AbMole螢光染料

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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。

▲圖6. Annexin V-FITC/PI凋亡檢測

5. 活性氧探針DCFH-DA

活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）是身體正常有氧代謝的產物，含氧且性質活潑的一類物質的總稱。包含超活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）是身體正常有氧代謝的產物，是含氧且性質活潑的一類物質的總稱。因此具有很高的化學反應活性。 DCFH-DA具有較強的非極性可以自由進出細胞膜，但當它被胞內的酯酶水解後則無法透過細胞膜，並且在被ROS氧化成DCF後具有螢光發光的能力。

▲圖7. DCFH-DA檢測ROS

6. 脂質過氧化物探針

BODIPY C11 581/591可用於檢測細胞的脂質過氧化。該染料可以插入細胞膜中，如果在細胞膜中發生氧化，則該染料的多元不飽和丁二烯基部分的螢光發射峰從590 nm移動到510 nm，發綠色螢光。而在還原狀態下，BODIPY C11 581/591 十一烷酸的激發和發射最大值為581/591 nm，則會產生紅色螢光。目前，該染料是鐵死亡研究的常用產品。

在生命科學研究領域中，螢光染料扮演著重要的角色，AbMole為您推薦：

產品名稱	Cat. No	Ex/Em· 顏色	產品描述
LysoTracker Red	M21524	577/590 nm 紅色	溶小體標記
Nile Red	M5118	543/598 nm 紅色	可用於脂類及蛋白質等的染色
2-NBDG	M6327	488/542 nm 黃色	追蹤葡萄糖的攝取和代謝
MitoSOX Red	M19992	510/580 nm 紅色	粒線體標記
MitoTracker Red CMXRos	M19979	579/599 nm 紅色	粒線體標記
Rhodamine 123	M11522	508/530 nm 綠色	粒線體標記
TMRE	M9743	550/576 nm 黃色	粒線體標記
DiOC6(3) iodide	M11521	484/500 nm 綠色	粒線體膜電位檢測
TMRM Perchlorate	M9542	550/576 nm 黃色	粒線體膜電位檢測
Green DND-26	M45073	504/511 nm 綠色	溶小體標記
ER-Tracker Green	M55398	504/511 nm 綠色	內質網標記
ER-Tracker Red	M45074	587/615 nm 紅色	內質網標記
Phalloidin-TRITC	M51704	550/570 nm 紅色	F-actin蛋白標記
Phalloidin-iFluor 488 Conjugate	M21689	491/516 nm 綠色	F-actin蛋白標記
Calcein-AM	M5114	490/515 nm 綠色	活細胞標記
Fluorescein diacetate (FDA)	M5115	488/530 nm 綠色	活細胞標記
CFDA-SE	M5117	500/520 nm 綠色	細胞增殖檢測
BODIPY 493/503	M9850	493/503 nm 綠色	脂質染色
DiR iodide	M5122	748/780 nm 紅外線	細胞膜和膜性結構染色
DiI	M5120	549/565 nm 黃色	細胞膜和膜性結構染色
FM1-43	M54634	510/626 nm 紅色	細胞膜和膜性結構染色
FM4-64	M28704	558/734 nm 紅外線	細胞膜和膜性結構染色
ABDA	M31290	測400 nm吸光度	單線態氧檢測
Dihydroethidium	M9696	可變（氧化前370/420 nm；氧化後300/610 nm）	超氧化物陰離子檢測
Hydroethidine	M40970	520/600 nm 紅色	過氧化物及細胞缺氧檢測
FerroOrange	M42835	543/580 nm 橘色	亞鐵離子檢測
FeRhoNox-1 (Fe2+ indicator)	M21552	540/570 nm 黃色	亞鐵離子檢測
Fura-2 AM	M9807	336/505 nm 綠色	鈣離子檢測
Fluo-3 AM	M9960	488/526 nm 綠色	鈣離子檢測
Rhod-2 AM	M10357	552/581 nm 黃色	鈣離子檢測
Zinquin	M55292	355/491 nm 藍色	鋅離子探針
Zinpyr-1	M29845	可變（507-515/513-558 nm）	鋅離子探針
MQAE	M13793	350/460 nm 藍色	氯離子探針
BCECF-AM	M9520	488/535 nm 綠色	胞內pH檢測
IR808	M11151	782/808 nm 紅外線	產生ROS並可在腫瘤部位累積和成像
Fluorescein Sodium	M10272	490/530 nm 綠色	顯影劑
D-Luciferin potassium salt	M8873	化學發光，檢測波長560 nm 黃色	活體成像
AkaLumine hydrochloride	M13768	化學發光，檢測波長675 nm 近紅外線	螢光素類似物，可被螢光蛋白降解並發光
Indocyanine green	M3577	785/813 nm紅外線	活體成像
CY5-SE	M13775	640/670 nm 紅外線	體內外生物大分子標記
ICG-OSu	M21459	789/814 nm 近紅外線	體內外生物大分子標記
Acridine Orange hydrochloride	M6404	488/520 nm綠色	核DNA和RNA染色
FITC-Dextran	M43972	495/525 nm 綠色	生物物質追蹤
Coelenterazine	M9267	Ex&Em 顏色	超氧陰離子及過氧亞硝酸鹽檢測