Emisión fluorescencia

Tipos de fluorescencia de emisión

La fluorescencia de emisión es un fenómeno donde los materiales absorben luz o radiación electromagnética y luego la reemiten a una longitud de onda más larga. Esto se conoce comúnmente como emisión fluorescente. Los materiales que exhiben esto se llaman fluoróforos. Los diferentes tipos de fluorescencia de emisión se discuten a continuación:

• Emisión de fluorescencia en estado estable

  Esta emisión de fluorescencia se caracteriza por una intensidad constante a lo largo del tiempo. Por lo tanto, se puede medir de forma continua. La medición se realiza utilizando un espectrómetro de fluorescencia. La emisión de fluorescencia en estado estable se utiliza ampliamente en aplicaciones bioquímicas y biomédicas debido a su simplicidad y eficiencia. Sin embargo, tiene limitaciones, especialmente cuando los fluoróforos están muy próximos entre sí.

• Emisión de fluorescencia resolvida en el tiempo

  La emisión de fluorescencia no es constante a lo largo del tiempo. En cambio, se caracteriza por una curva de decaimiento que describe la intensidad de la fluorescencia a través del tiempo. Este tipo de fluorescencia se mide utilizando contadores de fotones individuales correlacionados en el tiempo (TCSPC) o espectrómetros de fluorescencia resolvidos en el tiempo. Este tipo de emisión es beneficioso en estudios que requieren alta sensibilidad y resolución, incluyendo la identificación de múltiples fluoróforos.

• Emisión de fluorescencia por polarización

  Esta emisión de fluorescencia ocurre cuando la luz emitida está polarizada. El grado de polarización se puede medir para obtener información sobre el entorno del fluoróforo, como la viscosidad y las interacciones moleculares.

• Transferencia de energía por resonancia fluorescente (FRET)

  Este es un proceso de transferencia de energía no emisiva que ocurre entre dos moléculas fluorescentes. La molécula donadora transfiere su energía a una molécula aceptora cuando están en proximidad cercana (1-10nm). Este tipo de emisión de fluorescencia se utiliza ampliamente en el estudio de interacciones biomoleculares y puede ser usado para determinar la distancia entre dos moléculas.

• Emisión de fluorescencia por excitación multiphotón

  Esta emisión de fluorescencia ocurre cuando un fluoróforo es excitado por dos o más fotones simultáneamente. Esta técnica es popular en la imagenología biológica porque minimiza el daño a la muestra y reduce la dispersión de luz.

• Emisión de fluorescencia de apagado

  Este tipo de emisión ocurre cuando la intensidad de fluorescencia se reduce debido a varios factores. Estos incluyen la presencia de un solvente, el aumento de temperatura y las interacciones moleculares. La emisión de fluorescencia de apagado es útil en el estudio de procesos dinámicos y en la medición de concentraciones de quenchers.

