荧光偏振度
荧光偏振技术介绍
62原理：当荧光分子受平面偏振光激发时，如果分子在受激发时期(对于荧光素约持续 4纳秒)保持静止，发射光将位于同样的偏振平面。
如果在受激发时期，分子旋转或翻转偏离这一平面，发射光将位于与激发光不同的偏振面。
如果用垂直的偏振光激发荧光素，可以在垂直的和水平的偏振平面检测发射光光强(发射光从垂直平面偏向水平平面的程度与荧光素标记的分子的迁移率有关)。
如果分子很大，激发时发生的运动极小，发射光偏振程度较高。
如果分子小， 分子旋转或翻转速度快，发射光相对于激发光平面将去偏振化。
如图2.图2 荧光偏振检测原理任何物质都处于不断运动当中，液态环境中的荧光分子也不例外。
因此当受到偏振光激发时，荧光分子的运动状态例如旋转、翻转、相互结合、排斥、溶液的粘度、温度等这些因素都有可能对这个荧光因子受激发后发出的偏振光的性质产生影响。
对此进行分析比较，有可能揭开物质活动的内在规律，达到研究目的，“荧光偏振”。
近年来，以这种物理学现象为基础的技术在生命科学研究的多个领域中扮演着越来越重要的角色。
因此，我们可以看到，以荧光偏振为基础发展的技术可用来研究生命科学中分子之间的相互作用，以及分子与所处环境——“小”至核酸和蛋白结构，“大”至整个细胞——的相互作用。
相对于传统研究方法，荧光偏振技术在溶液中进行，可最大程度的模拟真实生命环境；利用它，可以实时跟踪监测分子间结合/分离的变化，并解决一直以来困扰荧光技术使用者们对于荧光无法定量的烦恼。
最为重要的是，相对于一直被人们使用的放射性同位素研究方法，它更为安全可靠，不会在实验过程中对研究者造成威胁，也不会产生难以处理的具有放射性的废弃物。
此外，荧光偏振所需的样品量少，灵敏度高，重复性好，操作简便。
概述光由微小的波构成，光波可以在任何一个平面上均匀的振动。
当其通过某些平面时，有可能因受到平面的作用将光波的能量分成不均匀的光束，振动平面也就发生了变化，可能在某一个方向的振动强或弱于其他平面，这种光称为偏振光。
荧光偏振与荧光偏振免疫分析法
荧光偏振与荧光偏振免疫分析法【摘要】本文简单介绍了荧光偏振原理和荧光偏振免疫分析（FPIA）的原理，并就荧光偏振及FPIA在环境、食品安全、医疗卫生和蛋白质研究等方面的实际应用进行了简单介绍和举例。
【关键词】荧光偏振免疫分析应用从1852年，Stokes首次提出“荧光（fluorescence）”一词，人们对荧光现象的研究就不断深入，并发展出了荧光分析技术，荧光分析是指利用一些物质被电磁辐射激发后产生反映该物质特性的荧光而对该物质进行定性定量分析的方法。
随着相关理论和仪器的发展，荧光分析的手段和技术水平也不断发展，现在荧光分析以其高灵敏度、高选择性、低样品用量、方法简便等诸多优点，在化学、医药、环境、信息、生命科学等领域被人们广泛使用。
基于荧光偏振发展的荧光偏振免疫分析法是荧光分析中一个重要的组成部分。
一、荧光偏振原理荧光偏振的原理最初是1920年由Perrin建立的。
溶液中荧光分子受偏振光激发，如激发时分子保持静止，则发射的荧光仍有偏振性，且如分子分子旋转或翻转，发射荧光的偏振平面会不同于激发光偏振平面。
虽然实际测量常得消偏振的荧光，但荧光偏振技术有着重要应用[1]。
荧光偏振光强度P定义为：P=（I⊥-I∥）/（I⊥+I∥）其中，I⊥和I∥表示荧光子被激发后，发射光在垂直和水平方向上的强度。
对于荧光偏振仪器，检测到的荧光强度：P=（Ivv-G×Ivh）/（Ivv+G×Ivh）式中，下标分别代表起偏器和检偏器方向，v为垂直方向，h为水平方向，G 为校正因子，G=Ihv/Ihh。
荧光偏振光强度P与测定体系中各因素的关系可用Perrin方程表示:（1/P-1/3）=1/P0+（1/P0+1/3）（RT/V）(τ/η)其中，P0为极限荧光偏振光强度，R为气体常数，T为绝对温度，V为摩尔分子体积，τ为荧光寿命，η为溶液的粘度。
由上式知当溶液的温度和粘度都固定时，P值主要取决于荧光子的分子体积。
荧光偏振就大
1867年：Goppelsroder
AL 与桑色素的配合测定AL 的含量
1880：Liebeman
提出“荧光与化学结构关系”的经验法则 为荧光技术的开发应用拉开了序幕
二 荧光与荧光光谱
（一） 荧光的产生 （二）荧光光谱与吸收光谱
