Fluorescencia

Emisión de luz por una sustancia que ha absorbido luz.

Los minerales fluorescentes emiten luz visible cuando se exponen a la luz ultravioleta .

Organismos marinos fluorescentes

Ropa fluorescente utilizada en la producción de teatro con luz negra , Praga

La fluorescencia es la emisión de luz por una sustancia que ha absorbido luz u otra radiación electromagnética . Es una forma de luminiscencia . En la mayoría de los casos, la luz emitida tiene una longitud de onda más larga , y por tanto una energía fotónica menor , que la radiación absorbida. Un ejemplo perceptible de fluorescencia ocurre cuando la radiación absorbida se encuentra en la región ultravioleta del espectro electromagnético (invisible al ojo humano), mientras que la luz emitida se encuentra en la región visible ; esto le da a la sustancia fluorescente un color distintivo que sólo puede verse cuando la sustancia ha sido expuesta a la luz ultravioleta . Los materiales fluorescentes dejan de brillar casi inmediatamente cuando la fuente de radiación se detiene, a diferencia de los materiales fosforescentes , que continúan emitiendo luz durante algún tiempo después.

La fluorescencia tiene muchas aplicaciones prácticas, incluyendo mineralogía , gemología , medicina , sensores químicos ( espectroscopia de fluorescencia ), etiquetado fluorescente , tintes , detectores biológicos, detección de rayos cósmicos, pantallas fluorescentes de vacío y tubos de rayos catódicos . Su aplicación cotidiana más común es en lámparas fluorescentes ( de descarga de gas ) y lámparas LED , en las que los recubrimientos fluorescentes convierten la luz ultravioleta o azul en longitudes de onda más largas, lo que da como resultado una luz blanca que incluso puede parecer indistinguible de la de las incandescentes tradicionales, pero energéticamente ineficientes. lámpara .

La fluorescencia también ocurre con frecuencia en la naturaleza en algunos minerales y en muchas formas biológicas en todos los reinos de la vida. Esto último puede denominarse biofluorescencia , lo que indica que el fluoróforo es parte o se extrae de un organismo vivo (en lugar de un tinte o tinte inorgánico ). Pero como la fluorescencia se debe a una sustancia química específica, que en la mayoría de los casos también puede sintetizarse artificialmente, basta con describir la sustancia en sí como fluorescente .

Historia

Una taza hecha de madera del árbol narra ( Pterocarpus indicus ) junto a un matraz que contiene su solución fluorescente Lignum nephriticum .

Matlalina, la sustancia fluorescente de la madera del árbol Eysenhardtia polystachya

Una observación temprana de fluorescencia fue descrita en 1560 por Bernardino de Sahagún y en 1565 por Nicolás Monardes en la infusión conocida como lignum nephriticum ( en latín "madera de riñón"). Se deriva de la madera de dos especies de árboles, Pterocarpus indicus y Eysenhardtia polystachya . ^{[1] [2] [3] [4]} El compuesto químico responsable de esta fluorescencia es la matlalina, que es el producto de oxidación de uno de los flavonoides que se encuentran en esta madera. ^[1]

En 1819, ED Clarke ^[5] y en 1822 René Just Haüy ^[a] describieron la fluorescencia en fluoritas , Sir David Brewster describió el fenómeno de la clorofila en 1833 ^[7] y Sir John Herschel hizo lo mismo con la quinina en 1845. ^{[8] [9]}

En su artículo de 1852 sobre la "Refrangibilidad" ( cambio de longitud de onda ) de la luz, George Gabriel Stokes describió la capacidad del espato flúor y el vidrio de uranio para transformar la luz invisible más allá del extremo violeta del espectro visible en luz azul. Llamó a este fenómeno fluorescencia.

"Casi me inclino a acuñar una palabra y llamar a la apariencia fluorescencia , de espato flúor [es decir, fluorita], ya que el término análogo opalescencia se deriva del nombre de un mineral". ^{[10] (pág. 479, nota al pie)}

El nombre deriva del mineral fluorita (difluoruro de calcio), algunos ejemplos del cual contienen trazas de europio divalente, que sirve como activador fluorescente para emitir luz azul. En un experimento clave, utilizó un prisma para aislar la radiación ultravioleta de la luz solar y observó la luz azul emitida por una solución de etanol de quinina expuesta por él. ^[b]

Principios fisicos

Mecanismo

Una lente de bola de rubí encima de un puntero láser verde. El rayo verde converge en un cono dentro del cristal y se enfoca en un punto en la parte superior. La luz verde es absorbida y remitida espontáneamente como luz roja. No toda la luz se absorbe y una pequeña porción de la luz láser de 520 nm se transmite a través de la parte superior, sin verse alterada por el color rojo del rubí.

