荧光偏振原理
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。
CPL圆偏振荧光光谱仪测量原理
主要用途：圆偏振荧光在发光材料、生物蛋白、信息显示存储、电子学、非线性光学等领域有广泛的用途和应用前景，引起科学家极大的关注和兴趣。
采用圆偏振荧光光谱仪可提供分子激发态的结构信息，表征聚合物结构，成为研究有机化合物的立体构型的一个重要方法。
工作原理：光是一种电磁波，可用振动的电场和与之垂直的磁场来描述，若光波在其传播途径中具体某一点上只有一个振动方向，但振动方向随光波的传播而有规律的偏转一定角度但振幅不变，其电场矢量末端的运动轨迹为螺旋状，该螺旋的横截面为圆形，这种偏振光为圆偏振光。
人们在圆二色的基础上，发现圆偏振荧光的左、右圆偏振光的强度不同。
通常以左、右圆偏振荧光的强度差CPL=△F= FL-FR，作为圆偏振荧光的量度。
之前文献报道的圆偏振荧光检测都是在相关科研工作者自己设计和建造的仪器上进行的。
直到1972年以色列魏茨曼科技学院Steinberg和Gafni (SG) 提出图一A所示的圆偏振荧光调制测量方法，基本组成部分为：激发源、单色器、样品、光学弹性调制器、偏光片、发射单色器、光电倍增管、锁相放大器及计算机。
该方法将调制后的光电信号和PEM光学弹性调制器信号输入给锁相放大器，通过二者频率与相位锁相从荧光中提取圆偏振荧光。
1982年荷兰莱顿大学的Schippers，van den Beukle和Dekkers (SBD)提出了图一B所示的圆偏振荧光测量方法，该方法利用光子计数取代锁相放大器，解决了锁相放大器的输出不稳定问题。
其后复杂蛋白结构测量主要采用的是该方法，但是对于弱的圆偏振荧光测量还是速度很慢。
1992-1995年期间，随着TDC时间数字转换器等电子技术的发展，美国密西根大学的Schauerte，Steel，和Gafni (SSG) 进一步提出了图一C所示的圆偏振荧光直接相减测量方法。
该方法采用DGG延迟选通脉冲发生器，分别测量△F= FL-FR公式中的FL左圆偏振荧光和FR右圆偏振荧光，两者相减直接得到真正的圆偏振荧光△F，利用公式glum=2（FL-FR）/（FL+FR）求得不对称因子。
荧光偏振分析方法
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
§6.1 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
§6.1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
荧光偏振
（Fluorescence Polarization，FP）
§6.1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
多元检测方法
5. 小分子分析
Chem. Commun. 2012, 48, 10004–10006.
§6.1 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 10 1 3)1(V RT )
汞离子检测荧光偏振探针检测限达到0.2 ppb， 比传统荧光偏振方法提高3个数量级，检测时间 只需20分钟，具有良好的特异性
MAP探针
Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 8386-8389.
§6.2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
AuNP Enhancement
AuNP-DNA System 0.2 ppb
K+的作用
一. 调节机体和细胞的渗透压 二. 调节体液的酸碱平衡 三. 参与体内蛋白质和糖类的代谢 四. 维持正常的神经兴奋性和心肌运动
Analyst, 2012, 137, 2770-2773.
§6.1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
特殊结构核酸增强荧光偏振
➢ 离子和小分子检测
Chem. Commun. 2014,50, 2049-2051.
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。
荧光偏振技术原理
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
3. 核酸分析
实时监测DNA双链的形成和解链s. 2003, 31: e70.
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
4. 水解酶催化反应
实时监测蛋白酶催化过程
核酸酶检测及药物筛选
荧光偏振技术原理
Chem. Commun. 2011, 47, 4763-4765.
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
T4 polynucleotide kinase activity and inhibition
荧光偏振技术原理
J. Mater. Chem. B, 2013, 1, 2018-2021.
汞离子检测荧光偏振探针检测限达到0.2 ppb ，比传统荧光偏振方法提高2个数量级，检测 时间只需20分钟，具有良好的特异性
AuNP Enhancement
AuNP-DNA System 0.2 ppb
Quantitative Analysis
荧光偏振技术原理
DNA-DNA System
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
§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
荧光偏振技术原理
Chem. Asian J. 2014, 9, 2755-2760.