（一） 荧光的产生
1 分子的能量态
在光学分析中涉及的分子能量有： Eo=Ee+ Ev + Er
荧光衰减为原来激发时最大荧光强度的1/e所需要的时间
I=I0e-kt , =1/k 分子所处的环境 有无淬灭 有无能量转移 有无分子间相互作用
影响因素
5 荧光探剂
(1)具有环状共轭双键即π电子系统
(2)量子产率随环境变化，而且变化很大 (3) 能产生稳定荧光的小分子 藻胆蛋白phycobiliprotein 绿色荧光蛋白Green Fluorescent Protein (4) 与研究对象的特定基团共价结合或与蛋白质非共价 结合
2、矿物的发光机理
矿物的发光是矿物能量的一种转换过程，物体受激发吸收能量而跃迁至激发态 （非稳定态）在反回到基态的过程中，以光的形式放出能量。
一 荧光的发现
1575：N.Monardes
Lignum Nephriticum
1852：Stokes
分光计
植物抽提液、矿物、夜明珠、叶绿素、奎宁
借用萤石的（Fluospar）发光现象而推演，荧光 Fluorescence
Ee：价电子运动能, electron
Ev：原子在平衡位置附近的振动,vibration
Er：分子绕其重心的转动能, rotation 其中，Ee > Ev > Er
（一） 荧光的产生
2 分子的能级Energy Levels与跃迁Transition
荧光偏振技术介绍
62原理：当荧光分子受平面偏振光激发时，如果分子在受激发时期(对于荧光素约持续 4纳秒)保持静止，发射光将位于同样的偏振平面。
如果在受激发时期，分子旋转或翻转偏离这一平面，发射光将位于与激发光不同的偏振面。
如果用垂直的偏振光激发荧光素，可以在垂直的和水平的偏振平面检测发射光光强(发射光从垂直平面偏向水平平面的程度与荧光素标记的分子的迁移率有关)。
如果分子很大，激发时发生的运动极小，发射光偏振程度较高。
如果分子小， 分子旋转或翻转速度快，发射光相对于激发光平面将去偏振化。
如图2.图2 荧光偏振检测原理任何物质都处于不断运动当中，液态环境中的荧光分子也不例外。
因此当受到偏振光激发时，荧光分子的运动状态例如旋转、翻转、相互结合、排斥、溶液的粘度、温度等这些因素都有可能对这个荧光因子受激发后发出的偏振光的性质产生影响。
对此进行分析比较，有可能揭开物质活动的内在规律，达到研究目的，“荧光偏振”。
近年来，以这种物理学现象为基础的技术在生命科学研究的多个领域中扮演着越来越重要的角色。
因此，我们可以看到，以荧光偏振为基础发展的技术可用来研究生命科学中分子之间的相互作用，以及分子与所处环境——“小”至核酸和蛋白结构，“大”至整个细胞——的相互作用。
相对于传统研究方法，荧光偏振技术在溶液中进行，可最大程度的模拟真实生命环境；利用它，可以实时跟踪监测分子间结合/分离的变化，并解决一直以来困扰荧光技术使用者们对于荧光无法定量的烦恼。
最为重要的是，相对于一直被人们使用的放射性同位素研究方法，它更为安全可靠，不会在实验过程中对研究者造成威胁，也不会产生难以处理的具有放射性的废弃物。
此外，荧光偏振所需的样品量少，灵敏度高，重复性好，操作简便。
概述光由微小的波构成，光波可以在任何一个平面上均匀的振动。
当其通过某些平面时，有可能因受到平面的作用将光波的能量分成不均匀的光束，振动平面也就发生了变化，可能在某一个方向的振动强或弱于其他平面，这种光称为偏振光。
荧光偏振技术原理PPT
回目录
荧光偏振技术原理与仪器及其应用
1 传统荧光偏振技术及发展情况概述 2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
回目录
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
非偏振光原理图
光的偏振性
自然光在各个方向 振动是均匀分布的
偏振光原理图
一束光线都在同一 方向上振动
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§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
纳米二氧化硅颗粒增强荧光偏振探针
Chem. Commun. 2012, 48, 7480-7482.