La fluorescencia ocurre cuando una molécula, átomo o nanoestructura excitada se relaja a un estado de menor energía (generalmente el estado fundamental ) mediante la emisión de un fotón sin un cambio en el espín del electrón . Cuando los estados inicial y final tienen diferente multiplicidad (espín), el fenómeno se denomina fosforescencia .

El estado fundamental de la mayoría de las moléculas es un estado singlete , denominado S ₀ . Una excepción notable es el oxígeno molecular , que tiene un estado fundamental triplete . La absorción de un fotón de energía da como resultado un estado excitado de la misma multiplicidad (espín) que el estado fundamental, generalmente un singlete (S _n con n > 0). En solución, los estados con n > 1 se relajan rápidamente hasta el nivel vibratorio más bajo del primer estado excitado (S ₁ ) transfiriendo energía a las moléculas del disolvente a través de procesos no radiativos, incluida la conversión interna seguida de relajación vibratoria, en la que la energía se disipado en forma de calor . ^[12] Por lo tanto, lo más común es que la fluorescencia se produzca a partir del primer estado excitado singlete, S ₁ . La fluorescencia es la emisión de un fotón que acompaña la relajación del estado excitado al estado fundamental. Los fotones de fluorescencia tienen menor energía ( ) en comparación con la energía de los fotones utilizados para generar el estado excitado ( ) ${\displaystyle h\nu _{ex}}$ ${\displaystyle h\nu _{em}}$ ${\displaystyle h\nu _{ex}}$

• Excitación: ${\displaystyle \mathrm {S} _{0}+h\nu _{ex}\to \mathrm {S} _{1}}$
• Fluorescencia (emisión): ${\displaystyle \mathrm {S} _{1}\to \mathrm {S} _{0}+h\nu _{em}}$

En cada caso la energía del fotón es proporcional a su frecuencia según , donde es la constante de Planck . ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle \nu }$ ${\displaystyle E=h\nu }$ ${\displaystyle h}$

El estado excitado S ₁ puede relajarse mediante otros mecanismos que no implican la emisión de luz. Estos procesos, denominados procesos no radiativos, compiten con la emisión de fluorescencia y disminuyen su eficiencia. ^[12] Los ejemplos incluyen la conversión interna , el cruce entre sistemas al estado triplete y la transferencia de energía a otra molécula. Un ejemplo de transferencia de energía es la transferencia de energía por resonancia de Förster . La relajación de un estado excitado también puede ocurrir mediante extinción por colisión , un proceso en el que una molécula (el extintor) choca con la molécula fluorescente durante su vida en estado excitado. El oxígeno molecular (O ₂ ) es un extintor extremadamente eficaz de la fluorescencia simplemente por su inusual estado fundamental triplete.

Rendimiento cuántico

El rendimiento cuántico de fluorescencia proporciona la eficiencia del proceso de fluorescencia. Se define como la relación entre el número de fotones emitidos y el número de fotones absorbidos. ^{[13] (pág. 10) [12]}

${\displaystyle \Phi ={\frac {\text{Number of photons emitted}}{\text{Number of photons absorbed}}}}$

El rendimiento cuántico de fluorescencia máximo posible es 1,0 (100 %); cada fotón absorbido da como resultado un fotón emitido. Los compuestos con rendimientos cuánticos de 0,10 todavía se consideran bastante fluorescentes. Otra forma de definir el rendimiento cuántico de la fluorescencia es mediante la tasa de desintegración del estado excitado:

${\displaystyle \Phi ={\frac {{k}_{f}}{\sum _{i}{k}_{i}}}}$

¿Dónde es la constante de velocidad de emisión espontánea de radiación y ${\displaystyle {k}_{f}}$

${\displaystyle \sum _{i}{k}_{i}}$

es la suma de todas las tasas de decadencia del estado excitado. Otras tasas de desintegración del estado excitado son causadas por mecanismos distintos de la emisión de fotones y, por lo tanto, a menudo se denominan "tasas no radiativas", que pueden incluir:

• extinción dinámica de colisiones
• Interacción dipolo-dipolo de campo cercano (o transferencia de energía de resonancia )
• conversión interna
• cruce entre sistemas

Por lo tanto, si cambia la velocidad de cualquier vía, se verán afectados tanto la vida útil del estado excitado como el rendimiento cuántico de fluorescencia.

