저자는 JD, AH로 ((SLS에), EU-F​​P7 프로그램 &quot;자동화&quot;, 문화원 카르노 프로그램 11 (JD, CS, CS에) 뉴욕의 파스퇴르 재단의 재정 지원에 대한 감사의 뜻을 연장하고 싶습니다 , AR, RT, SLS) 및 RT, SLS에 프로젝트 IMNOS (), 코니 - 하루 뒤에 자선 재단 (SLS), 분자 이미징의 유럽 석사 (IT로), 지역 일드 프랑스 (France) 프로그램 MODEXA (SLS), 참깨 (SLS) 및 DimMalInf (SLS, RT), Biologie - 상테 엔 ANR 프로그램 그랑 Investissement 드 난 Avenir에서 인프라 Nationales : 프랑스 LifebioImaging (FLI) 프랑스 생활 이미징 (RT, SLS), 프랑스 (France) 바이오 이미징 (JD, SLS) 및 파스퇴르 연구소, 파리. 또한, 저자는 시약을 위해, 호세 Bengoechea과 허버트 슈바이처에게 감사의 말씀을 전합니다. 또한, 저자는 항체를 생성 신디 Fevre에게 감사의 말씀을 전합니다.

1. 시약 <ol><li> 구매 또는 럭스 ABCDE 21 표현 수정 대장균 등의 발광 박테리아와 적절한 배양 배지를 개발, 장염의 fischeri, Photobacterium의 SP에. 폐렴 간균 22. </li><li> 표준 조리법에 따라 생리 식염수 (0.9 % NaCl을) 문화 미디어 솔루션을 준비합니다. E.보기 대장균 및 K. 폐렴은 37 ° C 및 V에서 루리아 베르 타니 (LB)에서 성장했다 의 fischeri와 LB의 Photobacterium 특검팀은 22 ℃에서 0.5 M NaCl로 보충 </li><li> 구입 또는 Q-추적자 (705) 등의 형광 프로브를 취득 (40 nm의 직경, QD705라고 함) Q-추적자 (800) (40 nm의 직경 QD800이라 함), 형광 (40 nm의 직경) 및 비 형광 폴리스티렌 마이크로 스피어 ( 48 nm의 직경), 및 종래의 형광 염료. </li><li> 세균의 라벨에 필요한 시약을 준비합니다. </li><li> 에 대한 액세스를 확인그러한 IVIS 스펙트럼으로서 전체 동물의 생물 발광 이미 저는, 그 발광 파장 및 노출 시간의 넓은 범위에서 신호를 검출 할 수있다. 생물 발광 측정 할 수있는 플레이트 리더는 여기에 설명 된 실험의 대부분을 위해 충분합니다. </li></ol> 연료의 2. 기본 발생 반복 <ol><li> 표준 배양 접시에 각각의 식민지에서 시작, 발광 박테리아의 하룻밤 문화를 시작합니다. 여기에, V. 의 fischeri를 사용 하였다. </li><li> 실험의 날, 새로운 하위 문화를 시작하고 OD 1.5 600 얻을 때까지 그들을 진행 할 수 있습니다. 비교 가능한 결과를 생성하기 위해 그들이 강한 신호를 생성하는 유사한 성장 상태에서 박테리아를 사용하는 것이 가장 좋다. 이 OD 600 일정하게 유지하여 안심하실 수 있습니다. </li><li> QD705 또는 생리 식염수 (PS)의 5 μL 하나에 각각의 100 μL의 분취 량을 결합하고 standa에 PS 895 μL에 추가RD 분광 큐벳. IVIS 스펙트럼에 못 큐벳을 놓고 적절한 필터 세트에서 측정을 수행. 여기서, 710-730 nm의 방출 필터를 사용 하였다. </li></ol> 3. 연료 이상의 다양한 거리 <ol><li> 두 감소 된 (1 ㎖)를 입력 QD705 50 μL 또는 1 ㎖의 PS의 총 부피의 비 형광 48 nm의 폴리스티렌 마이크로의 97.2 μL 하나 플라스틱 광도계 큐벳. 이는 두 개의 엔티티 사이의 전체 부피당 유사한 고체 표면적을 보장한다. </li><li> 표준 검정 테이프 또는 광을 차단할 수있는 다른 불투명 한 재료로 세 번째 큐벳을 넣는하여 광원 베트를 준비합니다. 조심스럽게 베트의 반대편에 두 개의 동일한 광학 창을 준비하고 있습니다. </li><li> 직접 광원 베트의 양쪽에 이전에 작성 큐벳을 놓습니다. V.의 1 mL를 추가 의 fischeri 또는 다른 문화 (즉, 발광 대장균 또는 Photobacterium의광원 베트로 새로운 하위 문화에서 P) 및 빛 오염을 줄이기 위해 같은 검은 종이와 같은 불투명 한 재료로 커버. </li><li> 각각 노출 10 배, 30, 및 30 초와 같은 전체 빛과 710-730 nm의 방출 필터와 같은 적합한 방출 필터 아래에 세 개의 큐벳 시각화. </li><li> 중앙 베트에서 동등한 더 거리에 모두 외부 큐벳 위치를 변경 한 후 다시 시각화. 3cm의 마지막 대면 (감소 된 베트 중심) 거리가 달성 될 때까지 반복합니다. 각 단계에서, QD705 위치를 확인하기 위해 형광 이미지 (450-480 nm의 여기, 710-730 nm의 방출을) 취득. </li></ol> 4. 잠재적 연료 쌍을 조사 <ol><li> 기타의 음의 컨트롤과 비 형광 나노 입자와 형광 또는 관심의 형광 나노 입자 하나, 그리고 PS 또는 PS 하나를 포함하는 1 ㎖ 솔루션으로 두 가지 감소 된 큐벳을 입력합니다. 일에전자 작업은 표 1에 설명 된대로 잠재적 인 상업적으로 이용 가능한 연료의 형광 및 형광 나노 입자의 다양한을 조사하고, 여기에 보여 주었다. </li><li> 신선한 V.의 1 mL를 추가 의 fischeri 또는 반대편에 위치한 두 물리적으로 동일한 광학 창을 포함하는 검게 아웃 세 번째 큐벳에 다른 발광 박테리아. 이러한 검은 종이로 불투명 한 물질로 큐벳을 커버. </li><li> 짧지 만 같은 거리의 장소에서 두 감소 된 검게 아웃 베트의 양쪽에 큐벳과 적절한 필터에서 시각화. 여기에서, 0.7 cm의 거리를 사용 하였다. 다른 형광으로 반복합니다. </li></ol> 5. 대상으로 연료 <ol><li> 발광 박테리아에 특정 비오틴 항체를 준비합니다. K.에 대한 예를 들어, 여기에 기본 항체 특정 폐렴 (α - KP)를 EZ-링크 술포-NHS-LC 비오틴을 함유하는 용액을 사용하여 비오틴 화시켰다. </lI&gt; <li> 2 분 동안 원심 분리 (1,500 XG)에서 탈염 열을 사용하여 항체에서 과잉 시약을 제거합니다. </li><li> 단백질 농도를 결정하고 HABA 분석하여 바이오 티 닐화 된 항체의 수준을 결정하기 위하여 표준 브래드 포드 분석법을 사용한다. </li><li> 16 비오틴 AB 당 잔류 최종 치환의 최종 학위의 결과로, 40 ㎕의 α - KP 항체 100 μL (1X PBS에 용해 된 10 mM을) 혼합하여 α-KP-비오 바이오틴 항체 (AB) 배치를 얻 10 ㎎의 ML-1의 단백질 농도. </li><li> 복수를 사용하여 하룻밤, 문화를 복제 적절한 프로토콜 다음 상기 항체 세척 박테리아를 표적으로한다. <ol><li> 특히, K. 씻어 1X PBS에서 폐렴, 4의 OD에 1X PBS에 재현 탁 (약 4 × 10 8 CFU ML -1 OD-1). </li><li> 각 복제의 경우, 100 ㎕의 PBS를 품어 α -KP 항체 (컨트롤의 10 ㎕의 α-KP-biotB 10 ㎕의 PBS) 및 30 ℃에서 90 분 동안 100 ㎕의 세포 196 ㎕의 PBS에 1X PBS에 세포를 세 번 씻어에 resuspend. </li></ol></li><li> QD705 스트렙 타비 딘 복합체로 세포를 라벨과 동일한 두 볼륨으로들을 나눕니다. </li><li> 하나의 솔루션으로 세 번 세척 한 다음 적절한 볼륨으로 그것을 재현 탁. </li><li> 블랙 96 - 웰 플레이트의 각각의 우물에 세척하고, 씻지 않은 솔루션을 100 μl를 배포합니다. 그 결과 총 라이트에서 발광, 490-510 nm의 및 710-730 nm의 필터를 측정한다. 형광 물질의 농도는 450-480 nm의 여기 및 710-730 nm의 발광을 이용하여 결정될 수있다. </li></ol>

