Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Флуоресцентные минералы излучают видимый свет при воздействии ультрафиолета .
Флуоресцентные морские организмы
Флуоресцентная одежда, используемая в постановке театра черного света , Прага

Флуоресценция - это испускание света веществом, которое поглотило свет или другое электромагнитное излучение . Это форма свечения . В большинстве случаев излучаемый свет имеет большую длину волны и, следовательно, меньшую энергию, чем поглощенное излучение. Самый яркий пример флуоресценции происходит, когда поглощенное излучение находится в ультрафиолетовой области спектра и, таким образом, невидимо для человеческого глаза, в то время как излучаемый свет находится в видимой области, что придает флуоресцентному веществу отчетливый цвет, который можно увидеть. только при воздействии ультрафиолета. Флуоресцентные материалы перестают светиться почти сразу после прекращения действия источника излучения, в отличие от фосфоресцентных материалов, которые продолжают излучать свет в течение некоторого времени после этого.

Флуоресценция имеет множество практических приложений, включая минералогию , геммологию , медицину , химические сенсоры ( флуоресцентная спектроскопия ), флуоресцентная маркировка , красители , биологические детекторы, обнаружение космических лучей, вакуумные флуоресцентные дисплеи и электронно-лучевые трубки . Его наиболее распространенное повседневное применение - энергосберегающие люминесцентные лампы и светодиодные лампы , где флуоресцентные покрытия используются для преобразования коротковолнового УФ-света или синего света в более длинноволновый желтый свет, имитируя теплый свет энергосберегающих ламп накаливания..

Флуоресценция также часто встречается в природе у некоторых минералов и во многих биологических формах во всех царствах жизни. Иногда это называют биофлуоресценцией, чтобы указать, что флуорофор происходит от живого организма (в отличие от искусственного добавления красителя или красителя ). Однако во многих случаях вещество может быть флуоресцентным, даже если организм мертв, поэтому флуоресценция все еще является предпочтительным термином.

История [ править ]

Чашка Lignum nephriticum, изготовленная из древесины дерева нарра ( Pterocarpus indicus ), и колба, содержащая его флуоресцентный раствор.
Матлалин, флуоресцентное вещество в древесине дерева Eysenhardtia polystachya

Раннее наблюдение флуоресценции было описано в 1560 году Бернардино де Саагун и в 1565 году Николасом Монардесом в настое, известном как lignum nephriticum ( латинское «почки»). Он был получен из древесины двух видов деревьев, Pterocarpus indicus и Eysenhardtia polystachya . [1] [2] [3] [4] Химическим соединением, ответственным за эту флуоресценцию, является матлалин, который является продуктом окисления одного из флавоноидов, обнаруженных в этой древесине. [1]

В 1819 году Эдвард Д. Кларк [5] и в 1822 Гаюи [6] описаны флуоресценцию в флюоритах , сэр Дэвид Брюстер описал явление для хлорофилла в 1833 году [7] , и сэр Джон Гершель сделал то же самое для хинина в 1845. [ 8] [9]

В своей статье 1852 года об "преломляемости" ( изменении длины волны ) света Джордж Габриэль Стокс описал способность плавикового шпата и уранового стекла превращать невидимый свет за пределами фиолетового конца видимого спектра в синий свет. Он назвал это явление флуоресценцией  : «Я почти склонен придумать слово и назвать внешний вид флуоресценцией от флюоритового шпата [то есть флюорита], поскольку аналогичный термин опалесценция происходит от названия минерала». [10] Название произошло от минерального флюорита (дифторид кальция), некоторые примеры которого содержат следы двухвалентного европия., который служит флуоресцентным активатором для излучения синего света. В ключевом эксперименте он использовал призму, чтобы изолировать ультрафиолетовое излучение от солнечного света, и наблюдал синий свет, излучаемый этанольным раствором хинина, экспонируемым им. [11]

Физические принципы [ править ]

Механизм [ править ]

Флуоресценция возникает, когда возбужденная молекула, атом или наноструктура релаксирует в более низкое энергетическое состояние (возможно, в основное состояние ) посредством испускания фотона . Он мог быть непосредственно возбужден из основного состояния S 0 в синглетное состояние [ сомнительно ] [12] S 2 из основного состояния путем поглощения фотона энергии, а затем испускать фотон с более низкой энергией, когда он релаксирует до состояние S 1 :

  • Возбуждение:
  • Флуоресценция (эмиссия):

В каждом случае энергия фотона пропорциональна его частоте согласно , где - постоянная Планка . Конечное состояние S 1 , если не основное состояние, может затем потерять оставшуюся энергию из-за дальнейшего флуоресцентного излучения и / или безызлучательной релаксации, при которой энергия рассеивается в виде тепла ( фононы ). Когда возбужденное состояние является метастабильным (долгоживущим) состоянием, тогда этот флуоресцентный переход скорее называется фосфоресценцией . Релаксация из возбужденного состояния может также происходить путем передачи части или всей своей энергии второй молекуле посредством взаимодействия, известного как тушение флуоресценции . Молекулярный кислород (O 2 ) является чрезвычайно эффективным гасителем флуоресценции только из-за его необычного триплетного основного состояния. Во всех случаях излучаемый свет имеет более низкую энергию (более низкая частота, большая длина волны), чем поглощенное излучение; разница в этих энергиях известна как стоксов сдвиг . В некоторых случаях при интенсивном освещении один электрон может поглотить два фотона, что позволяет испускать излучение с более высокой энергией фотонов (более короткой длиной волны), чем поглощенное излучение; такое двухфотонное поглощениене называется флуоресценцией. Молекула, которая возбуждается в результате поглощения света или другого процесса (например, в результате химической реакции), может передавать свою энергию второй «сенсибилизированной» [ требуется уточнение ] молекуле, переводя ее в возбужденное состояние, из которого она затем флуоресцирует.

Квантовый выход [ править ]

Квантовый выход флуоресценции дает эффективность процесса флуоресценции. Он определяется как отношение количества излучаемых фотонов к количеству поглощенных фотонов. [13] [14]

Максимально возможный квантовый выход флуоресценции составляет 1,0 (100%); каждый поглощенный фотон приводит к испусканию фотона. Соединения с квантовым выходом 0,10 до сих пор считаются достаточно флуоресцентными. Другой способ определить квантовый выход флуоресценции - это скорость распада возбужденного состояния:

где - константа скорости спонтанного излучения излучения, а

представляет собой сумму всех скоростей распада возбужденного состояния. Другие скорости распада возбужденного состояния вызваны механизмами, отличными от испускания фотонов, и поэтому их часто называют «безызлучательными скоростями», которые могут включать: динамическое столкновительное гашение, диполь-дипольное взаимодействие в ближнем поле (или резонансный перенос энергии ) внутреннее преобразование и межсистемное пересечение . Таким образом, если скорость любого пути изменяется, это повлияет как на время жизни возбужденного состояния, так и на квантовый выход флуоресценции.

Квантовые выходы флуоресценции измеряются путем сравнения со стандартом. Хинин соль хинин сульфат в серной кислоте раствора считается наиболее распространенным стандартом флуоресценции, [15] Однако, недавнее исследование показало , что квантовый выход флуоресценции данного раствора не сильно зависят от температуры, и больше не должен быть использован в качестве стандартное решение. Хинин в 0,1 М хлорной кислоте (Φ = 0,60) не имеет температурной зависимости до 45 ° C, поэтому его можно рассматривать как надежный стандартный раствор. [16]

Срок службы [ править ]

Диаграмма Яблонского . После того как электрон поглощает фотон высокой энергии, система возбуждается электронным и колебательным образом. Система вибрационно расслабляется и в конечном итоге флуоресцирует на более длинной волне.

Время жизни флуоресценции относится к среднему времени, в течение которого молекула остается в возбужденном состоянии перед испусканием фотона. Флуоресценция обычно следует кинетике первого порядка :

где - концентрация молекул в возбужденном состоянии в момент времени , - начальная концентрация и - скорость затухания или величина, обратная времени жизни флуоресценции. Это пример экспоненциального затухания . Различные радиационные и неизлучающие процессы могут освободить возбужденное состояние. В таком случае общая скорость распада является суммой по всем скоростям: Γ {\displaystyle \Gamma }

где - полная скорость распада, скорость радиационного распада и скорость безызлучательного распада. Это похоже на химическую реакцию первого порядка, в которой константа скорости первого порядка является суммой всех скоростей (параллельная кинетическая модель). Если скорость спонтанного излучения или любая другая скорость высока, время жизни невелико. Для обычно используемых флуоресцентных соединений типичное время затухания возбужденного состояния для излучения фотонов с энергией от УФ до ближнего инфракрасного диапазона находится в диапазоне от 0,5 до 20 наносекунд . Время жизни флуоресценции является важным параметром для практических применений флуоресценции, таких как резонансный перенос энергии флуоресценции имикроскопия изображения времени жизни флуоресценции .

Диаграмма Яблонского [ править ]

Диаграмма Яблонски описывает большинство механизмов релаксации для возбужденного состояния молекул. На приведенной рядом диаграмме показано, как флуоресценция возникает из-за релаксации определенных возбужденных электронов молекулы. [17]

Анизотропия флуоресценции [ править ]

Флуорофоры с большей вероятностью будут возбуждены фотонами, если момент перехода флуорофора параллелен электрическому вектору фотона. [18] Поляризация излучаемого света также будет зависеть от момента перехода. Момент перехода зависит от физической ориентации молекулы флуорофора. Для флуорофоров в растворе это означает, что интенсивность и поляризация излучаемого света зависят от вращательной диффузии. Следовательно, измерения анизотропии можно использовать для изучения того, насколько свободно флуоресцентная молекула движется в конкретной среде.