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§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
核酸酶检测及药物筛选
Chem. Commun. 2011, 47, 4763-4765.
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§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
T4 polynucleotide kinase activity B, 2013, 1, 2018-2021.
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§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
聚乙烯纳米颗粒增强荧光偏振信号放大分析方法
Chem. Asian J. 2014, 9, 2755-2760.
20世纪80年代，随着荧光探针和荧光偏振分析仪器商业化，荧光偏振技术在 生命科学等各个领域扮演越来越重要的角色。
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§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
荧光偏振分析的一般步骤
• 利用荧光偏振的原理，通过检测荧光素标记的小分子与其它分子相互作用前 后分子量的变化，计算水平方向及垂直方向的荧光值作相关分析。
Anal. Bioanal. Chem. 2011, 401, 3229-3234.
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§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
荧光偏振免疫分析
荧光偏振免疫分析具有高灵敏度、高特异性和低检测限等优点，能够实现快速、准确地定量检测目标 物质。此外，该技术还具有操作简便、样本用量少等优点，使得其在生物医学领域中具有广泛的应用 前景。
02
荧光偏振免疫分析技术
荧光物质与标记技术
荧光物质
荧光物质是一种能够在特定波长光激发下发出荧光的物质，常用于荧光偏振免疫 分析中的标记物。常见的荧光物质包括荧光素、量子点、荧光染料等。
数据处理
数据处理是对检测到的信号进行解析、计算和分析的过程。通过建立数学模型和算法，将荧光信号转化为待测物 质的浓度或活性。数据处理还包括对实验数据的统计、分析和可视化，以提供准确的实验结果和可靠的结论。
荧光偏振免疫分析的优缺点
优点
高灵敏度、高特异性、操作简便、可 定量检测等。
缺点
对实验条件要求较高、仪器设备昂贵 、需要专业操作人员等。
通过病毒与细菌检测，有助于疾病的早期诊断、治疗监测和预防控制，对于公共卫生和疫情防控具有 重要意义。
其他医学应用
荧光偏振免疫分析在医学诊断中还有 许多其他应用，如药物浓度监测、自 身免疫性疾病的抗体检测、生物毒素 和毒素抗体的检测等。
通过这些应用，可为临床医生提供更 全面的诊断信息，有助于疾病的精准 治疗和患者管理。
100%
数据记录
记录荧光信号的变化，生成数据 曲线或表格。
80%
结果分析
根据数据曲线或表格，计算抗原 的浓度或活性，进行结果解读和 报告。
04
荧光偏振免疫分析在医学诊断中的应用
肿瘤标志物检测
肿瘤标志物是肿瘤细胞分泌或脱落到体液中的物质，可用于肿瘤 的早期发现、诊断、治疗监测和预后评估。荧光偏振免疫分析可 以检测体液中微量肿瘤标志物，为肿瘤的早期发现和治疗提供有 力支持。
荧光偏振技术原理课件PPT
5. 小分子分析
Chem. Commun. 2012, 48, 10004–10006.
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
传统荧光偏振分析技术面临的挑战： 荧光偏振变化量较小，灵敏度较低
解决的方案
P 11 3(P 101 3)1(V RT )
MAP探针 (Mass Amplifying Probe)
• 通过专用分析软件，可对检测结果进行分析，判别等工作。
荧光偏振技术的优势:
荧光偏振技术比研究蛋白质与核酸结合的传统方法具有更多优势 (特别是 不生成有害的放射性废物) 并且检测限更低，可达亚纳摩尔级范围。此外荧光 偏振是真正均相的，允许实时检测 (动力学检测)，对于浓度变化不敏感，是均 相检测形式 (中间不含洗涤步骤 ) 的最佳解决方案。
Polarized excitation
100% 0%
<100% >0%
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
如何衡量：偏振值的定义
P= +
偏振值一般以mP（毫偏）来表示