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
金纳米颗粒、硅纳米颗粒等虽然能有效增强荧光偏振值，但是 探针与纳米颗粒需要复杂的共价连接；
开发一种普适、简单的荧光偏振增强剂仍然是一个重要的任务。
荧光偏振技术原理
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
20世纪50年代Weber进一步拓展了荧光偏振理论并首次将荧光偏振用于生化 分析领域。
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。
荧光偏振技术介绍
荧光偏振技术介绍一、荧光偏振技术是啥呢？嘿，宝子们！今天来给大家唠唠荧光偏振技术这个超有趣的东西。
简单来说呢，这就是一种利用荧光分子的偏振特性来搞事情的技术哦。
想象一下，荧光分子就像一个个小小的精灵，在特定的环境里，它们的偏振状态会发生变化，而我们就可以通过观察这些变化来了解很多有用的信息呢。
这种技术在很多领域都有大用处。
比如说在生物医学领域，它可以用来研究生物大分子之间的相互作用。
像蛋白质和小分子药物之间的结合情况，通过荧光偏振技术就能看得一清二楚。
就好比给它们装上了一个超级放大镜，不管它们之间的互动有多微妙，都逃不过我们的眼睛。
在化学研究方面，它也不甘示弱哦。
可以用来分析化学物质的结构和动态变化。
那些复杂的化学分子结构，在荧光偏振技术的照耀下，就像被揭开了神秘的面纱，让化学家们能够更好地理解它们的性质。
二、荧光偏振技术的原理荧光偏振的原理其实也不是特别难理解啦。
当我们用偏振光去激发荧光分子的时候，荧光分子会发出荧光。
如果这些荧光分子是自由运动的，那么它们发出的荧光偏振方向就会比较杂乱。
但是呢，如果这些分子被束缚住了，或者和其他分子结合了，它们发出的荧光偏振方向就会比较一致。
通过检测这种偏振方向的变化，我们就能知道分子的状态啦。
这就像是一群调皮的小孩子，如果他们各自乱跑，那看起来就很杂乱无章；但如果他们手拉手站成一排，那就整齐有序多了。
而且哦，不同的荧光分子有不同的偏振特性，这就像是每个人都有自己独特的个性一样。
科学家们就可以根据这些特性来选择合适的荧光分子，用于不同的研究目的。
三、荧光偏振技术的应用实例1. 在药物研发中的应用在药物研发过程中，荧光偏振技术可是个得力助手呢。
比如说，研究人员想要知道一种新的抗癌药物是否能够准确地与癌细胞中的特定蛋白结合。
他们就可以给这种药物标记上荧光分子，然后利用荧光偏振技术来观察药物与蛋白的结合情况。
如果偏振度发生了明显的变化，那就说明药物成功地与蛋白结合了，这对于评估药物的有效性是非常重要的一步哦。
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。
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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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荧光偏振原理
荧光偏振原理是指当荧光光线经过偏振器时，其偏振方向会发生改变的现象。
荧光偏振原理的解释基于光的电磁波性质和物质的吸收与发射特性。
在一般情况下，光是一个横波，它的电矢量振动方向垂直于光传播方向。
然而，光线在通过某些材料或反射、散射时会发生偏振现象，即电矢量振动发生特定方向上的约束。
此时，我们可以用偏振器测量或控制光的偏振状态，其中偏振器可以是线偏振器、圆偏振器或椭圆偏振器。
当荧光光线经过偏振器时，偏振器会选择光电矢量振动特定方向上的分量，使
得透过偏振器的光的偏振方向与偏振器的方向相同。
荧光光线经过样品后，会激发样品中的物质，使其发射出特定波长的荧光。
这些发射的荧光有不同的振动方向，当这些荧光再次经过偏振器时，原本与偏振器方向相同的振动方向的分量会被偏振器选择透过，而与偏振器方向垂直的振动方向的分量则会被偏振器屏蔽。
因此，透过偏振器的荧光光线会产生偏振，其振动方向与偏振器的方向相同。
荧光偏振原理在科学研究和实验技术中有广泛应用。
通过分析荧光偏振可帮助
研究者了解物质分子的取向、结构和相互作用等信息。
此外，荧光偏振原理还在显微镜技术、生物医学和材料科学等领域得到应用，为我们提供了重要的研究工具和实验手段。
总之，荧光偏振原理描述了荧光光线经过偏振器时其偏振方向会发生改变的现象。
了解和应用荧光偏振原理对于深入理解物质的光学特性以及实验研究具有重要意义。