Количественно анизотропию флуоресценции можно определить как

где - излучаемая интенсивность, параллельная поляризации возбуждающего света, и - излучаемая интенсивность, перпендикулярная поляризации возбуждающего света. [19]

Fluorence [ править ]

Флуоресцентная защитная полоса на двадцатидолларовой банкноте под УФ-светом

Сильно флуоресцентные пигменты часто имеют необычный вид, который в просторечии описывается как «неоновый цвет» (первоначально «дневной свет» в конце 1960-х - начале 1970-х годов). Это явление было названо Германом фон Гельмгольцем «Фарбенглютом», а Ральфом М. Эвансом - «флуоресценцией». Обычно считается, что это связано с высокой яркостью цвета по сравнению с тем, что он был бы в качестве компонента белого. Флуоресценция смещает энергию падающего света от более коротких длин волн к более длинным (например, от синего к желтому) и, таким образом, может сделать флуоресцентный цвет более ярким (более насыщенным), чем это могло бы быть только при отражении. [20]

Правила [ править ]

Есть несколько общих правил , касающихся флуоресценции. Каждое из следующих правил имеет исключения, но они являются полезными руководящими указаниями для понимания флуоресценции (эти правила не обязательно применимы к двухфотонному поглощению ).

Правило Каши [ править ]

Правило Каша гласит, что квантовый выход люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего излучения. [21] Это происходит потому, что возбужденные молекулы обычно распадаются на нижний колебательный уровень возбужденного состояния до того, как происходит флуоресцентное излучение. Правило Каша – Вавилова не всегда применимо и сильно нарушается во многих простых молекулах. Несколько более надежным утверждением, хотя и с исключениями, было бы то, что спектр флуоресценции очень мало зависит от длины волны возбуждающего излучения. [22]

Правило зеркального отображения [ править ]

Для многих флуорофоров спектр поглощения является зеркальным отображением спектра излучения. [23] Это известно как правило зеркального отображения и связано с принципом Франка-Кондона, который утверждает, что электронные переходы являются вертикальными, то есть изменения энергии без изменения расстояния, что может быть представлено вертикальной линией на диаграмме Яблонского. Это означает, что ядро ​​не движется, а уровни колебаний возбужденного состояния напоминают уровни колебаний основного состояния.

Сдвиг Стокса [ править ]

Обычно излучаемый флуоресцентный свет имеет более длинную волну и меньшую энергию, чем поглощенный свет. [24] Это явление, известное как стоксов сдвиг , связано с потерей энергии между моментом поглощения фотона и испусканием нового. Причины и величина стоксова сдвига могут быть сложными и зависеть от флуорофора и окружающей его среды. Однако есть несколько общих причин. Часто это происходит из-за безызлучательного распада на самый низкий уровень колебательной энергии возбужденного состояния. Другой фактор заключается в том, что испускание флуоресценции часто оставляет флуорофор на более высоком колебательном уровне основного состояния.

В природе [ править ]

Флуоресцентный коралл

Есть много природных соединений, которые проявляют флуоресценцию, и у них есть ряд применений. У некоторых глубоководных животных, таких как зеленый глаз , есть флуоресцентные структуры.

По сравнению с биолюминесценцией и биофосфоресценцией [ править ]

Флуоресценция [ править ]

Флуоресценция - это временное поглощение длин электромагнитных волн видимого спектра флуоресцентными молекулами и последующее излучение света на более низком уровне энергии. Когда это происходит в живом организме, это иногда называют биофлуоресценцией. Это приводит к тому, что излучаемый свет имеет другой цвет, чем поглощаемый свет. Стимулирующий свет возбуждает электрон, поднимая энергию до нестабильного уровня. Эта нестабильность неблагоприятна, поэтому электрон под напряжением возвращается в стабильное состояние почти сразу же, как и становится нестабильным. Этот возврат к стабильности соответствует высвобождению избыточной энергии в виде флуоресцентного света. Это излучение света наблюдается только тогда, когда стимулирующий свет все еще обеспечивает свет для организма / объекта и обычно желтый, розовый, оранжевый, красный, зеленый или фиолетовый. Флуоресценцию часто путают со следующими формами биотического света, биолюминесценции и биофосфоресценции. [25] Тыквенные жабы, обитающие в бразильских атлантических лесах, светятся светом. [26]

Биолюминесценция [ править ]

Биолюминесценция отличается от флуоресценции тем, что это естественное производство света в результате химических реакций внутри организма, тогда как флуоресценция - это поглощение и переизлучение света из окружающей среды. [25] Светлячки и удильщики - два примера биолюминесцентных организмов. [27] Чтобы добавить к потенциальной путанице, некоторые организмы являются биолюминесцентными и флуоресцентными, например, морские анютины глазки Renilla reniformis , где биолюминесценция служит источником света для флуоресценции. [28]

Фосфоресценция [ править ]

Фосфоресценция похожа на флуоресценцию в том, что она требует длин волн света в качестве источника энергии возбуждения. Разница здесь заключается в относительной стабильности электрона под напряжением. В отличие от флуоресценции, при фосфоресценции электрон сохраняет стабильность, испуская свет, который продолжает «светиться в темноте» даже после того, как источник стимулирующего света был удален. [25] Например, светящиеся в темноте наклейки фосфоресцируют, но по-настоящему биофосфоресцентных животных не известно. [29]

Механизмы [ править ]

Эпидермальные хроматофоры [ править ]

Пигментные клетки, которые проявляют флуоресценцию, называются флуоресцентными хроматофорами и функционируют соматически подобно обычным хроматофорам . Эти клетки являются дендритными и содержат пигменты, называемые флуоросомами. Эти пигменты содержат флуоресцентные белки, которые активируются ионами K + (калия), и именно их движение, агрегация и дисперсия внутри флуоресцентного хроматофора вызывают направленное формирование паттерна флуоресценции. [30] [31] Флуоресцентные клетки иннервируются так же, как и другие хроматофоры, такие как меланофоры, пигментные клетки, содержащие меланин . Кратковременное формирование флуоресцентного паттерна и передача сигналов контролируются нервной системой. [30] Флуоресцентные хроматофоры можно найти в коже (например, у рыб) чуть ниже эпидермиса, среди других хроматофоров.

Эпидермальные флуоресцентные клетки рыб также реагируют на гормональные стимулы с помощью гормонов α – MSH и MCH во многом так же, как и меланофоры. Это говорит о том, что флуоресцентные клетки могут менять цвет в течение дня, что совпадает с их циркадным ритмом . [32] Рыбы также могут быть чувствительны к стрессовым реакциям, вызванным кортизолом , на раздражители окружающей среды, такие как взаимодействие с хищником или участие в брачном ритуале. [30]

Филогенетика [ править ]

Эволюционное происхождение [ править ]

Распространение флуоресценции на дереве жизни широко распространено и наиболее широко изучено у книдарий и рыб. Это явление, по-видимому, неоднократно развивалось в нескольких таксонах, таких как anguilliformes (угри), gobioidei (бычки и кардиналы) и tetradontiformes (спинороги), а также в других таксонах, обсуждаемых далее в статье. Флуоресценция в значительной степени генотипически и фенотипически изменчива даже в пределах экосистем в отношении излучаемых длин волн, отображаемых паттернов и интенсивности флуоресценции. Как правило, виды, полагающиеся на маскировку, демонстрируют наибольшее разнообразие флуоресценции, вероятно, потому, что маскировка может быть одним из применений флуоресценции. [33]

Флуоресценция имеет множество источников на древе жизни. На этой диаграмме показано происхождение актиноптеригов (лучеплавниковых рыб).

Некоторые ученые подозревают, что GFP и GFP-подобные белки возникли как доноры электронов, активируемые светом. Эти электроны затем использовались для реакций, требующих световой энергии. Считается, что функции флуоресцентных белков, такие как защита от солнца, преобразование света в волны различной длины или передача сигналов, эволюционировали вторично. [34]

Адаптивные функции [ править ]

В настоящее время относительно мало известно о функциональном значении флуоресценции и флуоресцентных белков. [34] Однако есть подозрение, что флуоресценция может выполнять важные функции в передаче сигналов и коммуникации, спаривании , приманках, маскировке , защите от ультрафиолета и антиоксидантной защите , фотоакклимации, регуляции динофлагеллятов и здоровью кораллов. [35]

Водный [ править ]

Вода поглощает свет с длинными волнами, поэтому меньше света с такими длинами волн отражается назад и достигает глаза. Поэтому теплые цвета из видимого спектра света кажутся менее яркими при увеличении глубины. Вода рассеивает свет с более короткими длинами волн выше фиолетового, что означает, что более холодные цвета доминируют в поле зрения в фотической зоне.. Интенсивность света уменьшается в 10 раз с каждыми 75 м глубины, поэтому на глубине 75 м свет на 10% такой же интенсивный, как на поверхности, и только на 1% на 150 м, как на поверхности. Поскольку вода отфильтровывает длины волн и интенсивность воды, достигая определенной глубины, разные белки из-за длины волны и интенсивности света, которые они способны поглощать, лучше подходят для разных глубин. Теоретически некоторые рыбьи глаза могут улавливать свет на глубине до 1000 м. На этих глубинах афотической зоны единственными источниками света являются сами организмы, испускающие свет посредством химических реакций в процессе, называемом биолюминесценцией.