Función y características de la fluorescencia de emisión

• Eficiencia cuántica: La fluorescencia de emisión, especialmente la emisión fluorescente, se puede considerar como una medida de la eficiencia del proceso. Esta es la relación entre el número de fotones emitidos y absorbidos durante el proceso de fluorescencia. La emisión de fluorescencia se puede utilizar para determinar la concentración de analitos en una muestra.
• Tiempo de vida fluorescente: La fluorescencia de emisión tiene un tiempo de vida fluorescente corto, que es el intervalo de tiempo entre la excitación y la emisión de fotones. El tiempo de vida corto varía entre nanosegundos, y se puede utilizar para diferenciar entre las señales de fluorescencia que se superponen.
• Longitud de onda: La fluorescencia de emisión emite luz a longitudes de onda específicas dependiendo del fluoróforo. La luz emitida puede ser capturada y analizada para brindar información sobre las propiedades estructurales y conformacionales de las moléculas.
• Sensibilidad: La fluorescencia de emisión es una técnica de detección muy sensible. Puede detectar bajas concentraciones de fluoróforos. Esto mejora la relación señal-ruido, lo que lleva a mejores resultados analíticos.
• Especificidad: La luz emitida puede ser filtrada para permitir longitudes de onda específicas. Esto aumenta la especificidad de la detección, minimizando así el ruido de fondo y otras interferencias.
• Rango dinámico: La fluorescencia de emisión se puede aplicar a una amplia gama de concentraciones. Esto va desde los rangos nanomolares hasta los micromolares. Esto la hace aplicable en muchos análisis bioquímicos y químicos.
• Multiplexión: Se pueden utilizar diferentes fluoróforos para generar múltiples señales fluorescentes. Esto permite la detección y análisis simultáneos de diferentes biomoléculas en una sola muestra.
• Polarización: La fluorescencia de emisión puede medir la polarización de fluorescencia. Esto proporciona información sobre las interacciones moleculares, la viscosidad y el tamaño de las moléculas. La polarización de fluorescencia se puede utilizar en ensayos.
• Sensibilidad a la temperatura: La fluorescencia de emisión puede verse afectada por la temperatura. Los cambios en la temperatura pueden derivarse de la variación en la intensidad de la fluorescencia o en la longitud de onda. Esto se puede utilizar en aplicaciones de detección de temperatura.

Escenarios de fluorescencia de emisión

El mercado global de fluorescencia de emisión está en auge. Según Statista, el tamaño del mercado global de espectroscopia de fluorescencia fue de $520 millones en 2022 y se proyecta que crecerá a $865.66 millones para 2030, con un crecimiento a una tasa compuesta anual (CAGR) del 6.72%. Una de las principales razones de este crecimiento es porque la fluorescencia de emisión tiene una amplia gama de aplicaciones en varias industrias, incluyendo la investigación, la salud, el monitoreo ambiental y más. Aquí hay algunos escenarios de uso importantes de la fluorescencia de emisión.

• Investigación Biológica y Biomédica

  La fluorescencia de emisión se utiliza ampliamente en la investigación biológica. Los científicos utilizan etiquetas o colorantes fluorescentes para marcar proteínas, ADN, ARN u otras biomoléculas específicas en células y tejidos. Cuando se exponen a longitudes de onda específicas de luz, los fluoróforos unidos a estas biomoléculas emitirán fluorescencia. Los investigadores pueden entonces visualizar y estudiar su ubicación e interacciones. La fluorescencia de emisión también se utiliza en citometría de flujo y microscopía de fluorescencia.

• Diagnósticos Médicos

  La fluorescencia de emisión se utiliza en varios procedimientos de diagnóstico. Por ejemplo, en ensayos de inmunofluorescencia, se utilizan anticuerpos etiquetados con colorantes fluorescentes para detectar antígenos específicos en muestras de pacientes. Esta técnica se utiliza ampliamente en patología y diagnóstico de enfermedades autoinmunes. La microscopía de fluorescencia permite la visualización de estructuras celulares y patógenos, ayudando en el diagnóstico de infecciones y cáncer.

• Monitoreo Ambiental

  La fluorescencia de emisión se utiliza para detectar y caracterizar diversos contaminantes ambientales. Por ejemplo, la espectroscopia de fluorescencia se puede utilizar para analizar la concentración de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) en muestras de agua o suelo. Estos compuestos son contaminantes ambientales comunes y tienen efectos adversos sobre la salud humana. La fluorescencia de emisión también se puede utilizar para medir las concentraciones de clorofila-a en cuerpos de agua, lo que es un indicador de la salud ecológica de los ecosistemas acuáticos.

• Industria de Alimentos y Bebidas

  La fluorescencia de emisión se puede utilizar para detectar y cuantificar aditivos alimentarios, contaminantes o patógenos microbiológicos. Los ensayos basados en fluorescencia pueden proporcionar resultados rápidos y sensibles para pruebas de seguridad alimentaria. La fluorescencia de emisión también se utiliza en el análisis de vino y productos lácteos, ayudando a determinar los niveles de compuestos específicos que afectan la calidad y autenticidad.

