LUMINISCENČNÍ metody. Petr Breinek

Podobné dokumenty
Chromatografie. Petr Breinek

Fluorescence (luminiscence)

DELFIA Dissociation-Enhanced Lanthanide Fluorescent ImmunoAssay

FRET FRET. FRET: schéma. Základní vztahy. Základní vztahy. Fluorescence Resonance Energy Transfer

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

FIA fluorescenční imunoanalýza (fluorescence immuno-assay) CIA chemiluminiscenční imunoanalýza

Luminiscenční analýza Použití luminiscenční spektroskopie v analytické chemii

FLUORESCENČNÍ MIKROSKOP

Luminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)

7. Měření fluorescence při excitaci kontinuálním světlem ( steady-state )

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

Automatické imunochemické analyzátory

Barevné principy absorpce a fluorescence

KOMPLEXY EUROPIA(III) LUMINISCENČNÍ VLASTNOSTI A VYUŽITÍ V ANALYTICKÉ CHEMII. Pavla Pekárková

Barevné principy absorpce a fluorescence

ení s chemickými látkami. l rní optiky

Využití a princip fluorescenční mikroskopie

Fluorescenční mikroskopie

Imunochemické techniky. Miroslava Beňovská

Spektrometrické metody. Luminiscenční spektroskopie

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

FLUORIMETRICKÉ STANOVENÍ FLUORESCEINU

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

Metoda Live/Dead aneb využití fluorescenční mikroskopie v bioaugmentační praxi. Juraj Grígel Inovativní sanační technologie ve výzkumu a praxi

6. Metody molekulové spektroskopie spektrofotometrie, luminiscenční metody

Jaromír Šrámek, LF UK 2006/07

Katedra laboratorních metod LF MU Mgr. Jana Gottwaldová

DELFIA. RNDr. Alena Mikušková. FN Brno Pracoviště dětské medicíny, OKB

F l u o r e s c e n c e

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii

Zdroje optického záření

Zoologická mikrotechnika - FLUORESCENČNÍ MIKROSKOPIE

GENEROVÁNÍ TĚKAVÝCH SLOUČENIN V AAS

Stručný úvod do spektroskopie

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie. UV-vis oblast. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ SPEKTROMETRIE V UV/Vis OBLASTI SPEKTRA

Vybrané spektroskopické metody

(Návod k praktiku) Produkty. I.typ II.typ. X 1 Σ + g nm nm. Kyslík

Luminiscence. Luminiscence = studené světlo Inkandescence = teplé světlo

Luminiscenční spektroskopické metody

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Imunoreakce se značenými protilátkami

Fluorescenční mikroskopie. principy a použití

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Barevné hry se světlem - co nám mohou říci o biomolekulách?

METODY STUDIA PROTEINŮ

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

P. Schneiderka, Ústav patologické fyziologie LFUP a OKB FN Olomouc

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

HPLC - Detektory A.Braithwaite and F.J.Smith; Chromatographic Methods, Fifth edition, Blackie Academic & Professional 1996 Colin F. Poole and Salwa K.

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Typy přechodů. Luminiscence a struktura látek E. Základní pravidla. Struktura organických molekul a luminiscence základní pravidla

Imunochemie. Doc. MUDr. Petr Schneiderka, CSc. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

Automatické imunochemické analyzátory

Barevné hry se světlem - co nám mohou říci o biomolekulách?