Флуоресценция просто определяется как поглощение электромагнитного излучения на одной длине волны и его повторное излучение на другой, более низкой длине волны. [33] Таким образом, любой тип флуоресценции зависит от наличия внешних источников света. Биологически функциональная флуоресценция обнаруживается в фотической зоне, где не только достаточно света, чтобы вызвать флуоресценцию, но и достаточно света, чтобы другие организмы могли ее обнаружить. [36]Поле зрения в фотической зоне естественно синее, поэтому цвета флуоресценции могут быть обнаружены как ярко-красные, оранжевые, желтые и зеленые. Зеленый - наиболее часто встречающийся цвет в морском спектре, желтый - второй, оранжевый - третий, а красный - самый редкий. Флуоресценция может возникать у организмов в афотической зоне как побочный продукт биолюминесценции того же организма. Некоторая флуоресценция в афотической зоне является просто побочным продуктом биохимии тканей организма и не имеет функционального назначения. Однако некоторые случаи функционального и приспособительного значения флуоресценции в афотической зоне глубоководного океана являются активной областью исследований. [37]

Фотическая зона [ править ]

Рыба [ править ]
Флуоресцентные морские рыбы

Костные рыбы, обитающие на мелководье, обычно имеют хорошее цветовое зрение из-за того, что живут в красочной среде. Таким образом, в мелководных рыб, красный, оранжевый и зеленой флуоресценции , скорее всего , служит средством общения с сородичами , особенно учитывая большой фенотипической дисперсии явления. [33]

Многие рыбы, обладающие флуоресценцией, такие как акулы , ящерицы , скорпионы , губаны и камбалы , также обладают желтыми внутриглазными фильтрами. [38] Желтые внутриглазные фильтры в линзах и роговице некоторых рыб действуют как фильтры с длинным проходом. Эти фильтры позволяют видам, которые визуализируют и потенциально используют флуоресценцию, чтобы усилить визуальный контраст и паттерны, невидимые для других рыб и хищников, которым не хватает этой визуальной специализации. [33]Рыбы, которые обладают необходимыми желтыми внутриглазными фильтрами для визуализации флуоресценции, потенциально используют световой сигнал от ее членов. Флуоресцентный узор был особенно заметен у рыб с загадочным рисунком и сложным камуфляжем. Многие из этих линий также обладают желтыми интраокулярными фильтрами с длинным проходом, которые позволяют визуализировать такие паттерны. [38]

Еще одно адаптивное использование флуоресценции - генерировать оранжевый и красный свет из окружающего синего света фотической зоны для улучшения зрения. Красный свет можно увидеть только на небольших расстояниях из-за ослабления волн красного света водой. [39] Многие виды рыб, которые флюоресцируют, являются небольшими, живут группами или бентосными / афотными, и имеют заметный рисунок. Этот паттерн вызван флуоресцентной тканью и виден другим представителям вида, однако паттерн невидим в других визуальных спектрах. Эти внутривидовые флуоресцентные паттерны также совпадают с внутривидовой передачей сигналов. Узоры присутствуют в окулярных кольцах, чтобы указать направленность взгляда человека, и вдоль плавников, чтобы указать направленность движения человека. [39]Текущие исследования предполагают, что эта красная флуоресценция используется для личного общения между представителями одного и того же вида. [30] [33] [39] Из-за преобладания синего света на глубинах океана красный свет и свет с более длинными волнами смешаны, и многие хищные рифовые рыбы практически не чувствительны к свету с такими длинами волн. Такие рыбы, как сказочный губан, которые развили зрительную чувствительность к более длинным волнам, способны отображать красные флуоресцентные сигналы, которые дают высокий контраст с синей окружающей средой и заметны для сородичей на коротких расстояниях, но при этом относительно невидимы для других обычных рыб, которые уменьшились. чувствительность к длинным волнам. Таким образом, флуоресценция может использоваться как адаптивная сигнализация и внутривидовая коммуникация у рифовых рыб. [39][40]

Кроме того, предполагается, что флуоресцентные ткани, которые окружают глаза организма, используются для преобразования синего света из фотической зоны или зеленой биолюминесценции в афотической зоне в красный свет для улучшения зрения. [39]

Акулы [ править ]

Новый флуорофор был описан у двух видов акул, причем он возник из-за неописанной группы бромированных метаболитов малых молекул триптофан-кинуренина. [41]

Коралл [ править ]

Флуоресценция у кораллов выполняет самые разные функции. Флуоресцентные белки кораллов могут вносить свой вклад в фотосинтез, преобразовывая в ином случае неиспользуемые длины волн света в те, для которых симбиотические водоросли кораллов способны проводить фотосинтез . [42] Кроме того, количество белков может меняться по мере того, как больше или меньше света становится доступным для фотоакклимации. [43] Точно так же эти флуоресцентные белки могут обладать антиоксидантной способностью устранять кислородные радикалы, образующиеся в процессе фотосинтеза. [44] Наконец, посредством модуляции фотосинтеза флуоресцентные белки могут также служить средством регулирования активности фотосинтезирующих водорослей-симбионтов кораллов. [45]

Головоногие моллюски [ править ]

Alloteuthis subulata и Loligo vulgaris , два типа почти прозрачных кальмаров, имеют флуоресцентные пятна над глазами. Эти пятна отражают падающий свет, который может служить средством маскировки, а также сигналом для других кальмаров для целей обучения. [46]

Медуза [ править ]
Aequoria victoria , биофлуоресцентная медуза, известная своим GFP

Другой, хорошо изученный пример флуоресценции в океане - гидрозойная Aequorea victoria . Эта медуза обитает в фотической зоне у западного побережья Северной Америки и была определена Осаму Шимомурой как носитель зеленого флуоресцентного белка (GFP) . Ген этих зеленых флуоресцентных белков был изолирован и имеет важное научное значение, поскольку он широко используется в генетических исследованиях для определения экспрессии других генов. [47]

Креветка-богомол [ править ]

Некоторые виды креветок-богомолов , которые являются ракообразными- стоматоподами , в том числе Lysiosquillina glabriuscula , имеют желтые флуоресцентные метки вдоль их усиков и панциря.(панцирь), который самцы представляют во время показа угрозы хищникам и другим самцам. Изображение включает в себя поднятие головы и грудной клетки, распространение ярких придатков и других челюстей, а также расширение выступающих овальных чешуек усиков вбок, что делает животное более крупным и подчеркивает его желтые флуоресцентные отметины. Более того, с увеличением глубины флуоресценция креветок-богомолов составляет большую часть доступного видимого света. Во время брачных ритуалов креветки-богомолы активно флуоресцируют, и длина волны этой флуоресценции соответствует длинам волн, обнаруживаемых их пигментами глаз. [48]

Афотическая зона [ править ]

Сифонофоры [ править ]

Сифонофоры является порядком морских животных из филы Hydrozoa , состоящая из специализированной медузоидной и полипа особи . Некоторые сифонофоры, в том числе род Erenna, обитающие в афотической зоне между глубинами 1600 и 2300 м, демонстрируют флуоресценцию от желтого до красного в фотофорах их щупальцевидных тентилл . Эта флуоресценция возникает как побочный продукт биолюминесценции этих же фотофоров. Сифонофоры демонстрируют флуоресценцию в виде мигающего рисунка, который используется в качестве приманки для привлечения добычи. [49]

Dragonfish [ править ]

Хищная глубоководной Dragonfish Malacosteus Niger , тесно связанного родом Aristostomias и виды Pachystomias microdon использовать флуоресцентные пигменты красного аксессуара , чтобы преобразовать синий свет , излучаемый от их собственной биолюминесценции на красный свет от суборбитального фотофора . Это красное свечение невидимо для других животных, что дает этим рыбам-драконам дополнительный свет на темных океанских глубинах, не привлекая и не сигнализируя о хищниках. [50]

Наземный [ править ]

Амфибии [ править ]

Флуоресцентная древесная лягушка в горошек под УФ-светом

Флуоресценция широко распространена среди земноводных и была задокументирована у нескольких семейств лягушек , саламандр и цецилий , но ее степень сильно варьируется. [51]

Квакш горошек ( Hypsiboas punctatus ), широко распространены в Южной Америке, был случайно обнаружен быть первым флуоресцентный амфибия в 2017. флуоресценция была прослежена новое соединение , содержащееся в лимфатических и кожных желез. [52] Основным флуоресцентным соединением является гилоин-L1, которое дает сине-зеленое свечение при воздействии фиолетового или ультрафиолетового света . Авторы открытия предположили, что флуоресценцию можно использовать для общения. Они предположили, что флуоресценция, возможно, относительно широко распространена среди лягушек. [53] Всего несколько месяцев спустя флуоресценция была обнаружена у близкородственного Hypsiboas atlanticus.. Поскольку это связано с выделениями кожных желез, они также могут оставлять флюоресцентные метки на поверхностях, где они были. [54]