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저자는 금융 이익을 경쟁 선언합니다. JD, SB, KLR와 SLS는 유럽 특허 EP10290158.4에 기여하고 세계 지적 재산권기구 특허 출원 WO/2011/117847.

FUEL의 근본적인 데모 단순히 형광 나노 입자 또는 양자점으로 발광 박테리아를 혼합함으로써 달성 될 수있다. 두 기관은 물리적으로 분리하고 효율적인 RET 거리 이상으로 유지 될 것입니다. 더 어려운 관내 및 생체 내에서 모두 FUEL 신호 최적화이다. 시험관 조건에서로하고, 광 흡수가없는 상태 모두, 보통 과량 형광 물질의 첨가는 FUEL 응답을 최대화하기에 충분한 것이다. 그러나, 정적 또는 충돌하는 작은 담금질 높은 농도의 현상에서 형광 신호의 손실로 이어질 수 있습니다. 독립적으로 발광 소스 및 형광 물질의 농도를 변화시킴으로써, 일련의 희석을 수행하는 것은 원하는 농도를 최적화하는 것을 도울 것이다. 생체 내 농도 하에서 확립하고 FUEL의 최적화는 더 어렵고 사례별로 해결 될 필요가있다. 그것은 공동을 생성하기가 어려울 수있다ndition 형광 실체 발광 소스에 의해 광학적으로 액세스 할 수있는. 이와 같이, 2 개의 잔기에 직접 공동 주사로 시작하는 것은 최적의 조건 하에서 FUEL의 성공에 관한 정보를 제공 할 수있다. 표준 프로토콜은 알렉사 시리즈와 양자점과 같은 형광 실체와 라벨 박테리아와 진핵 세포에 존재한다. 종종이 감소 세포 생존 또는 변경 신진 대사 활동과 같은 원치 않는 효과로 이어질 수 항체 표면 기능화 또는 활성화가 필요합니다. 이것을 극복하기 위해, 항체 또는 활성화 제의 최적 량은 형광 라벨을 최대화하면서, 즉 셀룰러 교란을 최소화하는 데 필요한 결정하는 것이 중요하다. 양자점의 사용 때문에 그들의 특질 넓은 여기 스펙트럼 좁고 가변 방출 스펙트럼, 및 큰 스톡스 시프트의 가능성을 유익하다. 그러나 양자점은 세포 독성이 될 수 있으며, 어떤 경우에는 바람직하지 않을 수있다. <p클래스 = &quot;jove_content&quot;&gt; 연료는 많은 BRET 실험 13에 존재하고 발광 및 형광 다양한 소스에 적용 할 수있는 현상이다. 지금까지 연료에서 발생하는 광자는 비특이적 상호 작용 또는 잘못 설계된 BRET 실험으로 인한 불행한 배경 신호의 제품으로 간주되었다. 그것은 우리가 원하지 않는 신호의 유틸리티를 식별 할 수 있었다 여기에서 입증 실험의 종류 만입니다. 도시 된 예에서는 발광 박테리아가 형광 실체의 다양한 표준 형광 반응을 도출 할 수있는 확산 여기 원으로서 작용한다. 또한, 인해 실질적인 작동 거리, 그것은 연료 BRET의 발생없이 구성 될 수 있지만, 일반적으로 BRET 연료에서 기여하지 않고 관찰 할 수 없다는 결론을하는 것이 안전합니다. 중요한 인해 표적 요건의 부족, FUEL는 BRET 및 C 사이에 존재하는 간극 공간을 커버하는 데 사용할 수onventional 전체 - 동물 이미징 기술.