13. Spektroskopie základní pojmy

Fluorescenční mikroskopie

DETEKTORY pro kapalinovou chromatografii. Izolační a separační metody, 2018

Využití a princip fluorescenční mikroskopie

Anizotropie fluorescence

ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ SPEKTROMETRIE V UV/Vis OBLASTI SPEKTRA

Optická konfokální mikroskopie a mikrospektroskopie. Pavel Matějka

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Fluorescenční sondy. Fluorescenční sondy. Indikátory pro anorganické ionty. Fluorescenční sondy pro využití v analytické chemii, medicíně a biologii

Fluorescenční rezonanční přenos energie

1. Principy fluorescenční spektroskopie

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ SPEKTROMETRIE V UV/VIS OBLASTI SPEKTRA

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

IMUNOFLUORESCENCE. Mgr. Petr Bejdák Ústav klinické imunologie a alergologie Fakultní nemocnice u sv. Anny a Lékařská fakulta MU

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

ANALYTICKÉ METODY STOPOVÉ ANALÝZY

Principy a instrumentace

Nové metody v průtokové cytometrii. Vlas T., Holubová M., Lysák D., Panzner P.

Výběr fluoroforu.

Úloha č. 1: CD spektroskopie

Fyzikální podstata DPZ

Kolektiv autorů. Editoři: Marie Karlíková, Ondřej Topolčan. Protilátka a antigen. Zdroj:


METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Metody analýzy povrchu

Metody analýzy povrchu

Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie

Dokumentace projektu. Fotoluminiscence. Autorky: Kateřina Limburská, Tereza Fleková Vedoucí projektu: Zdeněk Polák

Fluorescenční spektroskopie

Doporučená literatura

Radioimunolýza (RIA)

Otázky k předmětu Optické spektroskopie 1

Glukóza, glykovaný hemoglobin, glykované proteiny. Glykované proteiny mechanismus glykace, stanovení ve formě formazanů.

Transkript:

LUMINISCENČNÍ metody Petr Breinek Luminiscence _ 2013

Bioluminiscence v přírodě Světlušky, medúzy, dřevokazné houby, hlubokomořské ryby,

světluška Světluška princip: oxidace luciferinu Luciferin + ATP Luciferyl adenylát (enzym luciferáza) Luciferyl adenylát Oxyluciferin + AMP + CO 2 + světlo Reakcí jedné molekuly luciferinu je produkován jeden foton o vlnové délce odpovídající namodralému světlu. Při reakci se pouhé 4 % energie mění na energii tepelnou a zbytek, tedy 96 % energie je vyzářen. Světluška je tedy daleko účinnější zářič než běžná výbojka, která má tento poměr 9:1 (tedy jen 10 % energie přechází na světlo).

Luminiscence je jev, při kterém vzniká světlo (fotony) po předchozím dodání energie (excitaci) materiálu (luminoforu) Luminiscence je charakteristická svojí dobou trvání, která o několik řádů převyšuje doby života termálních kmitů (záření černého tělesa), t.j. tepelné záření není luminiscence! SVĚTLO EXCITAČNÍ záření EMITOVANÉ záření LUMINISCENCE LUMINOFOR/ FLUOROFOR TEPLO

Rozdělení luminiscence podle zdroje excitace Fotoluminiscence - absorpce energie ve formě světla Chemiluminiscence a bioluminiscence - zdrojem energie je chemická reakce Elektroluminiscence zdrojem je el. proud; Katodoluminiscence zdrojem je proud elektronů ; Thermoluminiscence; Radioluminiscence zdrojem je radioaktivní záření; Mechanoluminiscence zdrojem je mechanická energie; Krystaloluminiscence krystalizace je doprovázena luminiscencí; další zdroje 5

Stanovované analyty Porfyriny Hormony Tumorové markery Kostní markery Srdeční markery Vitamíny Léky Prokalcitonin, Výhody: vysoká citlivost

Luminofory/fluorofory jsou molekuly nebo jejich části, které vyzařují luminiscenční záření (fluoreskují) Přirozené Analytické (fluorescenční značky nebo sondy)

Přirozené luminofory/fluorofory Polyaromatické uhlovodíky Vitamin A, E FAD, FMN (450/525 nm) x FADH, FMNH NADH (340/460 nm) x NAD + Karoteny Chinin Steroidy Aromatické aminokyseliny Nukleotidy Fluoreskující proteiny - GFP (green fluorescent protein )

