃料分子和接近水-玻璃界面的量子点的扩散系数得到证明。虽然实际上FCS是通过使用模拟探测器发展起来，但现在有一种普遍的观点相信光子计数探测器和雪崩二极管是完成FCS实验的要素。然而，使用模拟探测器和商业显微镜做FCS是有可能的。Moensetal.报道了FCS，光栅图像相关光谱和一个用模拟探测器(NikonC1)看到的商业共焦激光探测显微镜上的数字和亮度。作者记录到每种仪器具有其特性，这需要在其用做FCS之前被了解。谨慎在选择获得参数来阻止检测器噪声可能引发的伪影是应该要具备的。单分子荧光。单分子成像报告的数目每年都以近乎指数式的方式增加。在最近一次检查中，Moerner和同事们探讨了活细胞中的生物分子的单分子光谱和成像。在这增长的领域中难以全面地调查。以下仅包括一些近期的亮点。单分子荧光光谱首次在接近绝对0℃条件下被演示，但是现在包括了室温和活体体内的观察。在37度以上的测试比较困难。和大数值孔径镜头一起使用的折射率匹配液体会从样品到镜头之间进行加热，损坏镜头。Schwartz等人克服了这个困难，他们采用直径2um和高反射率的胶体TiO2作为在70度实时测量嗜中温和嗜热酶单分子的镜头。Xie等人用垂直对齐的二氧化硅纳米柱达到对体外或体内细胞衍射极限以下的观测。高度限制的照明值可以做到在高荧光浓度下对体外单分子的探测。同时，垂直的纳米柱与活细胞紧密连接并且作为细胞内的定位光源。单分子的定位与追踪得到更多的关注。Moerner和同事报告一个宽场荧光显微镜，展示一个双螺旋点扩散函数（DH-PSF）用于三维纳米级定位（x，y和z的定位能力为10纳米）和暗淡的单一发射器。水溶液中的单量子点和三维结构活体细