В 2019 году у двух других лягушек, крошечной тыквенной жабы ( Brachycephalus ephippium ) и красной тыквенной жабы ( B. pitanga ) на юго-востоке Бразилии, были обнаружены естественные флуоресцентные скелеты, которые видны сквозь их кожу при воздействии ультрафиолетового света. [55] [56] Первоначально предполагалось, что флуоресценция дополняла их уже апосематические цвета (они токсичны) или что это было связано с выбором партнера ( распознавание вида или определение пригодности потенциального партнера), [55]но более поздние исследования показывают, что первое объяснение маловероятно, поскольку на попытки хищничества поганок, похоже, не влияет наличие / отсутствие флуоресценции. [57]

В 2020 году было подтверждено, что зеленая или желтая флуоресценция широко распространена не только у взрослых лягушек, подвергающихся воздействию синего или ультрафиолетового света, но также у головастиков , саламандр и цецилий. Степень сильно варьируется в зависимости от вида; у одних он очень отчетливый, у других - едва заметный. Это может быть связано с пигментацией кожи, слизистых или костей. [51]

Бабочки [ править ]

У бабочек- парусников ( Papilio ) сложная система излучения флуоресцентного света. Их крылья содержат насыщенные пигментом кристаллы, излучающие направленный флуоресцентный свет. Эти кристаллы лучше всего излучают флуоресцентный свет, когда они поглощают излучение небесно-голубого света (длина волны около 420 нм). Длины волн света, которые бабочки видят лучше всего, соответствуют поглощению кристаллов в крыльях бабочки. Скорее всего, это работает для повышения способности передачи сигналов. [58]

Попугаи [ править ]

У попугаев флуоресцентное оперение, которое может использоваться для передачи сигналов самцу. Исследование с использованием экспериментов по выбору партнера на волнистых попугайчиках ( Melopsittacus undulate ) обнаружило убедительную поддержку флуоресцентной сексуальной сигнализации, причем как самцы, так и самки значительно предпочитают птиц с флуоресцентным экспериментальным стимулом. Это исследование предполагает, что флуоресцентное оперение попугаев - это не просто побочный продукт пигментации , а адаптированный половой сигнал. Учитывая сложность путей, которые производят флуоресцентные пигменты, могут потребоваться значительные затраты. Следовательно, люди, демонстрирующие сильную флуоресценцию, могут быть честными индикаторами высокого качества, поскольку они могут справиться с соответствующими затратами.[59]

Паукообразные [ править ]

Флуоресцентный скорпион

Пауки флуоресцируют в УФ-свете и обладают огромным разнообразием флуорофоров. Примечательно, что пауки - единственная известная группа, в которой флуоресценция «таксономически широко распространена, вариабельно выражена, эволюционно лабильна и, вероятно, находится в процессе отбора и потенциально имеет экологическое значение для внутривидовой и межвидовой передачи сигналов». В исследовании Andrews et al. (2007) показывают, что флуоресценция развивалась несколько раз в разных таксонах пауков, при этом новые флуорофоры развивались во время диверсификации пауков. У некоторых пауков ультрафиолетовые сигналы важны для взаимодействия хищник-жертва, внутривидового общения и маскировки с помощью соответствующих флуоресцентных цветов. Различные экологические условия могут способствовать ингибированию или усилению экспрессии флуоресценции,в зависимости от того, помогает ли флуоресценция паукам быть загадочными или делает их более заметными для хищников. Следовательно, естественный отбор может влиять на выражение флуоресценции у разных видов пауков.[60]

Скорпионы также флуоресцируют из-за присутствия бета-карболина в их кутикуле. [61]

Утконос [ править ]

В 2020 г. флуоресценция наблюдалась у нескольких экземпляров утконоса. [62]

Растения [ править ]

Многие растения являются флуоресцентными из-за присутствия хлорофилла , который, вероятно, является наиболее широко распространенной флуоресцентной молекулой, производящей красное излучение в диапазоне длин волн возбуждения. [63] Этот атрибут хлорофилла обычно используется экологами для измерения эффективности фотосинтеза. [64]

Халапа Mirabilis цветок содержит фиолетовый, флуоресцентное betacyanins и желтое, флуоресцентное betaxanthins. В белом свете части цветка, содержащие только бетаксантины, кажутся желтыми, но в областях, где присутствуют как бетаксантины, так и бетацианины, видимая флуоресценция цветка тускнеет из-за внутренних механизмов светофильтрации. Ранее предполагалось, что флуоресценция играет роль в привлечении опылителей , однако позже было обнаружено, что визуальный сигнал флуоресценции незначителен по сравнению с визуальным сигналом света, отраженного цветком. [65]

Abiotic [ править ]

Геммология, минералогия и геология [ править ]

Флуоресценция арагонита

Драгоценные камни , минералы могут иметь характерную флуоресценцию или могут флуоресцировать по-разному в коротковолновом ультрафиолете, длинноволновом ультрафиолете, видимом свете или рентгеновских лучах .

Многие типы кальцита и янтаря будут флуоресцировать в коротковолновом УФ, длинноволновом УФ и видимом свете. Рубины , изумруды и бриллианты демонстрируют красную флуоресценцию в длинноволновом УФ, синем и иногда зеленом свете; алмазы также излучают свет под действием рентгеновского излучения.

Флуоресценция минералов вызывается широким спектром активаторов. В некоторых случаях концентрация активатора должна быть ограничена ниже определенного уровня, чтобы предотвратить гашение флуоресцентного излучения. Кроме того, минерал не должен содержать примесей, таких как железо или медь, чтобы предотвратить гашение возможной флуоресценции. Двухвалентный марганец в концентрациях до нескольких процентов отвечает за красную или оранжевую флуоресценцию кальцита , зеленую флуоресценцию виллемита , желтую флуоресценцию эсперита и оранжевую флуоресценцию волластонита и клиноэдрита . Шестивалентный уран в форме уранилового катиона, Флуоресцирует при всех концентрациях в желто - зеленый, и является причиной флуоресценции минералов , таких как урановые слюдки или andersonite , и, при низкой концентрации, является причиной флуоресценции таких материалов , как некоторые образцы гиалита опал. Трехвалентный хром в низкой концентрации является источником красной флуоресценции рубина . Двухвалентный европий является источником синей флуоресценции в минерале флюорите . Трехвалентные лантаноиды, такие как тербий и диспрозий, являются основными активаторами кремово-желтой флуоресценции, проявляемой иттрофторитом.разновидность минерала флюорита и способствует оранжевой флуоресценции циркона . Пауэллит ( молибдат кальция ) и шеелит (вольфрамат кальция) по своей природе флуоресцируют желтым и синим цветом соответственно. Когда они присутствуют вместе в твердом растворе, энергия передается от вольфрама с более высокой энергией к молибдену с более низкой энергией , так что достаточно низкие уровни молибдена достаточны, чтобы вызвать желтое излучение для шеелита вместо синего. Сфалерит с низким содержанием железа (сульфид цинка), флуоресцирует и фосфоресцирует в различных цветах, под влиянием присутствия различных следов примесей.

Сырая нефть ( нефть ) флуоресцирует в различных цветах: от тускло-коричневого для тяжелых нефтей и смол до ярко-желтоватого и голубовато-белого цвета для очень легких масел и конденсатов. Это явление используется при разведочном бурении для выявления очень малых количеств нефти в буровом шламе и образцах керна.

Органические жидкости [ править ]

Органические растворы , такой антрацен или стильбен , растворенный в бензоле или толуоле , флуоресцируют с ультрафиолетовым или гамма - облучением . Время затухания этой флуоресценции составляет порядка наносекунд, поскольку продолжительность свечения зависит от времени жизни возбужденных состояний флуоресцентного материала, в данном случае антрацена или стильбена. [66]

Сцинтилляция определяется как вспышка света, возникающая в прозрачном материале при прохождении частицы (электрона, альфа-частицы, иона или фотона высокой энергии). Стилбен и его производные используются в сцинтилляционных счетчиках для обнаружения таких частиц. Стилбен также является одной из усиливающих сред, используемых в лазерах на красителях .

Атмосфера [ править ]

Флуоресценция наблюдается в атмосфере, когда воздух подвергается бомбардировке энергичными электронами. В таких случаях, как естественное полярное сияние , ядерные взрывы на большой высоте или эксперименты с ракетной электронной пушкой, образующиеся молекулы и ионы флуоресцентно реагируют на свет. [67]

Общие материалы, которые флуоресцируют [ править ]

  • Витамин B2 флуоресцирует желтым цветом.
  • Вода в тонике флюоресцирует синим цветом из-за присутствия хинина .
  • Highlighter чернила часто флуоресцентный из - за наличия pyranine .
  • Банкноты , почтовые марки и кредитные карты часто имеют флуоресцентные элементы защиты.