Nositelé Nobelovy ceny 2008 za chemii Osamu Shimomura jako první izoloval zelený fluoreskující protein z medúzy Aequorea victoria (GFP) Martin Chalfie první prakticky využil fluorescenčního proteinu (značení neuronů pro hmatové receptory) Roger Y. Tsien objasnil fluorescenční mechanizmus GFP a různými modifikacemi rozšířil paletu barev (emitovaného záření)

Struktura GFP Protein má celkem 238 aminokyselin (26,9 kda) GFP obsahuje běžné aminokyseliny, ale ve slunečním světle jeví lehce nazelenalou fluorescenci (kolem 500 nm), stejně jako živá Aequorea Victoria v moři... Klíčová sekvence (Ser- Tyr-Gly) se nachází uvnitř plechovky

Použití GFP v chemii a biologii Lze připravit protein, který obsahuje sekvenci (např. Ser-Tyr-Gly) Sekvenci z DNA medusy, která je zodpovědná za tvorbu GFP lze vpravit do DNA jiného organismu, např. i savce...

Použití GFP v chemii a biologii Nejde o bioluminiscenci (chemiluminiscenci), ale o fotoluminiscenci (excitace lampou, nebo laserem) obecně lepší rozlišení při sledování mikroskopem sledování genové exprese medicína a biologie: sledování metastáze tumoru

Analytické luminofory/fluorofory Luminol, isoluminol Fluorescein Methylumbelliferon (MU) Akridin a jeho estery Adamantyl dioxetan Cheláty lanthanoidů (Europium) Nejčastěji jsou navázány jako značka (na protilátky nebo antigeny) nebo jsou použity jako substrát.

Luminol (5-aminoftalhydrazid) 2H 2 O 2 = 2 H 2 O + O 2 (peroxidasa) Luminol + 2H 2 O +O 2 aminoftalát + N 2 +3H 2 O+ světlo (1928) oxidace v bazickém prostředí příklad použití: intenzivní reakce s hematinem detekce krevních skvrn)

Fluorescein C OOH R H O O O fluorescein

Methylumbelliferon (MU) MUP MU + P + luminiscence 4-metylumbelliferyl fosfát 4-metylumbelliferon + fosfát + luminiscence (defosforylace substrátu)

Rychlost tvorby MU je přímo úměrná koncentraci analytu. Zdroj světla - rtuťová výbojka, = 365 nm Fluorescence vybrána vlnová délka 448 nm Měří se rychlost přeměny MUP na MU Kalibrací se vypočítá směrnice kalibrační závislosti a její převedení na koncentraci analytu.

Akridin a estery akridinu Ester akridinu Akridin + světlo N + O O Akridin phenyl ester

Chemiflex (Abbott) Patentovaný ester akridinu akridinium(n-sulfonyl)karboxamid Sloučenina je velmi stálá Reakce: - oxidace v kyselém prostředí (ph=2; HNO 3 a H 2 O 2 ) - změna prostředí na zásadité (NaOH) - vznik nestabilní N-sulfonylpropylakridon v excitovaném stavu - při přechodu do stabilní formy se uvolní CO 2 a energie v podobě světla (430nm)

Lumigen (Siemens, DPC) Fosfátový ester adamantyl dioxetanu Reakce: - defosforylace substrátu účinkem ALP - vznik nestabilního meziproduktu v excitovaném stavu - při jeho tvorbě je emitován tok fotonů

Luminiscence lanthanoidů Některé komplexy Ln(III) mají velmi neobvyklé spektrální vlastnosti: dlouhý čas vyhasínání luminiscence Stokesův posun může být i více než 100 nm emisní spektrum obsahuje ostré píky 21

Fotoluminiscence Podle dosvitu sekundárního záření dělíme fotoluminiscenci na: Fluorescenci (10-9 -10-5 s ) Fosforescenci (10-2 s až dny) Absorpce primárního záření v oblasti gama, rentgenového, ultrafialového nebo viditelného spektra Fluorimetrie absorpce UV záření