바이러스 1, 2, 박테리아 3, 작은 포유 동물 등의 생물의 유전 적 변형은 4 유도 또는 구조적으로 표현 생물 발광 하나에 매우 성공적 널리 5-7 보여 주었다. 생물 발광, 자연적으로 발생하는 시약을 포함하는 생체 내 화학 발광 반응은 외부 광원에 대한 필요없이 광을 생성하는 장점을 갖는다. 이와 같이, 생물 발광 이미징 형광 이미징 8 찾았 자동 비특이적 신호의 일반적인 단점 고통받지 않는다. 감지 된 신호가 의도 된 소스로부터 유래 전적으로 이후 결과적 생물 발광은 상당한 신호 대 잡음비를 갖는다. 많은 모델은 생체 외 및 생체 내 응용 프로그램 9에 Photorhabdus의 luminescens에서 럭스 오페론 (480 및 490 nm의 사이에서 중심 최대 발광)을 이용하고 있지만, 작은 mamm에서의 사용루게릭 병으로 인해 이미징 조건의 본질에 문제가있다; 광학 헤모글로빈 등의 흡수, 이러한 조직과 뼈 등의 산란 제의 파고 드는 존재가 강하게 노란색 파장 3 파랑에 영향을줍니다. 설계 반딧불 루시 페라 제 (최대 발광 617nm에서)의 발현은 최근 크게 광 흡수 (10)을 극복하지만, 여전히 영향을 산란 될 수있는 도구를 제공하고, 개발 및 통합되었습니다. 응답에서, 빨간 이동 생물 발광 공명 에너지 전달 (브렛) 11 ~ 13을 사용하여, 650-900 nm의 최소화 흡수 및 분산의 영역의 원하는 광학 창에 방출 된 신호를 여러 시도가 있었다. 신호 검출을 향상시키는 도구로서뿐만 셉터와 도너 형광 추가로 생물 발광 소스를 사용 BRET은 제한된 성공을 발견했다. 이 현상의 정액 예를 들어, &quot;자기 조명 양자 도트로4; (SIQDs) (14)로 구성되어 닐라 외부 폴리머 라이신 층에 바인딩 luciferases를 레니 포르 미스 수정 의 상용 양자 도트 (양자점). 기질을 첨가 할 때, 얻어진 발광 생물 반응 레드 광자의 상당한 생산을 생성 양자점에서 형광 방출을 유도한다. 그러나 이러한 SIQDs는 생리 학적으로 관련 이벤트의 생체 내 시각화에 적용을 제한했다. 이 제한된 적용 가능성으로 인해 SIQDs이 유전자에 의해 코딩 될 수없고, 따라서 폴리머 외피의 이차 변형을 요구하기 때문에, 기관, 세포 또는 그 유전자에 이중 프로브를 연결하는 어려움 쉽다. 적용 가능성을 개선하기 위해, luciferases가 발광 코어에 직접 결합되어 대안 SIQDs는 최근 15 사용되어왔다. SIQD 개념의 오프 구축, 더 적용 BRET 시스템에에 Cypridina 루시 페라 제를 부착하여 달성되었다675 nm의 460 nm의에서 상당한 빨간 변화를 생산하면서 구체적으로 마우스에서 종양을 표적으로 할 수 있었다 염료 16, docyanine. 비 복사 에너지 전달을 받아야하는, 브렛은 형광 대응과 같은 기본 제약 조건을 다음과 기증자 방출 및 수용체의 여기 스펙트럼 두 부분 사이의 작동 거리 사이에 강한 스펙트럼 중첩이 있어야의 순서에 있어야합니다 포스터 반경 (5-14 nm의 두 번 포스터 반경 (17)의 효과가 최대 거리로, 기증자 수용체 쌍에 따라 다름). 이 거리는 의존성이 크게 검출을 향상시키기위한 수단으로 BRET을 사용하여 관찰 할 수있는 이벤트의 종류를 제한한다. 최근 새로운 접근은 시험 관내 및 생체 내 조건에서 모두 확인되고 아래에서 증명되었다. 브렛, 발광 (연료)에서 18, 19 언 바운드 흥분에 의한 형광의 기반을 구축 </suP&gt; 또한 발광 및 형광 구성 요소 사이에 강한 스펙트럼 중첩이 필요합니다. 그러나, BRET 달리 FUEL는 발광 원으로부터 방출 된 광자는이어서 형광 양자 수율에 따라 적색 편이 된 광자를 방출 광학적 접근 형광 물질에 의해 흡수된다 완전히 복사 과정이다. BRET에 가깝다,이 접근법은 또한 광 흡수제의 존재 촬상의 제약을 극복하기 위해 사용될 수있다. 생성 된 적색 이동으로 인해 감쇠의 감소 및 광 산란 효과의 감소로 검출 된 신호의 전반적인 증가와 특이도를 제공한다. FUEL은 럭스 오페론과 양자점 (18, 19)을 발현하는 생물 발광 대장균 사이에서 발생하는 것으로보고되었다. SIQDs에 실험적으로 유사하지만, 근본적인 차이가 존재합니다 : 발광 소스가 fo를 수있는 형광, 물리적으로 결합 될 수 있도록 연료, 그것은 필요가 없습니다형광 프로브의 유전자 인코딩을 r에. 인해 발광 박테리아와 양자점 사이 FUEL의 성공적인 검출에,이 기술은 표면 (피부)와 깊은 조직 (폐, 간) 등 포도상 구균 폐렴 Klebsiellia 같은 감염 모두에 적용 할 수있는 가능성이있다. 실험적인 의미의보고 이래, FUEL 수락 발광 및 형광 쌍을 예측하는데 사용될 수있는 강력한 수학적 모델 (20)을 포함하도록 진화하고 있으며, 그 응용은 양자 수율이 같은 광 물리 특성의 식별에 사용을 포함하도록 확장 하였다. 우리는 연료의 기본 기술의 몇 가지 아래에 설명합니다. 첫째, 우리는 짧은 (μm의) 긴 (cm) 모두에 근본적으로 BRET에서 연료를 구별하는 작업 거리를,이 현상에 대한 증거를 보여줍니다. 둘째, 우리는 형광 물질과 형광 나노 입자의 다양한 검사하여 가능한 연료 쌍을 확장. THIRD는, 연료 응용 프로그램은 대상 및 비 대상 연료 쌍을 비교하여 조사 하였다.

<table><tbody><tr><td>&lt;em&gt;Escherichia coli&lt;/em&gt; expressing the &lt;em&gt;lux&lt;/em&gt;ABCDE operon&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>kindly provided by Jos&amp;eacute; A. Bengoechea with permission from Herbert P. Schweizer</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Klebsiella pneumoniae&lt;/em&gt; 52145&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>52145 is a serotype K2 reference strain</td></tr><tr><td>Luria Bertani (LB)&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>standard growth media</td></tr><tr><td>Q-Tracker 705&amp;nbsp;</td><td>Life Sciences</td><td>Q21061MP</td><td></td></tr><tr><td>Q-Tracker 800</td><td>Life Sciences</td><td>Q21071MP</td><td></td></tr><tr><td>Alexa 555</td><td>Life Sciences</td><td>S21381</td><td></td></tr><tr><td>Alexa 568</td><td>Life Sciences</td><td>S11226</td><td></td></tr><tr><td>Alexa 633</td><td>Life Sciences</td><td>S21375</td><td></td></tr><tr><td>Alexa 700</td><td>Life Sciences</td><td>S21383</td><td></td></tr><tr><td>Non-fluorescent microspheres</td><td>Polysciences, Inc</td><td>15913</td><td></td></tr><tr><td>Pink microspheres</td><td>Life Sciences</td><td>F8887</td><td>40 nm diameter</td></tr><tr><td>Yellow microspheres</td><td>Life Sciences</td><td>F8888</td><td>40 nm diameter</td></tr><tr><td>Ivis Spectrum</td><td>PerkinElmer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EZ-Link Sulfo-NHS-LC-Biotin</td><td>Thermo Scientific Pierce</td><td>21425</td><td></td></tr><tr><td>Zeba Spin Desalting Columns 7K MWCO</td><td>Thermo Scientific Pierce</td><td>21425</td><td></td></tr><tr><td>HABA assay kit&amp;nbsp;</td><td>Thermo Scientific Pierce</td><td>28005</td><td></td></tr><tr><td>Bradford assay</td><td>Bio-Rad</td><td>500-0201</td><td></td></tr></tbody></table>

a step beyond bret: fluorescence by unbound excitation from luminescence (fuel)

발광 (연료)에서 언 바운드 흥분에 의해 형광이 시험 관내 및 생체 내에서 증가 된 신호와 대비 향상을 생산하는 복사 여기 방출하는 과정입니다. 생물 발광 공명 에너지 전달 (브렛), 아직 같은 기본 원칙의 많은 연료의 주가는 크게 발광 소스와 형광 실체 사이의 허용 작업 거리에서 다르다. BRET 효과적으로 2 배 포스터 반경 일반적 미만 14 ㎚의 최대로 제한되지만, FUEL은 광 흡수체의 부재 μM까지의 거리에서 또는 심지어 cm 발생할 수있다. 여기에서 우리는 현상 뒤에 관련 원칙을 검토하여 연료의 기초와 응용을 확장하고 형광체 및 형광 나노 입자의 다양한과의 호환성을 보여줍니다. 또한, 항체 대상 연료의 유틸리티를 탐구한다. 여기에 나타낸 예는 FUEL가 APPL 위해 이용 될 수 있다는 증거를 제공브레 브레 전통 전체 동물 영상 사이에 존재하는 공간 빈 공간을 채우는 수 없습니다 ications.