• Ciencia de Materiales y Nanotecnología

  La fluorescencia de emisión se utiliza para estudiar las propiedades ópticas de los materiales, especialmente de los nanomateriales. Al analizar la emisión de fluorescencia, los investigadores pueden obtener información sobre la estructura electrónica y los efectos de tamaño de las nanopartículas. Los nanomateriales fluorescentes también se utilizan en el desarrollo de sensores y sondas de bioimagen.

Cómo elegir fluorescencia de emisión

Antes de elegir el filtro de emisión fluorescente adecuado para una aplicación específica, es crucial considerar algunas cosas. Estos incluyen:

• Requerimientos de Aplicación

  Lo primero a considerar son las necesidades de la aplicación. Esto implica determinar los colorantes fluorescentes específicos utilizados y las longitudes de onda de excitación y emisión correspondientes. También incluye establecer si el objetivo principal es maximizar la intensidad de la señal, minimizar el ruido de fondo o analizar múltiples fluoróforos. Esto se debe a que diferentes aplicaciones tienen diferentes especificaciones de filtro. Por lo tanto, entender los requisitos asegura la selección de un conjunto de filtros que mejore óptimamente la fluorescencia deseada.

• Compatibilidad de Longitud de Onda

  Lo siguiente a considerar es si los filtros son compatibles con las longitudes de onda de excitación y emisión. Esto asegura una eficiente transmisión de luz y detección de señales. Por lo tanto, es esencial asegurarse de que las longitudes de onda centrales y los anchos de banda de los filtros se alineen con los picos de excitación y emisión específicos del fluoróforo.

• Calidad Óptica

  También es importante verificar la calidad óptica de los filtros. Esto incluye verificar parámetros como la planitud de la superficie, la eficiencia de transmisión y la calidad del recubrimiento óptico. Los filtros de alta calidad mejoran el contraste y la resolución de la imagen.

• Durabilidad y Facilidad de Uso

  Al comprar filtros de fluorescencia en venta, es importante verificar su facilidad de uso y durabilidad. Esto incluye comprobar cómo se pueden montar y su susceptibilidad a rasguños y contaminantes. Los filtros de fluorescencia que son fáciles de usar y duraderos proporcionan un rendimiento constante a lo largo del tiempo.

• Costo y Soporte del Fabricante

  Lo último a considerar es el costo de los filtros de emisión fluorescente. Es importante encontrar un equilibrio entre la calidad del filtro y el presupuesto. También es importante considerar el soporte del fabricante. Elija un proveedor que ofrezca soporte técnico y orientación completa para la selección y uso óptimos de los filtros.

Preguntas y respuestas sobre fluorescencia de emisión

Q1: ¿Cuáles son las limitaciones de la fluorescencia de emisión?

A1: La fluorescencia de emisión tiene algunas limitaciones. Por ejemplo, puede ser limitada al usar moléculas de fondo altamente fluorescentes. Además, se limita al medir moléculas estrechamente relacionadas que tienen espectros de emisión superpuestos.

Q2: ¿Cuál es la diferencia entre fluorescencia de emisión y fluorescencia de excitación?

A2: En la fluorescencia de emisión, se mide la luz emitida, mientras que en la fluorescencia de excitación, se utiliza una fuente de luz para excitar la muestra y se mide la luz que se emite para obtener el espectro de excitación.

Q3: ¿Cómo se calcula la emisión de fluorescencia?

A3: La emisión total de fluorescencia se puede calcular sumando todas las emisiones de cada uno de los picos de emisión. Se puede usar la fórmula F = F1 + F2 + ...Fn, donde F es la emisión total de fluorescencia, y Fn es la emisión en el pico n.

Q4: ¿Cuáles son las aplicaciones de la fluorescencia de emisión?

A4: La fluorescencia de emisión se utiliza en varias aplicaciones, como investigación biomédica, monitoreo ambiental y control de calidad de alimentos. También se utiliza en forense y en el estudio de proteínas y ácidos nucleicos.