В новых технологиях [ править ]

В августе 2020 года исследователи сообщили о создании самых ярких на сегодняшний день флуоресцентных твердых оптических материалов, позволяющих передавать свойства высоко флуоресцентных красителей посредством пространственной и электронной изоляции красителей путем смешивания катионных красителей с анион-связывающими макроциклами cyanostar . По словам соавтора, эти материалы могут найти применение в таких областях, как сбор солнечной энергии, биоимиджинг и лазеры. [68] [69] [70] [71]

Приложения [ править ]

Освещение [ править ]

Флуоресцентная краска и пластик освещаются УФ-лампами . Картины Beo Beyond

Обычная люминесцентная лампа основана на флуоресценции. Внутри стеклянной трубки частичный вакуум и небольшое количество ртути . Электрический разряд в трубке заставляет атомы ртути излучать в основном ультрафиолетовый свет. Трубка покрыта покрытием из флуоресцентного материала, называемого люминофором , который поглощает ультрафиолетовый свет и повторно излучает видимый свет. Флуоресцентное освещение более энергоэффективно, чем лампы накаливания . Однако из-за неравномерного спектра традиционных люминесцентных ламп некоторые цвета могут выглядеть иначе, чем при освещении лампами накаливания или дневным светом.. В спектре излучения паров ртути преобладает коротковолновая УФ-линия с длиной волны 254 нм (которая обеспечивает большую часть энергии люминофорам), сопровождаемую излучением видимого света с длиной волны 436 нм (синий), 546 нм (зеленый) и 579 нм ( желто-оранжевый). Эти три линии можно наблюдать наложенными на белый континуум с помощью ручного спектроскопа для света, излучаемого обычными белыми люминесцентными лампами. Эти же видимые линии, сопровождаемые эмиссионными линиями трехвалентного европия и трехвалентного тербия, а также сопровождаемые эмиссионным континуумом двухвалентного европия в синей области, составляют более прерывистое световое излучение современных трехцветных люминофорных систем, используемых во многих компактных люминесцентных лампах. и традиционные лампы, где целью является лучшая цветопередача. [72]

Люминесцентные лампы были впервые представлены публике на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году . С тех пор улучшения заключались в основном в улучшении люминофоров, увеличении срока службы и более стабильном внутреннем разряде, а также в более простых в использовании формах (например, компактных люминесцентных лампах). Некоторые лампы с высокоинтенсивным разрядом (HID) сочетают в себе еще больший электрический КПД с усилением люминофора для лучшей цветопередачи. [ необходима цитата ]

Белые светоизлучающие диоды (СИД) стали доступны в середине 1990-х годов как светодиодные лампы , в которых синий свет, излучаемый полупроводником, попадает на люминофор, нанесенный на крошечный чип. Комбинация синего света, проходящего через люминофор, и флуоресценции от зеленого до красного из люминофоров дает чистое излучение белого света. [73]

В свечах иногда используются флуоресцентные материалы, которые поглощают свет от хемилюминесцентной реакции и излучают свет другого цвета. [72]

Аналитическая химия [ править ]

Многие аналитические процедуры включают использование флуорометра , обычно с одной длиной волны возбуждения и одной длиной волны обнаружения. Благодаря чувствительности, которую обеспечивает метод, можно измерить концентрации флуоресцентных молекул до 1 части на триллион. [74]

Флуоресценция на нескольких длинах волн может быть обнаружена матричным детектором для обнаружения соединений из потока ВЭЖХ . Кроме того, пластины для ТСХ можно визуализировать, если соединения или красящий реагент являются флуоресцентными. Флуоресценция наиболее эффективна при большем соотношении атомов на более низких энергетических уровнях в распределении Больцмана . Таким образом, повышается вероятность возбуждения и высвобождения фотонов атомами с более низкой энергией, что делает анализ более эффективным.

Спектроскопия [ править ]

Обычно установка флуоресцентного анализа включает в себя источник света, который может излучать свет разных длин волн. В общем, для правильного анализа требуется одна длина волны, поэтому, чтобы избирательно фильтровать свет, он пропускается через монохроматор возбуждения, а затем эта выбранная длина волны проходит через ячейку для образца. После поглощения и повторного излучения энергии может появиться множество длин волн из-за стоксова сдвига и различных электронных переходов . Для их разделения и анализа флуоресцентное излучение пропускается через эмиссионный монохроматор и выборочно регистрируется детектором. [75]

Биохимия и медицина [ править ]

Эндотелиальные клетки под микроскопом с тремя отдельными каналами, маркирующими определенные клеточные компоненты

Флуоресценция в науках о жизни обычно используется как неразрушающий способ отслеживания или анализа биологических молекул с помощью флуоресцентного излучения на определенной частоте, где нет фона от возбуждающего света, поскольку относительно немногие клеточные компоненты являются естественно флуоресцентными ( называется собственной или автофлуоресценцией ). Фактически, белок или другой компонент можно «пометить» с помощью внешнего флуорофора , флуоресцентного красителя, который может быть небольшой молекулой, белком или квантовой точкой, что находит широкое применение во многих биологических приложениях. [76]

Количественное определение красителя выполняется с помощью спектрофлуориметра и находит дополнительные применения в:

Микроскопия [ править ]

  • При сканировании интенсивности флуоресценции в плоскости используется флуоресцентная микроскопия тканей, клеток или субклеточных структур, которая осуществляется путем мечения антитела флуорофором и позволяет антителу найти свой антиген-мишень в образце. Маркировка нескольких антител разными флуорофорами позволяет визуализировать несколько мишеней на одном изображении (несколько каналов). Микроматрицы ДНК - вариант этого.
  • Иммунология: сначала получают антитело, присоединяя флуоресцентную химическую группу, а участки (например, на микроскопическом образце), где связывалось антитело, можно увидеть и даже количественно оценить по флуоресценции.
  • FLIM ( Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy ) может использоваться для обнаружения определенных биомолекулярных взаимодействий, которые проявляются, влияя на время жизни флуоресценции.
  • Клеточная и молекулярная биология: обнаружение колокализации с использованием флуоресцентно меченных антител для селективного обнаружения представляющих интерес антигенов с использованием специального программного обеспечения, такого как ImageJ.

Другие техники [ править ]

  • FRET ( резонансный перенос энергии Ферстера , также известный как флуоресцентный резонансный перенос энергии ) используется для изучения взаимодействия белков, обнаружения конкретных последовательностей нуклеиновых кислот и используется в качестве биосенсоров, а время жизни флуоресценции (FLIM) может дать дополнительный уровень информации.
  • Биотехнология: биосенсоры, использующие флуоресценцию, изучаются как возможные флуоресцентные биосенсоры глюкозы .
  • Автоматическое секвенирование ДНК методом обрыва цепи ; каждое из четырех различных оснований, завершающих цепь, имеет свою собственную специфическую флуоресцентную метку. По мере разделения меченых молекул ДНК флуоресцентная метка возбуждается УФ-источником, и идентичность основания, завершающего молекулу, определяется длиной волны излучаемого света.
  • FACS ( сортировка клеток с активацией флуоресценции ). Один из нескольких важных методов сортировки клеток , используемых при разделении различных клеточных линий (особенно выделенных из тканей животных).
  • Обнаружение ДНК: соединение бромистого этидия в водном растворе имеет очень слабую флуоресценцию, поскольку оно подавляется водой. Флуоресценция бромистого этидия значительно усиливается после его связывания с ДНК, поэтому это соединение очень полезно для визуализации расположения фрагментов ДНК при электрофорезе в агарозном геле . Интеркалированный этидий находится в гидрофобной среде, когда он находится между парами оснований ДНК, защищен от гашения водой, которая исключена из локальной среды интеркалированного этидия. Бромистый этидий может быть канцерогенным - возможно, более безопасной альтернативой является краситель SYBR Green .
  • FIGS ( Хирургия под контролем флуоресцентного изображения ) - это метод медицинской визуализации, который использует флуоресценцию для обнаружения должным образом маркированных структур во время операции.
  • Внутрисосудистая флуоресценция - это метод медицинской визуализации на основе катетера, который использует флуоресценцию для обнаружения признаков высокого риска атеросклероза и незаживающих сосудистых стентов. [77] Автофлуоресценция бляшек была использована в первом исследовании коронарных артерий в сочетании с оптической когерентной томографией . [78] Молекулярные агенты также использовались для обнаружения специфических особенностей, таких как накопление фибрина в стенте и ферментативная активность, связанная с воспалением артерий. [79]
  • SAFI (видоизмененная флуоресцентная визуализация) метод визуализации в электрокинетике и микрофлюидике . [80] В нем используются неэлектромигрирующие красители, флуоресценция которых легко подавляется мигрирующими химическими веществами, представляющими интерес. Краситель (-ы) обычно засевают повсюду в потоке, и непосредственно наблюдается дифференциальное гашение их флуоресценции аналитами.
  • Анализы на основе флуоресценции для выявления токсичных химических веществ. Оптические тесты состоят из смеси чувствительных к окружающей среде флуоресцентных красителей и клеток кожи человека, которые генерируют спектры флуоресценции. [81] Такой подход может снизить потребность в лабораторных животных в биомедицинских исследованиях и фармацевтической промышленности.
  • Обнаружение краев костей : образцы, окрашенные ализарином, и некоторые окаменелости можно освещать флуоресцентными лампами, чтобы увидеть анатомические структуры, включая края костей. [82]

Криминалистика [ править ]

Отпечатки пальцев можно визуализировать с помощью флуоресцентных соединений, таких как нингидрин или DFO ( 1,8-диазафлуорен-9-он ). Кровь и другие вещества иногда обнаруживаются флуоресцентными реагентами, такими как флуоресцеин . Волокна и другие материалы, которые могут встречаться в судебно-медицинской экспертизе или иметь отношение к различным предметам коллекционирования , иногда являются флуоресцентными.

Неразрушающий контроль [ править ]

Флуоресцентный проникающий контроль используется для обнаружения трещин и других дефектов на поверхности детали. Отслеживание красителя с использованием флуоресцентных красителей используется для поиска утечек в жидкостных и газовых системах водопровода.