공명 에너지 전달 (RET)을 발광 공여체 및 종료 기증자로부터의 에너지가 강한 쌍극자 - 쌍극자 상호 작용 (13)을 통해 수용체로부터 형광 반응을 유도 할 수있다 형광 수용체 사이의 비방 상호 작용이다. 화학 발광 형광체 (23, 24), (13) 및 생물 발광 도너를 사용하여 설명되었지만 RET는, 주로 필요 도너 및 억 셉터 발광 여기 스펙트럼 간의 한 강한 스펙트럼 오버랩;. 2 개의 엔티티 사이의 적절한 회전 정렬.; 3. 0.5 ~ 2 배보다 더 큰 작동 거리 기증자와 수용체 (17)의 포스터 반경, R 0,. RET와 대조, 연료는 생물 발광 박테리아로 발광 소스, 이러한 형광 또는 형광 나노 입자로 흡수 및 제 단체에 의해 다시 방출되는 광자를 방출 할 때 발생하는 레드 시프트 배출 SPECT를원래 발광 소스의 럼. 따라서, FUEL는 집중된 자극을 사용하지 않고, 아직 표준 epifluorescent 조건 유사한 표준 여기 발광 과정을 따른다. 이 증거는 쉽게 발광 박테리아와 높은 형광 양자 도트의 단순한 혼합에 의해 관찰 될 수있다. QD705가 아닌 형광 폴리스티렌 미세 제어 (그림 1A)에 비해 솔루션도했다 때 비브리오 SP의 존재에 빨간 신호에 상당한 증가가 관찰된다. 생물 발광 본질적 알데히드 기판, 루시퍼 라제, 및 ATP를 생성하는 데 필요한 구성 요소는, 모든 제조 및 세포질 내에 포함된다. 또한, 효소 luminophore 생산 박테리아 세포질 (도 1B) 내에 발생한다. 다른 곳에서보고 된 바와 같이, 박테리아의 내측 및 외측 막 사이의 거리는 일반적으로 30보다 큰 NM 25-27 상당한 RET를 허용하지 않는 거리이다발생합니다. 더 엔도 시토 시스 또는 흡수의 다른 수단이 없기 때문에뿐만 아니라, 형광 나노 입자는 세균의 세포질로 교차하지 않습니다. 함께, 이러한 제약 조건은 연료가 발광 박테리아가 형광 나노 입자와 혼합 할 때 발생하는 지배적 여기 발광 현상을 나타냅니다. 이전에 표시 한 바와 같이, 연료는 RET의 범위를 넘어 존재합니다. 거리에 FUEL 의존성을 조사하기 위해, 표준 감소 된 분광 큐벳은 형광 물질의 용액을 함유 한, 분산을위한 제어 할 적절한 컨트롤을 포함하는 제 및 제 신선한 발광 용액의 분취 량을 함유하여 사용될 수있다. 이것은 중앙 큐벳이 발광 광원으로부터 어떤 잠재적 광 오염을 줄이기 위해, 대향면에 위치한 적어도 두 개의 동일한 광학 창 저장 흑 테이프 또는 다른 불투명 물질을 사용하여 포위하는 것이 필수적이다. 또한, 나머지 두 개의 큐벳이 필요중앙 큐벳의 양측에 등 간격으로 배치 될 수있다. 마지막으로, 신선한 발광 용액, 세균 또는 화학 발광을 이용하여, 최대 광 생산을 보장하기 위해, 각 실험에 사용한다. 적절한 배치되면, 원하는 필터 아래 발광 신호를 획득. 후자의 데이터 만이 도시되어 있지만 전체 빛과 710-730 nm의 필터는,이 경우에 사용되었다. 각 획득 후에 3cm (그림 2)에 1.0 cm에서 점진적으로 얼굴을 맞대고 거리를 증가시킨다. 마지막으로, 가장 밝은 지점까지의 모든 데이터를 정상화. 여기에 사용 된 예에서, 이것은 발광 소스 및 QD705 함유 큐벳 사이의 최단 거리 (D = 1cm)에서 발생 하였다. 이 방법을 사용 가능한 FUEL 신호는 최종 수집은 광 흡수체의 부재하에, FUEL 가능한 모든 공명 에너지 전달을 넘어 거리에서 발생할 수 있다는 것을 제안하고 만 순수 방사로 설명 될 수까지 관찰 할 수있다효과. 데이터를 피팅하는 것은 D -1 D -2 의존성에 다음 거리 D의 함수로서 신호의 감소를 보여준다. 기하학적 구성에 따라, 커패시터의 거리 의존성 및 포인트 소스에 대한 역 제곱 법칙 후자 갑 대응한다. 이 결과는 큐벳 구경의 크기와, 발광 원 및 형광체 사이의 거리 관련 그러므로 전반적인 취득 설정과 일치한다. 연료는 양자 도트에 적용뿐만 아니라, 알렉사 시리즈에서 형광 마이크로 (표 2)에 이르기까지 형광의 넓은 범위를 사용하여 관찰 할 수 있습니다뿐만 아니라. 컨트롤에 필적하기 위해서, 각종 형광체의 동등 농도 표기 및 나노 입자의 총 표면적은 (표 1) 일정하게 유지. 자신의 적절한 통제가 아닌 형광과 (PS 또는 PS에 형광 나노 입자를 비교하여폴리스티렌 마이크로 스피어), 신호의 상당한 증가는 각 형광 실체의 발광 최대로 관찰된다. 신호 규모 상대적인 증가는 형광 발광 최대 발광 최대 발광로부터 먼 어디에 발생하였습니다. 이는 발광 원의 넓은 발광 스펙트럼과 비교하여 형광 신호의 증가 된 특이성이 가장 쉽다. 두 개의 발광 최대 값이 잘 분리되지 않은 경우 반대로, 가장 신뢰할 수있는 연료 신호가 발견되었다. 흥미롭게도, 뚜렷한 연료 신호는 비드 (350 형광 등가물) 당 존재하는 형광 물질의 상당한 양으로 인해 대부분의 스펙트럼 차이가 최소한의 경우에도 노란 미소와 함께 발견되었다. 여기에 표시된 결과는 적절한 조건에서 연료 내가 모두에서 더 많은 관련 응용 프로그램에 대한 선택의 프로브 짓는 수 형광의 다양한 달성 할 수 있음을 나타냅니다N의 생체 외 및 생체 내 조건에서. 관찰 된 연료 신호의 의미는 표준 두 꼬리 학생의 T-테스트를​​ 사용하여 측정 하였다. 따라서 만 Alexa555 사용 발광 소스와 호환되지 않는 것으로 밝혀졌다. 연료 타겟팅의 효과를 탐구하기 위해, 바이오틴 항체는 발광 박테리아와 스트렙 타비 딘 결합 된 양자점을 대상으로 하였다. 이는 세균이나 발광 소스 luminophore 및 해당 형광체 사이 RET의 가능성을 최소화하기 위해 충분한 두께의 층을 제공하는 것이 중요하다. 배양과 결합되지 않은 항체를 제거하는 세척 한 후, 비오틴 표지 박테리아는 다음 컨트롤로, 분할 된 솔루션 및 제거하기 위해 추가로 세척에 노출 된 한 세트의 비 접착 스트렙 타비 딘 - 복합 QD705 또는 비 작용 QD705 중 하나에 노출되어 QD705. 여기에, 네 조건, 결과 발광는 총 빛, 490-510 nm의에서 관찰되었다D 후자 만이 필터는 데이터 분석에 사용 되더라도 710-730 nm의 필터. QD705의 존재는 450-480 nm의 여기 및 710-730 nm의 방출 필터를 사용하여 비교 하​​였다. 솔루션을 씻지 않은 상태 (그림 3)에 남아있는 때 조사를 우리는 레드 시프트 신호 없음의 차이가 거의 발견했다. 이 조건에서 얻어진 형광 신호는 QD705 동수 모두 표적 및 비 표적 상태에서 본 것을 제안, 상당히 유사한 것으로 발견된다. 그러나, 언 바운드 QD705을 제거하기 위해 샘플을 세척하는 것은 자신이 아닌 대상 컨트롤에 비해 대상으로 세균에 대한 상대 빨간 신호에 거의 두 배 증가를 제공합니다. 형광의 조사는 QD705의 유무를 확인하기 위해 사용될 수있다. 비교적, 대상 세척 조건이 거의 3 배 씻지 않은 상태보다, 아직 만 감소 생성 된 적색 편이였다 형광 강도의 결과30 % 순수 구속 조건 하에서 박테리아 타겟팅 적색 편이 방출의 증가를 초래할 것이라는 점을 시사. 이 강력 미래의 애플리케이션을위한 대상 연료의 유틸리티를 연루. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51549/51549fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51549/51549fig1.jpg" /> 도 1. 발광 박테리아 및 상업적으로 입수 한 양자점 간의 상호 작용 FUEL 레드 광자 생산 증가에 이르게한다. 두 분광 큐벳 신선한 V. 100 μL 분취 량을 함유하는 용액으로 채워졌다 IVIS 스펙트럼 및 인수 방출 스펙트럼에 배치되기 전에 1.5의 OD 600, PS 895 μL 및 QD705 또는 생리 식염수 (PS)의 5 μL 하나와의 fischeri 문화. 적색 신호에서의 상당한 증가로 인해의 존재로 이루어진다QD705, 710-730 nm의 방출 필터 (A)에서의 제어에 비해 초 -1 • cm -2 (P • 초 -1 • cm -2) • 검출 된 광자의 증가에 의해 언급 될 수있는. 여기서, 균의 이중 막은 발광 잔기 (청색 원)의 상호 작용과 QD705 (검은 동그라미)를 제외한다. 후자 자유롭게 벌크 용액 (B)에 분포하는 동안 갑은 세균의 세포질에서 발견된다. 각 세균 솔루션 = 3 N은. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51549/51549fig1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51549/51549fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51549/51549fig2.jpg" /> 연료의 그림 2. 증거 거리의 compl에 발생etely 공명 에너지 전달을 제외하고. 분광 큐벳 QD705 50 ㎕의 생리 식염수 950 μL (PS) 또는 비 형광 48 nm의 폴리스티렌 마이크로의 97.2 μL와 PS의 902.8 μL 하나를 함유 한 용액으로 가득하고, 반대편에 등 간격으로 배치했다 OD 1.5의 600에서 신선한 발광 Photobacterium SP는 1 ㎖를 포함하는 중앙 검은 베트의. 중앙 베트는 방출 된 광자 자유롭게 분산 할 수 있도록 두 개의 동일한 광학 창을했다. 1.0 cm에서 3cm까지의 거리 (D) 영상을 획득, 붉은 빛의 관찰 생산은 연료가 공명 에너지 전달에 의해 달성 할 수없는 거리에서 발생할 수 있다는 증거를 표시하는 거리의 함수로 감소했다. 강도는 역 제곱 법칙 (왼쪽)과 유사 D -2 의존성을 가지고 나타났다. 동일한 프로토콜은 E.위한 하였다 대장균 (오른쪽). 그 결과 추세선은 개념 그쪽에 양식을 보유T 박테리아는 빛의 점 오염원으로 작용하고 있습니다. 세 개의 독립적 인 거리 측정치의 총 고유 배양을 이용하여 각각 획득 하였다. 오차 막대는 각 지점에 존재한다. 경우에 따라 오차 막대는 정규화 된 강도를 나타내는 데 사용되는 기호를보다 작았 다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51549/51549fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51549/51549fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51549/51549fig3.jpg" /> 그림 3. 대상 (특정) 및 비 대상 (벌크 용액) 연료. K.의 비교 폐렴은 비오틴 항체로 작용하고 스트렙 타비 딘 - 라벨 (대상) 또는 비 표지 (비 대상) QD705 중 하나에 노출되었다. 그 결과 솔루션은 동일하게 디비했다DED와 한 세트 PBS의 초기 볼륨으로 재현 탁 전에 PBS로 3 회 세척 하였다. 솔루션은 다음 검은 96 - 웰 플레이트 (파란색 막대로 표시) 490-510 nm의 (500 NM)와 710-730 nm의 (720 NM) 방출 필터에서 관찰 된 생물 발광의 개별 우물에 분배 하였다. P의 • 초 -1 • cm -2 각 웰의 720 nm의 필터에서 발견은 각각의 P의 • 초 같은 웰의 500 nm의에서 -1 • cm -2 생물 발광 강도로 정규화 하였다. epifluorescent 여기에서 얻어진 상대 형광 강도는 450-480 nm의 여기 및 710-730 nm의 방출 필터 (빨간색 막대로 표시)을 사용하여 측정 하였다. 