Přístrojová technika Zdroj exitačního záření (Hg výbojka, halogenové výbojky, Xe výbojka, lasery). Filtr (Woodův fitr skla s příměsí NiO, CuO, CoO). Měřicí prostor Interferenční filtr propouštějící fluorescenční signál. Detektor

Fluorescence 24

Měření fluorescence Fluorimetry Spektrofluorimetry Fluorescenční skenery Fluorescenční mikroskopy Průtokové cytometry zdroj excitační monochromátor vzorek emisní monochromátor detektor čtecí zařízení

Veličiny fluorescence Kvantový výtěžek poměr počtu vyzářených kvant fluorescence k počtu pohlcených fotonů Doba života doba mezi pohlcením kvanta budícího záření a vyzářením kvanta fluorescence Polarizace (anizotropie) může dát informaci o pohyblivosti molekuly fluorescenční látky v daném prostředí

Emisní spektrum 27

Rozdíl vlnových délek absorpčního (excitačního) a emisního maxima Emitované záření má větší vlnovou délku a tudíž nižší energii Stokesův posuv Stokesův posuv

Zhášení luminiscence luminiscenci konkuruje jiný děj, který vede k poklesu intenzity luminiscence všechny možné procesy zhášení ještě nejsou zcela vysvětleny 29

Principy fluorescenčních stanovení 1. Přímé metody měříme přirozenou fluorescenci vzorku 2. Nepřímé metody nefluoreskující vzorek přeměníme na fluoreskující derivát 3. Zhášecí metody sledujeme pokles intenzity fluorescence určitého fluoroforu, která v nastává v důsledku zhášecí schopnosti vzorku

Chemiluminiscence je vyvolána energií chemické reakce (většinou oxidace) Jednoduché přístrojové vybavení bez zdroje primárního záření, nižší vliv matrice, stanovení nižších koncentrací Elektrochemiluminiscence je modifikace chemiluminiscence, kdy luminiscence je generována chemickými reakcemi iniciovaných elektrochemicky

Chemiluminiscence A + B X* P + hν Chemická reakce Luminiscence + Molekula v základním stavu Molekula v excitovaném stavu Molekula v základním stavu

Fluorescenční imunoanalytické metody (FIA) CMIA (chemiluminiscenční imunoanalýza na mikročásticích) CHEMILUMINISCENT MICROPARTICLE IMMUNOASSAY ECLIA (elektrochemiluminiscence) FPIA (fluorescenční polarizační imunoanalýza) FLUORESCENCE POLARIZATION IMMUNOASSAY MEIA (enzymová imunoanalýza na mikročásticích) MICROPARTICLE ENZYME IMMUNOASSAY

FIA Fluoroimunoanalýza = kombinace fluorometrie s imunoanalytickými metodami, kde značkovacím činidlem je fluorescenční látka Kompetitivní FIA Naměřená fluorescence je nepřímo úměrná koncentraci stanovovaného analytu Nekompetitivní FIA (sendvičová technika) Naměřená fluorescence je přímo úměrná koncentraci stanovovaného analytu

DELFIA Dissociation-enhanced Lanthanide Fluoroimmunoassay Protilátky nebo antigeny jsou značeny cheláty lanthanoidů: Eu (europia), Sm (samaria) a Tb (terbia) Cheláty lanthanoidů vykazují velký Stokesův posun a delší dobu emise. (Pozn.: použití jako luminofor v obrazovkách barevných televizorů) Nekompetitivní sendvičová technika chráněná patentem.