Вывески [ править ]

Флуоресцентные цвета часто используются в вывесках , особенно в дорожных знаках. Флуоресцентные цвета обычно распознаются на большем расстоянии, чем их нефлуоресцентные аналоги, особенно заметен флуоресцентный оранжевый. [83] Это свойство привело к его частому использованию в знаках безопасности и этикетках.

Оптические отбеливатели [ править ]

Флуоресцентные составы часто используются для улучшения внешнего вида ткани и бумаги, вызывая «отбеливающий» эффект. Белая поверхность, обработанная оптическим осветлителем, может излучать больше видимого света, чем тот, который на нее падает, что делает ее ярче. Синий свет, излучаемый осветлителем, компенсирует уменьшение синего цвета обработанного материала и изменяет оттенок с желтого или коричневого на белый. Оптические отбеливатели используются в стиральных порошках, бумаге высокой яркости, косметике, яркой одежде и многом другом.

См. Также [ править ]

  • В атомных линейных фильтрах с поглощением и реэмиссией используется явление флуоресценции для чрезвычайно эффективной фильтрации света.
  • Черный свет
  • Краска Blacklight
  • Бирка, активирующая флуоресценцию и меняющая абсорбцию
  • Флуоресцентная корреляционная спектроскопия
  • Хирургия под контролем флуоресцентного изображения
  • Флуоресценция растений
  • Флуоресцентная спектроскопия
  • Флюоресцентная лампа
  • Флуоресцентная многослойная карта
  • Флуоресцентный многослойный диск
  • Флуорометр
  • Одежда повышенной видимости
  • Интегрированный флуорометр
  • Лазер-индуцированная флуоресценция
  • Список источников света
  • Микробиологическое искусство с использованием флуоресцентных бактерий
  • Эффект Мёссбауэра , резонансная флуоресценция гамма-лучей
  • Органические светодиоды могут быть люминесцентными
  • Фосфоресценция
  • Люминофорная термометрия , использование фосфоресценции для измерения температуры.
  • Спектроскопия
  • Двухфотонное поглощение
  • Вибронная спектроскопия
  • Рентгеновская флуоресценция