생물 발광 형광 신호 없음 차이로 약간은 씻지 않은 조건 (씻지 않은 대상과 씻지 대상)에서 관찰되었다. 이 바인딩과 자유 부동 QD705는 발광 생물 광자에 의해 동등하게 흥분했다 제안합니다. 세탁, N시상대 빨간 신호에 이른 두 가지의 차이는 제어 (비 대상으로 세척)에 비해 (세척 대상) QD705 표지 세균 관찰되었다. 비 표적 세탁에 QD705의 부재는 형광 신호의 부족에 의해 확인 및 대상 씻어 상태에서 QD705 라벨을 확인 하였다. 데이터는 K.의 4 개의 독립적 인 문화에서입니다 폐렴은. 명확하게하기 위해, 전설 QD705 여기의 소스를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51549/51549fig3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody align="center"><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;"> 형광 </td><td> 집중 </td><td> μL </td><td> PS (μL) </td><td> λ 최대 EX / EM (NM) </td><td> 매연 필터 (N<html> M) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"> 알렉사 555 </td><td style="width:116px;"> 37.2 μM </td><td style="width:88px;"> 4.77 </td><td style="width:88px;"> 995.23 </td><td style="width:119px;"> 565분의 555 </td><td style="width:152px;"> 570-590 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"> 알렉사 568 </td><td style="width:116px;"> 37.2 μM </td><td style="width:88px;"> 4.77 </td><td style="width:88px;"> 995.23 </td><td style="width:119px;"> 603분의 578 </td><td style="width:152px;"> 590-610 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"> 알렉사 633 </td><td style="width:116px;"> 37.2 μM </td><td style="width:88px;"> 4.77 </td><td style="width:88px;"> 995.23 </td><td style="width:119px;"> 637분의 632 </td><td style="width:152px;"> 650-670 </td></tr><tr height="21">폭 : 108px; &quot;&gt; 알렉사 700 </td><td style="width:116px;"> 37.2 μM </td><td style="width:88px;"> 4.77 </td><td style="width:88px;"> 995.23 </td><td style="width:119px;"> 723분의 702 </td><td style="width:152px;"> 710-730 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"></td><td style="width:116px;"></td><td style="width:88px;"></td><td style="width:88px;"></td><td style="width:119px;"></td><td style="width:152px;"></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"> 비 형광 </td><td style="width:116px;"> 2.62 % 고형분 </td><td style="width:88px;"> 9.72 </td><td style="width:88px;"> 990.28 </td><td style="width:119px;"></td><td style="width:152px;"></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"> μSph 핑크 </td><td style="width:116px;"> 5 % 고형분 </td><td style="width:88px;"> 4.77 </td><td style="width:88px;"> 995.23 </td><html><td style="width:119px;"> 605분의 580 </td><td style="width:152px;"> 610-630 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"> μSph 노란색 </td><td style="width:116px;"> 5 % 고형분 </td><td style="width:88px;"> 4.77 </td><td style="width:88px;"> 995.23 </td><td style="width:119px;"> 515분의 505 </td><td style="width:152px;"> 510-530 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"></td><td style="width:116px;"></td><td style="width:88px;"></td><td style="width:88px;"></td><td style="width:119px;"></td><td style="width:152px;"></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;width:108px;"> QD705 </td><td style="width:116px;"> 2 μM </td><td style="width:88px;"> 5 </td><td style="width:88px;"> 995 </td><td style="width:119px;"> 705분의 465 </td><td style="width:152px;"> 710-730 </td></tr><tr height="22">높이 : 22px; 폭 : 108px; &quot;&gt; QD800 </td><td style="width:116px;"> 2 μM </td><td style="width:88px;"> 5 </td><td style="width:88px;"> 995 </td><td style="width:119px;"> 705분의 465 </td><td style="width:152px;"> 790-810 </td></tr></tbody></table> 표 1. 연료 시위에서 사용되는 형광 물질의 속성. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody align="center"><tr><td rowspan="2"></td><td rowspan="2"> 제어 </td><td rowspan="2"> 필터 </td><td colspan="2"> 형광 </td><td colspan="2"> 제어 </td><td rowspan="2"> P 값 </td></tr><tr height="21"><td> P · 초 -1 · cm -2 </td><td> SD </td><td> P · 초 -1 · cm -2 </td><td> SD </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> A555 </td><td> PS </td><td> 580 </td><td> 1.08 × 10 7 </td><td> 3.31 × 10 6 </td><td> 9.09 × 10 6 </td><td> 1.75 × 10 6 </td><td> 0.233 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> A568 </td><td> PS </td><td> 600 </td><td> 8.47 × 10 6 </td><td> 4.23 × 10 6 </td><td> 4.49 × 10 6 </td><td> 9.71 × 10 5 </td><td> 0.094 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> A633 </td><td> PS </td><td> (660) </td><td> 2.40 × 10 6 </td><td> 1.25 × 10 6 </td><td> 7.85 × 10 5 </td><td> 2.39 × 10 5 </td><td> 0.046 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> A700 </td><td> PS </td><td> (720) </td><td> 5.53 × 10 5 </td><td> 2.46 × 10 5 </td><td> 1.54 × 10 5 </td> &lt;TD&gt; 6.05 × 10 4 </td><td> 0.026 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> MSPH 노란색 </td><td> 비 형광 μspheres </td><td> (520) </td><td> 1.19 × 10 8 </td><td> 4.85 × 10 7 </td><td> 5.79 × 10 7 </td><td> 1.99 × 10 7 </td><td> 0.057 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> MSPH 핑크 </td><td> 비 형광 μspheres </td><td> (620) </td><td> 2.37 × 10 7 </td><td> 1.36 × 10 7 </td><td> 2.16 × 10 6 </td><td> 8.00 × 10 5 </td><td> 0.026 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> QD705 </td><td> 비 형광 μspheres </td><td> (720) </td><td> 1.76 × 10 7 </td><td> 7.33 × 10 6 </td><td> 2.08 × 10 5 </td><td> 7.16 × 10 4 </td><td> 0.007 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> QD800</td><td> 비 형광 μspheres </td><td> 800 </td><td> 7.79 × 10 6 </td><td> 4.72 × 10 6 </td><td> 3.60 × 10 4 </td><td> 1.52 × 10 4 </td><td> 0.023 </td></tr></tbody></table> 형광 및 연료와 호환 형광 나노 입자의 표 2. 확인.

