AbMole螢光染料：點亮您的科學研究成功之路
AbMole螢光染料
✨點亮✨您的科學研究成功之路
在這個充滿探索與發現的科學研究時代，每個細微的細胞活動都蘊藏著生命的奧秘，螢光染料可以標記微觀世界中的精細細胞結構和生物大小分子，使生命科學研究變得絢爛多彩，為我們開啟了探索之門。AbMole為您介紹螢光染料的發光原理、主要種類和一些熱門染料的應用。
一、螢光染料的發光原理
螢光染料是指吸收某一波長的光波後能發射出另一波長大於吸收光光波的物質，它們一般含有若干個芳香族基團，這些基團具有較強的光吸收能力，在吸收激發光能量後，染料分子的內部能量狀態顯著提升，躍遷至一個不穩定的激發態（S 1 '）。由於激發態具有較高的能量水平，它傾向於尋求向更穩定的狀態轉變。一般有機分子會透過化學鍵的旋轉或振動等機械運動來逐步釋放能量，但經過設計的螢光分子會先透過震動進入S 1狀態隨後直接以光子的形式釋放剩餘的能量，即發出螢光。AbMole 提供高品質抑制劑、細胞激素、人類單抗、天然產物、螢光染料、多肽。
▲圖1. 螢光染料的發光原理
二、螢光分子的主要種類
螢光分子主要有香豆素類、花菁染料、BODIPY類、螢光素和羅丹明類等幾種類型。香豆素螢光染料分子量很小，可紫外線激發，一般會發藍色螢光，常作為多色螢光檢測實驗中的藍光染料。花菁染料(Cyanine，簡寫Cy) 是另一類常見的螢光染料，例如Cy3。花菁的核心結構是兩個含氮雜環透過奇數的次甲基連接形成，每增加一個乙烯基團，就會使得光譜紅移約100nm。螢光素和羅丹明都屬於氧雜蒽染料，它們具有極高的亮度，且其激發和發射波長都位於可見光譜範圍內，但是螢光素的pKa值為6.4，因此其光譜特性在很大程度上受環境pH值的影響，這一類螢光分子種類較多，最常見的包括異硫氰酸螢光素（FITC）、羧基螢光素、羅丹明，羅丹明6G、110、123等。二吡咯烷硼化合物，又稱BODIPY，因其卓越的光物理特性而備受歡迎。它們具有高量子產率、出色的亮度、窄半峰寬的吸收和發射光譜等優點。 BODIPY的各種衍生物涵蓋了從綠色（BODIPY FL）到紅色（BODIPY 650/665）的大部分可見光譜範圍，基於BODIPY的螢光探針目前廣泛應用於生物醫學和環境科學領域。
▲圖2. 常見螢光染料的化學結構
三、科學研究常用螢光染料
螢光染料在生命科學和基礎醫學研究中扮演了重要的作用，它們可以染色細胞核、細胞膜和膜性結構、粒線體、溶小體等，也可以對細胞的狀態例如凋亡、活死等進行染色以便於大家分析，以下簡單介紹一些科學研究中常用的螢光染料。AbMole多年持續聚焦生命科學領域螢光染料的開發與生產。
1. 細胞核染色
細胞核染料主要有DAPI和Hoechst系列產品。 DAPI的最大激發和發射波長分別為350和460 nm，發藍色螢光。 DAPI無法活染，一般DAPI染色前需對細胞進行多聚甲醛的固定。 Hoechst則可以對活細胞進行染色，一般在延時成像等持續性的螢光觀察實驗中會用到該產品，其最大激發和發射波長與DAPI相接近。
▲圖3. Hoechst 33342染色效果圖
2. 細胞粒線體染色和粒線體膜電位檢測
MitoTracker 系列染料可以選擇性地積聚在粒線體基質中， 透過與半胱氨酸殘基的遊離硫醇基反應來共價結合粒線體蛋白，從而可以對粒線體進行染色。
粒線體膜電位對於細胞的正常能量代謝和功能維持至關重要，JC-1是一種廣泛用於檢測粒線體膜電位△Ψm 的理想螢光探針。在粒線體膜電位較高時，JC-1聚集在粒線體的基質中，形成聚合物，可以產生紅色螢光；在粒線體膜電位較低時，JC-1則無法聚集在粒線體的基質中，此時JC -1為單體，可產生綠色螢光，透過流式細胞儀、雷射掃描共聚焦顯微鏡等即可對細胞的膜電位進行量化或定性分析。
▲圖4. JC-1染色效果圖
3. 活死細胞染色試劑盒：Calcein AM /PI
當需要對細胞的存活和死亡進行分析時，可以使用Calcein AM /PI雙重染色法。 Calcein-AM可透過細胞膜但其本身並不是螢光分子，透過活細胞內的酯酶作用，Calcein-AM能脫去AM基，產生的Calcein能發出強綠色螢光(激發: 490 nm，發射: 515 nm)。因此Calcein-AM僅對活細胞染色；而PI無法染色活細胞，只能穿過死細胞膜的無序區域而到達細胞核，並嵌入細胞的DNA雙螺旋從而產生紅色螢光(激發: 535 nm，發射: 617 nm)。透過上述兩種螢光染料的雙重染色即可分辨出細胞群體中死亡和存活的細胞。
▲圖5. 活死細胞染色效果圖
4. 凋亡檢測試劑盒：Annexin V-FITC/PI
細胞在凋亡的早期會發生磷脂醯絲胺酸（PS）的外翻，而Annexin V是一種磷脂結合蛋白，與PS有高度親和力，利用FITC標記Annexin V孵育細胞即可以檢測出早期凋亡的細胞，而用PI則可以檢測出已經死亡的細胞。通常該試劑盒被用於凋亡細胞的流式定量。