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Acuña, A. Ulises; Амат-Герри, Франсиско; Морсильо, Пурификасьон; Лирас, Марта; Родригес, Бенхамин (2009). «Структура и формирование флуоресцентного соединения Lignum nephriticum » (PDF) . Органические буквы . 11 (14): 3020–3023. DOI : 10.1021 / ol901022g . PMID  19586062 . Архивировано 28 июля 2013 года (PDF) .
  2. ^ Саффорд, Уильям Эдвин (1916). « Lignum nephriticum » (PDF) . Годовой отчет Попечительского совета Смитсоновского института . Вашингтон: Государственная типография. С. 271–298.
  3. ^ Valeur, B .; Берберан-Сантос, MRN (2011). «Краткая история флуоресценции и фосфоресценции до появления квантовой теории». Журнал химического образования . 88 (6): 731–738. Bibcode : 2011JChEd..88..731V . DOI : 10.1021 / ed100182h . S2CID 55366778 . 
  4. ^ Muyskens, M .; Эд Витц (2006). «Флуоресценция Lignum nephriticum : воспоминание о прошлом и простая демонстрация флуоресценции природных веществ». Журнал химического образования . 83 (5): 765. Bibcode : 2006JChEd..83..765M . DOI : 10.1021 / ed083p765 .
  5. ^ Кларк, Эдвард Дэниел (1819). «Отчет о недавно обнаруженной разновидности зеленого плавикового лонжерона очень необычной красоты и с замечательными свойствами цвета и фосфоресценции» . Анналы философии . 14 : 34–36. Архивировано 17 января 2017 года. Более мелкие кристаллы совершенно прозрачны. Их цвет в проходящем свете - интенсивный изумрудно-зеленый ; но в отраженном свете цвет становится глубоким сапфирово-синим
  6. ^ Гаюи лишь повторяет наблюдение Кларка относительно цвета образца флюоритакоторый он (Кларк) были рассмотрены: Гаюи, Трактат Minéralogie , 2 изд. (Париж, Франция: Башелье и Юзар, 1822), т. 1, стр. 512 Архивировано 17 января 2017 года в Wayback Machine . Флюорит Хёи назвал «chaux fluatée»: «... фиолетовое отражение, и зеленоватое отражение в Дербишире». ([цвет флюорита] фиолетовый при отражении и зеленоватый при пропускании в [образцы из] Дербишира.)
  7. ^ Брюстер, Дэвид (1834). «О цветах природных тел» . Труды Королевского общества Эдинбурга . 12 (2): 538–545. DOI : 10.1017 / s0080456800031203 . Архивировано 17 января 2017 года. На странице 542 Брюстер упоминает, что когда белый свет проходит через спиртовой раствор хлорофилла, от него отражается красный свет.
  8. ^ Гершель, Джон (1845). «На случай поверхностного цвета, представленного однородной жидкостью, внутренне бесцветной» . Философские труды Лондонского королевского общества . 135 : 143–145. DOI : 10,1098 / rstl.1845.0004 . Архивировано 24 декабря 2016 года.
  9. ^ Гершель, Джон (1845). «Об эпипелическом рассеянии света, являющееся приложением к статье, озаглавленной« О случае поверхностного цвета, представленного однородной жидкостью, внутренне бесцветной » » . Философские труды Лондонского королевского общества . 135 : 147–153. DOI : 10,1098 / rstl.1845.0005 . Архивировано 17 января 2017 года.
  10. ^ Стокс, GG (1852). «Об изменении преломляемости света» . Философские труды Лондонского королевского общества . 142 : 463–562. DOI : 10,1098 / rstl.1852.0022 . Архивировано 17 января 2017 года.Со страницы 479, сноска: «Я почти склонен придумать слово и назвать внешний вид флуоресценцией от фтор-шпата, поскольку аналогичный термин опалесценция происходит от названия минерала».
  11. ^ Стокс (1852), страницы 472–473. В сноске на странице 473 Стокс признает, что в 1843 году Эдмон Беккерель заметил, что сульфат хининовой кислоты сильно поглощает ультрафиолетовое излучение (т. Е. Солнечное излучение за пределами H-диапазона Фраунгофера в солнечном спектре). См .: Эдмон Беккерель (1843) «Des effets produits sur les corps par les rayons solaires». Архивировано 31 марта 2013 г. в Wayback Machine (О влиянии солнечных лучей на вещества), Comptes rendus , 17  : 882–884; на странице 883 Беккерель цитирует сульфат хининовой кислоты («сульфат ацид де хинина») как сильно поглощающий ультрафиолетовый свет.
  12. ^ Лакович , стр. 1
  13. ^ Лакович , стр. 10
  14. ^ Valeur, Bernard, Berberan-Сантос, Марио (2012). Молекулярная флуоресценция: принципы и применение . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32837-6 . п. 64 
  15. Брауэр, Альберт М. (31 августа 2011 г.). «Стандарты для измерения квантового выхода фотолюминесценции в растворах (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 83 (12): 2213–2228. DOI : 10.1351 / PAC-REP-10-09-31 . ISSN 1365-3075 . 
  16. ^ Навара, Кшиштоф; Валук, Яцек (16 апреля 2019 г.). «Прощай, хинин в растворах серной кислоты как стандарт выхода флуоресценции» . Аналитическая химия . 91 (8): 5389–5394. DOI : 10.1021 / acs.analchem.9b00583 . ISSN 0003-2700 . 
  17. ^ "Анимация принципа флуоресценции и поглощения в УФ-видимом диапазоне". Архивировано 9 июня 2013 г. в Wayback Machine . PharmaXChange.info .
  18. ^ Lakowicz , стр. 12-13
  19. ^ Valeur, Bernard, Berberan-Сантос, Марио (2012). Молекулярная флуоресценция: принципы и применение . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32837-6 . п. 186 
  20. ^ Шибер, Франк (октябрь 2001 г.). «Моделирование появления флуоресцентных цветов». Материалы ежегодного собрания Общества по человеческому фактору и эргономике . 45 (18): 1324–1327. DOI : 10.1177 / 154193120104501802 . S2CID 2439728 . 
  21. ^ ИЮПАК . Правило Каши – Вавилова - Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга»). Архивировано 21 марта 2012 года в Wayback Machine . Составлено McNaught, AD и Wilkinson, A. Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1997.
  22. ^ Хай, Q (2017). «Подавление правила Каша как механизма флуоресцентных молекулярных роторов и эмиссии, вызванной агрегацией». Химия природы . 9 (1).
  23. ^ Lakowicz , стр. 6-8
  24. ^ Lakowicz , стр. 6-7
  25. ^ a b c «Флуоресценция морских организмов» . Экспедиции по гештальт-переключению . Архивировано из оригинала 21 февраля 2015 года.
  26. ^ «Флуоресценция обнаружена у крошечных бразильских лягушек» . Бизнес-стандарт Индии . Press Trust of India. 29 марта 2019 . Проверено 30 марта 2019 .
  27. ^ Utsav (2 декабря 2017). «Топ-10 удивительных биолюминесцентных животных на планете Земля» . Земля и мир . Проверено 30 марта 2019 .
  28. ^ Уорд, Уильям У .; Кормье, Милтон Дж. (1978). «ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ ЧЕРЕЗ БЕЛКОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ RENILLA». Фотохимия и фотобиология . 27 (4): 389–396. DOI : 10.1111 / j.1751-1097.1978.tb07621.x .
  29. ^ «Светлячок-кальмар - глубоководные существа на море и в небе» . www.seasky.org . Проверено 30 марта 2019 .
  30. ^ a b c d Wucherer, MF; Михилс, Н.К. (2012). «Флуоресцентный хроматофор изменяет уровень флуоресценции рифовой рыбы» . PLOS ONE . 7 (6): e37913. Bibcode : 2012PLoSO ... 737913W . DOI : 10.1371 / journal.pone.0037913 . PMC 3368913 . PMID 22701587 .  
  31. Перейти ↑ Fujii, R (2000). «Регуляция подвижной активности хроматофоров рыб». Исследование пигментных клеток . 13 (5): 300–19. DOI : 10.1034 / j.1600-0749.2000.130502.x . PMID 11041206 . 
  32. Перейти ↑ Abbott, FS (1973). «Эндокринная регуляция пигментации у рыб» . Интегративная и сравнительная биология . 13 (3): 885–894. DOI : 10.1093 / ICB / 13.3.885 .
  33. ^ а б в г д Спаркс, Дж. С.; Schelly, RC; Смит, WL; Дэвис, член парламента; Чернов, Д .; Pieribone, VA; Грубер, Д.Ф. (2014). Фонтането, Диего (ред.). «Скрытый мир биофлуоресценции рыб: филогенетически широко распространенный и фенотипически изменчивый феномен» . PLOS ONE . 9 (1): e83259. Bibcode : 2014PLoSO ... 983259S . DOI : 10.1371 / journal.pone.0083259 . PMC 3885428 . PMID 24421880 .  
  34. ^ а б Бейер, Штеффен. «Биология подводной флуоресценции» . Fluopedia.org .
  35. ^ Пикша, СХД; Данн, CW (2015). «Флуоресцентные белки действуют как аттрактант добычи: экспериментальные данные, полученные от гидромедузы Olindias formosus и других морских организмов» . Биология открытая . 4 (9): 1094–1104. DOI : 10.1242 / bio.012138 . ISSN 2046-6390 . PMC 4582119 . PMID 26231627 .   
  36. ^ Мазель, Чарльз (2017). «Метод определения вклада флуоресценции в оптическую сигнатуру, с последствиями для постулирования зрительной функции» . Границы морских наук . 4 . DOI : 10.3389 / fmars.2017.00266 . ISSN 2296-7745 . 
  37. ^ Матц, М. «Флуоресценция: секретный цвет глубин» . Управление изучения океана и исследований Национального управления океанических и атмосферных исследований США. Архивировано 31 октября 2014 года.
  38. ^ a b Хайнерманн, П (10 марта 2014 г.). «Желтые внутриглазные фильтры у рыб». Экспериментальная биология . 43 (2): 127–147. PMID 6398222 . 
  39. ^ a b c d e Михилс, Северная Каролина; Anthes, N .; Hart, NS; Херлер, младший; Мейкснер, AJ; Schleifenbaum, F .; Schulte, G .; Siebeck, UE; Sprenger, D .; Wucherer, MF (2008). "Красная флуоресценция у рифовых рыб: новый сигнальный механизм?" . BMC Ecology . 8 : 16. DOI : 10,1186 / 1472-6785-8-16 . PMC 2567963 . PMID 18796150 .  
  40. ^ Герлах, Т; Sprenger, D; Михилс, Н.К. (2014). «Сказочные губаны воспринимают свою темно-красную флуоресцентную окраску и реагируют на нее» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 281 (1787): 20140787. DOI : 10.1098 / rspb.2014.0787 . PMC 4071555 . PMID 24870049 .  
  41. Пак, Хён Бонг; Лам, Йик Чонг; Гаффни, Жан П .; Уивер, Джеймс С.; Кривошик, Сара Роуз; Хамчанд, Рэнди; Пиерибоне, Винсент; Грубер, Дэвид Ф .; Кроуфорд, Джейсон М. (27 сентября 2019 г.). «Ярко-зеленая биофлуоресценция у акул происходит из метаболизма бром-кинуренина» . iScience . 19 : 1291–1336. DOI : 10.1016 / j.isci.2019.07.019 . ISSN 2589-0042 . PMC 6831821 . PMID 31402257 .   
  42. ^ Салих, А .; Larkum, A .; Cox, G .; Kühl, M .; Hoegh-Guldberg, О. (2000). «Флуоресцентные пигменты в кораллах обладают фотозащитой» . Природа . 408 (6814): 850–3. Bibcode : 2000Natur.408..850S . DOI : 10.1038 / 35048564 . PMID 11130722 . S2CID 4300578 . Архивировано 22 декабря 2015 года.  
  43. ^ Рот, MS; Латц, Мичиган; Goericke, R .; Дехейн, ДД (2010). «Регулирование зеленого флуоресцентного белка у кораллов Acropora yongei во время фотоакклимации» . Журнал экспериментальной биологии . 213 (21): 3644–3655. DOI : 10,1242 / jeb.040881 . PMID 20952612 . 
  44. Bou-Abdallah, F .; Честин, Северная Дакота; Меньший, депутат (2006). «Тушение супероксидных радикалов зеленым флуоресцентным белком» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие вопросы . 1760 (11): 1690–1695. DOI : 10.1016 / j.bbagen.2006.08.014 . PMC 1764454 . PMID 17023114 .  