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A Step Beyond BRET: Fluorescence by Unbound Excitation from Luminescence FUEL

관련 원리를 조사하고 형광 항체 타겟 조건의 다수와의 호환성을 입증하여 발광 (연료)에서 언 바운드 흥분에 의한 형광의 기초 및 응용 성을 확장.

브레 너머 단계 : 언 바운드 흥분에 의한 형광 발광에서 (연료)

Fluorescence by Unbound Excitation from Luminescence (FUEL) is a radiative excitation-emission process that produces increased signal and contrast ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

A Step Beyond BRET: Fluorescence by Unbound Excitation from Luminescence (FUEL)

11.5K 조회수.  Institut Pasteur.  관련 원리를 조사하고 형광 항체 타겟 조건의 다수와의 호환성을 입증하여 발광 (연료)에서 언 바운드 흥분에 의한 형광의 기초 및 응용 성을 확장. 

비디오: A Step Beyond BRET: Fluorescence by Unbound Excitation from Luminescence FUEL

Synthesis of Luminol

Chemical reactions can be classified as endothermic or exothermic depending on whether the reactions absorb or release heat when they change to products. The difference in energy between reactants and products is known as the enthalpy of the reaction. This is found by calculating the difference in energies between the products and the reactants, or &#916;H. If &#916;H is positive, the reaction is endothermic; if it is negative, the reaction is exothermic. While chemical reactions are traditionally thought of as a conversion of reactants into products, many reactions take place in multiple steps, forming intermediates. In chemiluminescent reactions, these intermediates transition from a high energy state to the ground state, releasing a photon of light that may be visible as the reaction progresses.
<h4>Atomic Energy Levels</h4>
Niels Bohr, a Danish physicist, proposed the theory that an electron orbiting the nucleus of the atom can occupy only certain orbits or energy levels. An atom with all of its electrons in the lowest possible energy level is said to be at its ground state. When an electron occupies an energy level higher than the ground state, the atom is in its excited state.
A key assumption in Bohr&#8217;s theory is that an electron remains in the ground state until it is disturbed. Thus, an electron is only elevated to an excited state by absorbing energy. When the electron relaxes back down to the ground state, it releases that energy. Often, this is in the form of a photon of light, whose wavelength is directly related to the energy difference between the excited and ground states.
When an electron is excited to a higher energy level by absorbing light of a certain energy or wavelength, the phenomenon is called fluorescence. This effect can be seen if you expose a laundered white T-shirt to a black light or UV-light. The characteristic glow is caused by the fluorescence of the detergent and bleaching compounds in the shirt, which make it look white under regular light.
<h4>Chemiluminescence</h4>
In a chemiluminescent reaction, an electron is excited by absorbing heat that is released during a reaction. Then, light is released when the electron relaxes back down to the ground state. The major difference between chemiluminescence and fluorescence is that the energy that excites the electrons in chemiluminescence comes directly from the reaction.
One practical application of chemiluminescence is in commercial glow sticks. A glow stick contains two separate solutions: one containing peroxide and the other containing diphenyl oxalate and a color dye. When the two solutions are mixed, which occurs upon activating the glow stick, the resulting reaction between the peroxide and diphenyl oxalate produces energy that excites the dye to a higher energy state. As the reactants are exhausted, the dye returns to the ground state and releases light. This is what gives glow sticks their characteristic color.
<h4>Luminol</h4>
Luminol is a chemical that exhibits chemiluminescent properties and is utilized in a wide range of applications, most notably in forensics. Luminol (C8H7N3O2) emits blue when it is mixed with an oxidizing agent. In the case of forensics, luminol reacts with the iron in hemoglobin, enabling forensic scientists to identify very small traces of blood.
Luminol is synthesized by the dehydration reaction of 3-nitrophthalic acid with hydrazine. The reaction is heated to remove water, and triethylene glycol is added to further increase the temperature. The nitro group of the 3-nitrophthalhydrazide is then reduced using sodium dithionite to form an amino group at high pH. In basic conditions, the 3-nitrophthalhydrazide is soluble. The addition of glacial acetic acid precipitates the luminol.
With potassium hydroxide, luminol forms a dianion. The hydroxide anions deprotonate the two hydrogens that are attached to the nitrogens in the luminol. Oxygen gas oxidizes luminol to its excited state. As it relaxes back to the ground state, it releases a blue-white light.
<h4>References</h4>
<ol>
	<li style="font-size:17px">Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2015). Chemistry and Chemical Reactivity. Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning.</li>
</ol>

Synthesis of Luminol and Chemiluminescence - Concept

루미놀의 합성

Chemical reactions can be classified as endothermic or exothermic depending on whether the reactions absorb or release heat when they change to products. ...