Po imunochemické reakci se tento chelát přemění na fluoreskující sloučeninu Detekce záření se zpožděním (odstranění interferujícího záření) Pulzní zdroj (340nm, tisíce pulzů/s) Po každém záblesku: 400 µs prodleva 400 µs měření emitovaného záření (Nespecifická emise 10 ns)

Využití: Celoplošný laboratorní novorozenecký screening Kongenitální hypotyreóza (SKH) Snížená funkce štítné žlázy vede ke zvýšení koncentrace TSH Kongenitální adrenální hyperplazie (CAH) Defekt steroidogeneze v kůře nadledvin; nejčastěji deficit enzymu P450c21 (21-hydroxylázy) zvýšení koncentrace 17 OHP (17-0H-progesteronu) Fenylketonurie/hyperfenylalaninémie

TRACE Time Resolved Amplified Cryptate Emission Časové modulovaná detekce fluorescence Homogenní fluorescenční imunoanalýza Využití kryptandů (=sloučeniny, které fluorofor Eu 3+ váží v trisdipyridylové kleci Kryptandem je značený antigen nebo protilátka Na druhou protilátku je vázán fluorofor, který je excitován při jiné vlnové délce než Eu Imunokomplex je excitován laserem při 337 nm Energie přenesená z kryptandu na fluorofor je detekována při 665 nm jako prodloužený signál

CMIA Chemiluminiscenční imunoanalýza na mikročásticích Heterogenní imunoanalýza - separace pevnou fází Paramagnetické mikročástice Emise světla molekulou, která je produktem chemické reakce Systém není ozařován zdrojem světla.

Paramagnetické částice Krystaly kysličníků železa velký povrch magnetické vlastnosti

CMIA

FPIA Fluorescenční polarizační imunoanalýza Fluorescence Polarization Immunoassay Homogenní kompetitivní immunoanalýza, měření se provádí ve dvou polarizačních rovinách Využívá různé rychlosti rotace velkých a malých molekul, které vedou ke změně polarizace (použití pouze pro malé molekuly, např. léky) Výsledná polarizace je nepřímo úměrná koncentraci analytu ve vzorku. Fluorescence vyvolaná lineárně polarizovaným světlem je také lineárně polarizovaná

Je-li fluorofor vázán na velkou molekulu (komplex značený antigen-protilátka), nemůže volně rotovat a emitované světlo kmitá ve stejné rovině jako excitující polarizace zůstane zachována Volný fluorofor může volně rotovat, emitované světlo kmitá v jiné rovině než excitující polarizace se zeslabuje

MEIA Enzymová imunoanalýza na mikročásticích Microparticle Enzyme Immunoassay Heterogenní enzymová imunoanalýza na mikročásticích Imunokomplex značený enzymem ( ALP) Fluorogenní substrát (MUP, 4-metylumbelliferylfosfát) reaguje s enzymem (ALP) Defosforylace substrátu (MUP MU) (4-metylumbelliferon), luminiscence

MEIA

ECLIA Elektrochemiluminiscenční imunoanalýza modifikace chemiluminiscence, světlo je generováno chemickými reakcemi iniciovaných elektrochemicky Elecsys 2010 (Roche)

Cheláty ruthenia se používají jako luminiscenční značka vzniklých imunokomplexů Na platinové elektrodě je chelát Ru 2+ oxidován na Ru 3+, zároveň je tripropylamin (TPA + ) oxidován na radikál TPA + (má redukční vlastnosti), snadno redukuje Ru 3+ komplex na Ru 2+, Ru kation prochází reakcí cyklicky, nespotřebovává se, chová se jako enzym elektron z TPA přeskočí do vyšší energetické hladiny Ru kationtu, přechodem do základního stavu dojde k luminiscenci a Ru komplex je opět schopen další oxidace TPA se rozpadá na dipropylamin, je v reakci spotřebováván, slouží jako substrát

Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) není Fish jako FISH... 49

FISH Fluorescence In Situ Hybridization je cytogenetická metoda, která umožňuje detekci a lokalizaci konkrétních sekvencí DNA v chromosomech tato metoda je určená k mapování genů a sledování chromosomálních abnomalit, atd. pro detekci se využívá fluorescenční mikroskopie 50

Ukázky FISH 51