  45. ^ Поле, SF; Булина М.Ю .; Кельмансон, IV; Bielawski, JP; Мац, М.В. (2006). «Адаптивная эволюция разноцветных флуоресцентных белков в рифообразующих кораллах». Журнал молекулярной эволюции . 62 (3): 332–339. Bibcode : 2006JMolE..62..332F . DOI : 10.1007 / s00239-005-0129-9 . PMID 16474984 . S2CID 12081922 .  
  46. ^ Mäthger, LM; Дентон, EJ (2001). «Отражающие свойства иридофоров и флуоресцентных« глазных пятен »у лолигинид кальмара Alloteuthis subulata и Loligo vulgaris » . Журнал экспериментальной биологии . 204 (Pt 12): 2103–18. PMID 11441052 . Архивировано 4 марта 2016 года. 
  47. ^ Цяня, RY (1998). «Зеленый флуоресцентный белок». Ежегодный обзор биохимии . 67 : 509–544. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.67.1.509 . PMID 9759496 . S2CID 8138960 .  
  48. Перейти ↑ Mazel, CH (2004). «Флуоресцентное усиление сигналов в креветках-богомолах». Наука . 303 (5654): 51. DOI : 10.1126 / science.1089803 . PMID 14615546 . S2CID 35009047 .  
  49. Bou-Abdallah, F .; Честин, Северная Дакота; Меньший, депутат (2006). «Тушение супероксидных радикалов зеленым флуоресцентным белком» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие вопросы . 1760 (11): 1690–1695. DOI : 10.1016 / j.bbagen.2006.08.014 . PMC 1764454 . PMID 17023114 .  
  50. ^ Дуглас, RH; Партридж, JC; Дулай, К .; Хант, Д .; Mullineaux, CW; Таубер, AY; Hynninen, PH (1998). «Рыба-дракон видит с помощью хлорофилла». Природа . 393 (6684): 423–424. Bibcode : 1998Natur.393..423D . DOI : 10.1038 / 30871 . S2CID 4416089 . 
  51. ^ а б Ягненок, JY; Депутат Дэвис (2020). «Саламандры и другие земноводные светятся биофлуоресценцией» . Научные отчеты . 10 (1): 2821. Bibcode : 2020NatSR..10.2821L . DOI : 10.1038 / s41598-020-59528-9 . PMC 7046780 . PMID 32108141 .  
  52. Вонг, Сэм (13 марта 2017 г.). «Светящаяся лягушка - первая известная естественно флуоресцентная амфибия» . Архивировано 20 марта 2017 года . Проверено 22 марта 2017 года .
  53. Кинг, Энтони (13 марта 2017 г.). «Флуоресцентная лягушка сначала до новой молекулы» . Архивировано 22 марта 2017 года . Проверено 22 марта 2017 года .
  54. ^ Табоада, С .; А.Е. Брунетти; К. Александр; MG Lagorio; Ю. Файвович (2017). «Флуоресцентные лягушки: герпетологическая перспектива». Южноамериканский журнал герпетологии . 12 (1): 1–13. DOI : 10,2994 / SAJH D-17-00029.1 . S2CID 89815080 . 
  55. ^ a b Сандра Гутте; Мэтью Дж. Мейсон; Марта М. Антониацци; Карлос Джаред; Дидье Мерль; Лилиан Казес; Луис Фелипе Толедо; Ханане эль-Хафчи; Стефан Паллю; Юго Портье; Стефан Шрамм; Пьер Герио; Матьё Тури (2019). «Интенсивная флуоресценция костей выявляет скрытые закономерности в тыквенных жабах» . Научные отчеты . 9 (1): 5388. Bibcode : 2019NatSR ... 9.5388G . DOI : 10.1038 / s41598-019-41959-8 . PMC 6441030 . PMID 30926879 .  
  56. Fox, A. (2 апреля 2019 г.). «Ученые обнаружили лягушку со светящимися костями» . ScienceMag . Дата обращения 9 февраля 2020 .
  57. ^ Rebouças, R .; AB Carollo; MdO Freitas; К. Ламбертини; Р. М. Ногейра душ Сантуш; Л. Ф. Толедо (2019). "Является ли заметная окраска спины атлантических лесных тыквенных жаб апосематической?" . Саламандра . 55 (1): 39–47. DOI : 10.3390 / d11090150 .
  58. ^ Vukusic, P; Хупер, я (2005). «Направленно контролируемое излучение флуоресценции у бабочек». Наука . 310 (5751): 1151. DOI : 10.1126 / science.1116612 . PMID 16293753 . S2CID 43857104 .  
  59. Перейти ↑ Arnold, KE (2002). «Флуоресцентная сигнализация у попугаев». Наука . 295 (5552): 92. CiteSeerX 10.1.1.599.1127 . DOI : 10.1126 / science.295.5552.92 . PMID 11778040 .  
  60. ^ Эндрюс, K; Рид, С. М.; Маста, SE (2007). «Пауки флуоресцируют по-разному во многих таксонах» . Письма биологии . 3 (3): 265–7. DOI : 10.1098 / RSBL.2007.0016 . PMC 2104643 . PMID 17412670 .  
  61. ^ Stachel, SJ; Stockwell, SA; Ван Вранкен, DL (1999). «Флуоресценция скорпионов и катарактогенез» . Химия и биология . 6 (8): 531–539. DOI : 10.1016 / S1074-5521 (99) 80085-4 . PMID 10421760 . 
  62. ^ Spaeth P (2020). «Биофлуоресценция у утконоса (Ornithorhynchus anatinus)» . Mammalia . DOI : 10,1515 / Mammalia-2020-0027 .
  63. ^ Макдональд, Морис С. (2 июня 2003 г.). Фотобиология высших растений . Джон Вили и сыновья. ISBN 9780470855232. Архивировано 21 декабря 2017 года.
  64. ^ "5.1 Флуоресценция хлорофилла - Справочник ClimEx" . Проверено 14 января 2020 года .
  65. ^ Ириэль, AA; Лагорио, МАГ (2010). «Имеет ли значение флуоресценция цветов в биокоммуникациях?». Naturwissenschaften . 97 (10): 915–924. Bibcode : 2010NW ..... 97..915I . DOI : 10.1007 / s00114-010-0709-4 . PMID 20811871 . S2CID 43503960 .  
  66. ^ Birks, JB (1962). «Время затухания флуоресценции и сцинтилляции кристаллического антрацена». Труды физического общества . 79 (3): 494–496. Bibcode : 1962PPS .... 79..494B . DOI : 10.1088 / 0370-1328 / 79/3/306 . S2CID 17394465 . 
  67. ^ Гилмор, Франция; Laher, RR; Эспи, П.Дж. (1992). «Факторы Франка – Кондона, r-центроиды, электронные переходные моменты и коэффициенты Эйнштейна для многих систем с зонами азота и кислорода» . Журнал физических и химических справочных данных . 21 (5): 1005. Bibcode : 1992JPCRD..21.1005G . DOI : 10.1063 / 1.555910 . Архивировано 9 июля 2017 года.
  68. ^ «Химики создают самые яркие флуоресцентные материалы» . Phys.org . Дата обращения 6 сентября 2020 .
  69. ^ «Ученые создают самые яркие флуоресцентные материалы из существующих» . Новый Атлас . 7 августа 2020 . Дата обращения 6 сентября 2020 .
  70. ^ «Ученые создают« самые яркие известные материалы из существующих » » . independent.co.uk . Дата обращения 6 сентября 2020 .
  71. ^ Бенсон, Кристофер Р .; Касенаускайте, Лаура; VanDenburgh, Katherine L .; Чжао, Вэй; Цяо, Бо; Садхукхан, Тумпа; Пинк, Марен; Чен, Цзюньшэн; Борги, Сина; Чен, Чун-Син; Дэвис, Брэд Дж .; Саймон, Йоан С .; Рагхавачари, Кришнан; Лаурсен, Бо В .; Флуд, Амар Х. (6 августа 2020 г.). "Plug-and-Play оптические материалы из флуоресцентных красителей и макроциклов" . Chem . 6 (8): 1978–1997. DOI : 10.1016 / j.chempr.2020.06.029 . ISSN 2451-9294 . Дата обращения 6 сентября 2020 . 
  72. ^ a b Харрис, Том (7 декабря 2001 г.). «Как работают люминесцентные лампы» . HowStuffWorks . Discovery Communications. Архивировано 6 июля 2010 года . Проверено 27 июня 2010 года .
  73. ^ Чен, Лэй; Линь, Чун-Че; Ага, Цзяо-Вэнь; Лю, Ру-Ши (22 марта 2010 г.). "Неорганические люминофоры, преобразующие свет для белых светоизлучающих диодов" . Материалы . 3 (3): 2172–2195. Bibcode : 2010Mate .... 3.2172C . DOI : 10,3390 / ma3032172 . ISSN 1996-1944 . PMC 5445896 .  
  74. ^ Рожь, HS; Dabora, JM; Кесада, Массачусетс; Мэтис, РА; Глейзер, АН (1993). «Флуорометрический анализ с использованием димерных красителей для двух- и одноцепочечных ДНК и РНК с чувствительностью к пикограмме». Аналитическая биохимия . 208 (1): 144–150. DOI : 10.1006 / abio.1993.1020 . PMID 7679561 . 
  75. ^ Харрис, Дэниел С. (2004). Изучение химического анализа . Макмиллан. ISBN 978-0-7167-0571-0. Архивировано 31 июля 2016 года.
  76. ^ Лакович , стр. xxvi
  77. ^ Calfon М.А., Vinegoni С, Ntziachristos V , Jaffer Ф. (2010). «Внутрисосудистая молекулярная визуализация атеросклероза в ближнем инфракрасном диапазоне флуоресценции: к визуализации коронарных артерий бляшек с высоким биологическим риском» . J Biomed Opt . 15 (1): 011107–011107–6. Bibcode : 2010JBO .... 15a1107C . DOI : 10.1117 / 1.3280282 . PMC 3188610 . PMID 20210433 .  
  78. ^ Уги ГДж, Ван Н, Gerbaud Е, Gardecki JA, Fard А.М., Хамиди E. и др. (2016). «Клиническая характеристика коронарного атеросклероза с помощью двухмодальной ОКТ и автофлуоресцентной визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне» . JACC Cardiovasc Imaging . 9 (11): 1304–1314. DOI : 10.1016 / j.jcmg.2015.11.020 . PMC 5010789 . PMID 26971006 .  
  79. ^ Hara T, Ughi GJ, McCarthy JR, Erdem SS, Mauskapf A, Lyon SC и др. (2015). «Внутрисосудистая молекулярная визуализация фибрина улучшает обнаружение незаживающих стентов, оцениваемых с помощью оптической когерентной томографии in vivo» . Eur J сердца . 38 (6): 447–455. DOI : 10.1093 / eurheartj / ehv677 . PMC 5837565 . PMID 26685129 .  
  80. ^ Школьников, В; Сантьяго, JG (2013). «Метод неинвазивной полнопольной визуализации и количественной оценки химических веществ» (PDF) . Лаборатория на чипе . 13 (8): 1632–43. DOI : 10.1039 / c3lc41293h . PMID 23463253 . Архивировано 5 марта 2016 года (PDF) из оригинала.  
  81. ^ Moczko, E; Mirkes, EM; Касерес, C; Горбань АН; Пилецкий, С (2016). «Анализ на основе флуоресценции как новый инструмент для выявления токсичных химикатов» . Научные отчеты . 6 : 33922. Bibcode : 2016NatSR ... 633922M . DOI : 10.1038 / srep33922 . PMC 5031998 . PMID 27653274 .  
  82. ^ Смит, У. Лео; Бак, Чесни А .; Орней, Грегори С .; Дэвис, Мэтью П .; Мартин, Рене П .; Гибсон, Сара З .; Жирар, Мэтью Г. (20 августа 2018 г.). «Улучшение изображений скелета позвоночных: флуоресценция и непостоянное крепление очищенных и окрашенных образцов» . Копея . 106 (3): 427–435. DOI : 10,1643 / CG-18-047 . ISSN 0045-8511 . 
  83. ^ Хокинс, Х. Джин; Карлсон, Пол Джон и Элмквист, Майкл (2000) «Оценка флуоресцентных оранжевых знаков». Архивировано 4 марта 2016 года в Wayback Machine , Отчет Техасского транспортного института 2962-S.

Библиография [ править ]

  • Лакович, Джозеф Р. (1999). Принципы флуоресцентной спектроскопии . Kluwer Academic / Plenum Publishers. ISBN 978-0-387-31278-1.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • История флуоресценции . Raytech Industries. 1965 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Fluorophores.org [ постоянная мертвая ссылка ] , база данных флуоресцентных красителей
  • FSU.edu , Основные понятия флуоресценции
  • Лекция Дэвида Джеймсона "Наноистория флуоресценции"
  • Спектры возбуждения и излучения различных флуоресцентных красителей
  • База данных флуоресцентных минералов с изображениями, активаторами и спектрами (fluomin.org)
  • «Биофлуоресцентное ночное погружение - Дахаб / Красное море (Египет), бухта Масбат / Машраба,« Римская скала »» . YouTube. 9 октября 2012 г.
  • Штеффен О. Бейер. «FluoPedia.org: Публикации» . fluopedia.org.
  • Штеффен О. Бейер. «FluoMedia.org: Наука» . fluomedia.org.