교육

JoVE Lab Manual

화학

Luminescence Resonance Energy Transfer to Study Conformational Changes in Membrane Proteins Expressed in Mammalian Cells

Luminescence Resonance Energy Transfer, or LRET, is a powerful technique used to measure distances between two sites in proteins within the distance range of 10-100 &#197;. By measuring the distances under various ligated conditions, conformational changes of the protein can be easily assessed. With LRET, a lanthanide, most often chelated terbium, is used as the donor fluorophore, affording advantages such as a longer donor-only emission lifetime, the flexibility to use multiple acceptor fluorophores, and the opportunity to detect sensitized acceptor emission as an easy way to measure energy transfer without the risk of also detecting donor-only signal. Here, we describe a method to use LRET on membrane proteins expressed and assayed on the surface of intact mammalian cells. We introduce a protease cleavage site between the LRET fluorophore pair. After obtaining the original LRET signal, cleavage at that site removes the specific LRET signal from the protein of interest allowing us to quantitatively subtract the background signal that remains after cleavage. This method allows for more physiologically relevant measurements to be made without the need for purification of protein.

We describe here an improved Luminescence Resonance Energy Transfer (LRET) method where we introduce a protease cleavage site between the donor and acceptor fluorophore sites. This modification allows us to obtain specific LRET signals arising from membrane proteins of interest, allowing for the study of membrane proteins without protein purification.

발광 공명 에너지는 포유 동물 세포에 표현 막 단백질의 구조 변화를 연구에 전송

Luminescence Resonance Energy Transfer, or LRET, is a powerful technique used to measure distances between two sites in proteins within the distance range ...

연구

생체공학

Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy

By focusing low-intensity ultrasound pulses that penetrate soft tissues, LIPUS represents a promising biomedical technology to remotely and safely manipulate neural firing, hormonal secretion and genetically-reprogrammed cells. However, the translation of this technology for medical applications is currently hampered by a lack of biophysical mechanisms by which targeted tissues sense and respond to LIPUS. A suitable approach to identify these mechanisms would be to use optical biosensors in combination with LIPUS to determine underlying signaling pathways. However, implementing LIPUS to a fluorescence microscope may introduce undesired mechanical artefacts due to the presence of physical interfaces that reflect, absorb and refract acoustic waves. This article presents a step-by-step procedure to incorporate LIPUS to commercially-available upright epi-fluorescence microscopes while minimizing the influence of physical interfaces along the acoustic path. A simple procedure is described to operate a single-element ultrasound transducer and to bring the focal zone of the transducer into the objective focal point. The use of LIPUS is illustrated with an example of LIPUS-induced calcium transients in cultured human glioblastoma cells measured using calcium imaging.

Low-Intensity Pulsed Ultrasound Stimulation (LIPUS) is a modality for non-invasive mechanical stimulation of endogenous or engineered cells with high spatial and temporal resolution. This article describes how to implement LIPUS to an epi-fluorescence microscope and how to minimize acoustic impedance mismatch along the ultrasound path to prevent unwanted mechanical artefacts.

형광 현미경과 초음파 자극에 초점을 맞춘 멀티플렉싱

By focusing low-intensity ultrasound pulses that penetrate soft tissues, LIPUS represents a promising biomedical technology to remotely and safely ...

공학

Bioluminescent Optogenetics 2.0: Harnessing Bioluminescence to Activate Photosensory Proteins In Vitro and In Vivo

Bioluminescence - light emitted by a luciferase enzyme oxidizing a small molecule substrate, a luciferin - has been used in vitro and in vivo to activate light-gated ion channels and pumps in neurons. While this bioluminescent optogenetics (BL-OG) approach confers a chemogenetic component to optogenetic tools, it is not limited to use in neuroscience. Rather, bioluminescence can be harnessed to activate any photosensory protein, thus enabling the manipulation of a multitude of light-mediated functions in cells. A variety of luciferase-luciferin pairs can be matched with photosensory proteins requiring different wavelengths of light and light intensities.
Depending on the specific application, efficient light delivery can be achieved by using luciferase-photoreceptor fusion proteins or by simple co-transfection. Photosensory proteins based on light-dependent dimerization or conformational changes can be driven by bioluminescence to effect cellular processes from protein localization, regulation of intracellular signaling pathways to transcription. The protocol below details the experimental execution of bioluminescence activation in cells and organisms and describes the results using bioluminescence-driven recombinases and transcription factors. The protocol provides investigators with the basic procedures for carrying out bioluminescent optogenetics in vitro and in vivo. The described approaches can be further extended and individualized to a multitude of different experimental paradigms.

Bioluminescent Optogenetics 2.0: Harnessing Bioluminescence to Activate Photosensory Proteins In Vitro and In Vivo

Bioluminescence-light emitted by a luciferase enzyme oxidizing a small-molecule substrate, a luciferin-can be harnessed to activate photosensory proteins, thereby adding another dimension to light stimulation and enabling the manipulation of a multitude of light-mediated functions in cells across temporal and spatial scales.

생체 발광 광유전학 2.0 : 생체 발광을 활용하여 체외 및 생체 내에서 광감각 단백질을 활성화 합니다.

Bioluminescence - light emitted by a luciferase enzyme oxidizing a small molecule substrate, a luciferin - has been used in vitro and in vivo to activate ...

생화학

A Novel Technique for Generating and Observing Chemiluminescence in a Biological Setting

Intraoperative imaging techniques have the potential to make surgical interventions safer and more effective; for these reasons, such techniques are quickly moving into the operating room. Here, we present a new approach that utilizes a technique not yet explored for intraoperative imaging: chemiluminescent imaging. This method employs a ruthenium-based chemiluminescent reporter along with a custom-built nebulizing system to produce ex vivo or in vivo images with high signal-to-noise ratios. The ruthenium-based reporter produces light following exposure to an aqueous oxidizing solution and re-reduction within the surrounding tissue. This method has allowed us to detect reporter concentrations as low as 6.9 pmol/cm2. In this work, we present a visual guide to our proof-of-concept in vivo studies involving subdermal and intravenous injections in mice. The results suggest that this technology is a promising candidate for further preclinical research and might ultimately become a useful tool in the operating room.

This protocol describes a new intraoperative imaging technique that uses a ruthenium complex as a source of chemiluminescent light emission, thereby producing high signal-to-noise ratios during in vivo imaging. Intraoperative imaging is an expanding field that could revolutionize the way that surgical procedures are performed.

생물학적 설정에서 생성 및 관측 화학 발광위한 새로운 기술

Intraoperative imaging techniques have the potential to make surgical interventions safer and more effective; for these reasons, such techniques are ...