对于完全偏振发射，P = 1；对于自然光，P = 0
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
偏振值的影响参数
➢ 分子的偏振性与分子旋转弛豫时间成比例，分子旋转弛豫时间是分子转过 68.5度角时所用的时间；
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
1. 荧光偏振免疫分析
荧光偏振免疫分析法 (fluorescence polarization immunoassay，FPIA) 是一种定量免疫分析技术。
荧光偏振免疫分析原理
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
2. 蛋白质-核酸相互作用
核酸适配体 (aptamer) 是通过SELEX技术筛选得到的能与蛋白质、小分子、 金属离子等靶标结合的寡核苷酸序列，由于其易合成和修饰、稳定性好、成 本低，已广泛应用于分析应用领域
荧光偏振分析方法
02
通过实时监测荧光标记信号分 子的偏振状态，可揭示信号传 导过程中的分子事件和调控机 制。
03
荧光偏振技术还可用于研究细 胞间信号传导和细胞通讯过程 ，为理解细胞行为和生理功能 提供新的视角。
04
荧光偏振在材料科
学中应用
高分子材料结构与性能关系研究
荧光偏振用于研究高分子 链构象
通过荧光偏振技术可以观察高分子链在不同 条件下的构象变化，进而理解其物理性质和 化学性质。
数据处理
对采集到的数据进行处理和分析， 包括数据清洗、归一化、统计分 析等步骤，以提取有用的信息并 得出结论。
结果展示
将处理后的数据以图表、图像等 形式展示出来，以便更直观地理 解和解释实验结果。
03
荧光偏振在生物医
学领域应用
药物筛选与评估
1
荧光偏振技术可用于高通量药物筛选，通过测量 荧光标记药物与靶标结合后的偏振变化，快速识 别潜在活性化合物。
THANKS
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荧光偏振分析方法
目录
CONTENTS
• 荧光偏振原理及基本概念 • 荧光偏振实验技术与方法 • 荧光偏振在生物医学领域应用 • 荧光偏振在材料科学中应用 • 荧光偏振在环境监测领域应用 • 荧光偏振技术发展趋势与挑战
01
荧光偏振原理及基
本概念
荧光产生与发射过程
荧光物质吸收光能
荧光物质在受到特定波长的光照射时，会吸收光能并激发电子从 基态跃迁到激发态。
01
利用荧光偏振技术可以快速筛选具有特定功能的材料，如发光
材料、光电材料等。
荧光偏振用于功能材料性能优化
02
通过荧光偏振技术可以研究功能材料的性能与结构之间的关系，
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荧光偏振度
1. 什么是荧光偏振度？
荧光偏振度是描述荧光分子在激发态和基态之间发生跃迁时所产生的偏振光的性质的一个参数。
它可以用来衡量荧光分子在不同方向上发射的光的强度差异，从而反映分子在激发态和基态之间跃迁的选择性。
2. 荧光偏振度的测量方法
2.1 偏振荧光显微镜
偏振荧光显微镜是一种常用的测量荧光偏振度的方法。
通过使用偏振片和分析片，可以选择性地过滤掉特定方向上的偏振光，从而实现对样品中发射出的荧光信号进行测量。
2.2 荧光极化法
荧光极化法是另一种常用的测量荧光偏振度的方法。
它利用样品中荧光分子在激发态和基态之间跃迁时所产生的偏振性质。
通过测量样品中垂直和水平方向上的荧光信号强度，可以计算出荧光偏振度。
2.3 其他方法
除了偏振荧光显微镜和荧光极化法，还有一些其他的方法可以用来测量荧光偏振度，如荧光共振能量转移、荧光寿命测量等。
这些方法在不同的实验条件下具有不同的优势和适用性。
3. 荧光偏振度的应用
3.1 生物医学研究
荧光偏振度在生物医学研究中有着广泛的应用。
它可以用来研究蛋白质的结构和功能，通过测量蛋白质中色氨酸和酪氨酸的荧光偏振度，可以获取它们在分子水平上的信息。
3.2 材料科学
在材料科学领域，荧光偏振度也被广泛应用于材料表征和分析。
在液晶材料研究中，通过测量液晶分子中发射出的荧光信号的偏振性质，可以了解到液晶分子排列的方向和有序程度。
3.3 光电子学
荧光偏振度在光电子学领域也有重要的应用。
在液晶显示技术中，荧光偏振度可以用来控制液晶分子的排列方向，从而实现液晶显示器的图像显示。
4. 荧光偏振度的影响因素
荧光偏振度受到多种因素的影响，包括荧光分子的结构、环境条件以及测量方法等。
这些因素对荧光偏振度的影响需要进行详细的研究和分析。
5. 结论
荧光偏振度是描述荧光分子在激发态和基态之间发生跃迁时所产生的偏振光性质的一个重要参数。
通过不同的测量方法和应用领域，我们可以深入了解荧光偏振度在生物医学研究、材料科学和光电子学等领域中的应用价值。
我们还需要进一步研究和理解影响荧光偏振度的因素，以提高测量精确性和应用效果。