Local Field Fluorescence Microscopy: Imaging Cellular Signals in Intact Hearts

In the heart, molecular signaling studies are usually performed in isolated myocytes. However, many pathological situations such as ischemia and arrhythmias can only be fully understood at the whole organ level. Here, we present the spectroscopic technique of local field fluorescence microscopy (LFFM) that allows the measurement of cellular signals in the intact heart. The technique is based on a combination of a Langendorff perfused heart and optical fibers to record fluorescent signals. LFFM has various applications in the field of cardiovascular physiology to study the heart under normal and pathological conditions. Multiple cardiac variables can be monitored using different fluorescent indicators. These include cytosolic [Ca2+], intra-sarcoplasmic reticulum [Ca2+] and membrane potentials. The exogenous fluorescent probes are excited and the emitted fluorescence detected with three different arrangements of LFFM epifluorescence techniques presented in this paper. The central differences among these techniques are the type of light source used for excitation and on the way the excitation light is modulated. The pulsed LFFM (PLFFM) uses laser light pulses while continuous wave LFFM (CLFFM) uses continuous laser light for excitation. Finally, light-emitting diodes (LEDs) were used as a third light source. This non-coherent arrangement is called pulsed LED fluorescence microscopy (PLEDFM).

In the heart, molecular events coordinate the electrical and contractile function of the organ. A set of local field fluorescence microscopy techniques presented here enables the recording of cellular variables in intact hearts. Identifying mechanisms defining the cardiac function is critical in understanding how the heart works under pathological situations.

지역 필드 형광 현미경 : 본래 마음의 세포 신호 이미징

In the heart, molecular signaling studies are usually performed in isolated myocytes. However, many pathological situations such as ischemia and ...

생물학

Introduction to Fluorescence Microscopy

Fluorescence microscopy is a very powerful analytical tool that combines the magnifying properties of light microscopy with visualization of fluorescence. Fluorescence is a phenomenon that involves absorbance and emission of a small range of light wavelengths by a fluorescent molecule known as a fluorophore. Fluorescence microscopy is accomplished in conjunction with the basic light microscope by the addition of a powerful light source, specialized filters, and a means of fluorescently labeling a sample. This video describes the basic principles behind fluorescence microscopy including the mechanism of fluorescence, the Stoke&#x2019;s shift, and photobleaching. It also gives examples of the numerous ways to fluorescently label a sample including the use of fluorescently tagged antibodies and proteins, nucleic acid fluorescent dyes with, and the addition of naturally fluorescent proteins to a specimen. The major components of the fluorescence microscope including a xenon or mercury light source, light filters, the dichroic mirror, and use of the shutter to illuminate the sample are all described. Finally, examples of some of the many applications for fluorescence microscopy are shown.

Fluorescence Microscopy: Concept, Instrumentation, and Applications

형광 현미경 소개

Fluorescence microscopy is a very powerful analytical tool that combines the magnifying properties of light microscopy with visualization of fluorescence. ...

JoVE Science Education

기초 생물학

일반 실험실 기술

Photoluminescence: Fluorescence and Phosphorescence

Photoluminescence is a process where a molecule absorbs light energy and re-emits it in the form of light. This phenomenon occurs when a substance absorbs photons, promoting its electrons to higher energy level excited states, followed by a relaxation process in which the electrons return to their original ground state energy levels and emit light. Photoluminescence is widely observed in various materials, including semiconductors, and organic and inorganic compounds.
A pair of electrons in a singlet spin state occupy the same electronic ground state with opposite spins, while a triplet excited state occurs when an electron&#39;s spin is no longer paired with that of the ground state. There are two main types of photoluminescence based on the electron spin states involved: fluorescence and phosphorescence.
Fluorescence is a type of photoluminescence characterized by rapid decay time, typically ranging from nanoseconds to microseconds. In fluorescence, the excited and ground states have the same electron spin multiplicity, meaning that the electron spin remains unchanged during the transition. The process involves singlet-singlet transitions, where both the excited and ground states are singlet states where all electrons are paired.
Phosphorescence is another type of photoluminescence characterized by significantly longer decay times, extending from milliseconds to minutes. In phosphorescence, the excited and ground states have different electron spin multiplicities. The process involves triplet-singlet transitions, where the excited state is a triplet state (two unpaired electrons with parallel spins), and the ground state is a singlet state. These transitions are &#39;spin-forbidden,&#39; meaning the electron spin must change during the transition.
Both fluorescence and phosphorescence can be used in various applications, such as optical sensors, bioimaging, and organic light-emitting diodes. Photoluminescence spectra are recorded by measuring the intensity of emitted radiation in relation to either the excitation wavelength or the emission wavelength. Excitation spectra are obtained by monitoring emission at a fixed wavelength while varying the excitation wavelengths. Emission spectra are obtained by using a fixed wavelength to excite molecules.

Photoluminescence: 형광과 인광

Photoluminescence is a process where a molecule absorbs light energy and re-emits it in the form of light. This phenomenon occurs when a substance absorbs ...

JoVE Core

Analytical Chemistry

Unit 1

Introduction to Molecular Spectroscopy

KEY TERMS AND CONCEPTS

광발광: 형광 및 인광

Photoluminescence: Applications

Photoluminescence offers a wide range of applications due to its inherent sensitivity and selectivity. This technique allows for both direct and indirect analyses of the analyte. Direct quantitative analysis is possible when the analyte exhibits a favorable quantum yield for fluorescence or phosphorescence. However, an indirect analysis may be feasible if the analyte is not fluorescent or phosphorescent, or if the quantum yield is unfavorable. Indirect methods include reacting the analyte with a reagent to form a fluorescent product or measuring the decrease in fluorescence upon adding the analyte to a solution containing a fluorescent molecule.
Inorganic ions, with a few exceptions like UO2+, are generally not sufficiently fluorescent for direct analysis. These ions can be analyzed with an organic ligand to form a fluorescent or phosphorescent metal-ligand complex. Organic compounds containing aromatic rings are typically fluorescent, while aromatic heterocycles tend to be phosphorescent. If the organic analyte is not naturally fluorescent or phosphorescent, it can sometimes be incorporated into a chemical reaction to produce a fluorescent or phosphorescent product. For instance, the enzyme creatine phosphokinase can be determined by catalyzing the formation of creatine from phosphocreatine, which then reacts with ninhydrin to yield a fluorescent product of unknown structure.
Phosphorescence and fluorescence methods are complementary as strongly fluorescing compounds exhibit weak phosphorescence and vice versa. Phosphorimetry has been used to determine a variety of organic and biochemical species. However, it is not as widespread as fluorometry, possibly due to the need for low temperatures and the generally poorer precision of phosphorescence measurements. In recent years, considerable effort has been put into developing phosphorimetric methods that can be carried out at room temperature. These include methods where the analyte is bound to a solid support, such as filter paper or silica gel, or incorporated into the core of micelles or cyclodextrin molecules. In most room-temperature experiments, heavy atoms, such as Tl(I), Pb(II), Ag(I), and halide ions, are used to promote intersystem crossing.

광발광: 응용 분야

Photoluminescence offers a wide range of applications due to its inherent sensitivity and selectivity. This technique allows for both direct and indirect ...

브레 너머 단계 : 언 바운드 흥분에 의한 형광 발광에서 (연료)

요약

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생물학적 설정에서 생성 및 관측 화학 발광위한 새로운 기술

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형광 현미경 소개

Photoluminescence: 형광과 인광

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