Los rendimientos cuánticos de fluorescencia se miden comparándolos con un estándar. ^[14] La sal de quinina , sulfato de quinina en una solución de ácido sulfúrico se consideraba el estándar de fluorescencia más común, ^[15] sin embargo, un estudio reciente reveló que el rendimiento cuántico de fluorescencia de esta solución se ve fuertemente afectado por la temperatura y ya no debería utilizarse como solución estándar. La quinina en ácido perclórico 0,1  M (Φ=0,60) no muestra dependencia de la temperatura hasta 45 °C, por lo que puede considerarse como una solución estándar confiable. ^[dieciséis]

Toda la vida

Diagrama de Jablonski . Después de que un electrón absorbe un fotón de alta energía, el sistema se excita electrónica y vibratoriamente. El sistema se relaja vibratoriamente y, finalmente, emite fluorescencia a una longitud de onda más larga.

La vida útil de la fluorescencia se refiere al tiempo promedio que la molécula permanece en su estado excitado antes de emitir un fotón. La fluorescencia suele seguir una cinética de primer orden :

${\displaystyle \left[S_{1}\right]=\left[S_{1}\right]_{0}e^{-\Gamma t}}$

donde es la concentración de moléculas en estado excitado en el tiempo , es la concentración inicial y es la tasa de desintegración o la inversa de la vida útil de la fluorescencia. Éste es un ejemplo de decaimiento exponencial . Varios procesos radiativos y no radiativos pueden despoblar el estado excitado. En tal caso, la tasa de decadencia total es la suma de todas las tasas: ${\displaystyle \left[S_{1}\right]}$ ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle \left[S_{1}\right]_{0}}$ ${\displaystyle \Gamma }$

${\displaystyle \Gamma _{tot}=\Gamma _{rad}+\Gamma _{nrad}}$

donde es la tasa de desintegración total, la tasa de desintegración radiativa y la tasa de desintegración no radiativa. Es similar a una reacción química de primer orden en la que la constante de velocidad de primer orden es la suma de todas las velocidades (un modelo cinético paralelo). Si la tasa de emisión espontánea, o cualquiera de las otras tasas, es rápida, la vida útil es corta. Para los compuestos fluorescentes de uso común, los tiempos típicos de desintegración del estado excitado para las emisiones de fotones con energías desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano están dentro del rango de 0,5 a 20 nanosegundos . La vida útil de la fluorescencia es un parámetro importante para aplicaciones prácticas de la fluorescencia, como la transferencia de energía por resonancia de fluorescencia y la microscopía de imágenes de la vida útil de la fluorescencia . ${\displaystyle \Gamma _{tot}}$ ${\displaystyle \Gamma _{rad}}$ ${\displaystyle \Gamma _{nrad}}$

Diagrama de Jablonski

El diagrama de Jablonski describe la mayoría de los mecanismos de relajación de las moléculas en estado excitado. El diagrama al lado muestra cómo se produce la fluorescencia debido a la relajación de ciertos electrones excitados de una molécula. ^[17]

Anisotropía de fluorescencia

Es más probable que los fotones exciten los fluoróforos si el momento de transición del fluoróforo es paralelo al vector eléctrico del fotón. ^{[13] (págs. 12-13)} La polarización de la luz emitida también dependerá del momento de transición. El momento de transición depende de la orientación física de la molécula de fluoróforo. Para los fluoróforos en solución, la intensidad y la polarización de la luz emitida dependen de la difusión rotacional. Por lo tanto, las mediciones de anisotropía se pueden utilizar para investigar con qué libertad se mueve una molécula fluorescente en un entorno particular.

La anisotropía de fluorescencia se puede definir cuantitativamente como

${\displaystyle r={I_{\parallel }-I_{\perp } \over I_{\parallel }+2I_{\perp }}}$

donde es la intensidad emitida paralela a la polarización de la luz de excitación y es la intensidad emitida perpendicular a la polarización de la luz de excitación. ^[12] ${\displaystyle I_{\parallel }}$ ${\displaystyle I_{\perp }}$

La anisotropía es independiente de la intensidad de la luz absorbida o emitida, es propiedad de la luz, por lo que el fotoblanqueo del tinte no afectará el valor de anisotropía siempre que la señal sea detectable.

Fluorescencia

Tira de seguridad fluorescente en un billete de veinte dólares estadounidenses bajo luz ultravioleta

Los pigmentos fuertemente fluorescentes suelen tener una apariencia inusual que a menudo se describe coloquialmente como un "color neón" (originalmente "day-glo" a finales de los años 1960 y principios de los 1970). Este fenómeno fue denominado "Farbenglut" por Hermann von Helmholtz y "fluorencia" por Ralph M. Evans. Generalmente se piensa que está relacionado con el alto brillo del color en relación con lo que sería como componente del blanco. La fluorescencia cambia la energía en la iluminación incidente de longitudes de onda más cortas a más largas (como del azul al amarillo) y, por lo tanto, puede hacer que el color fluorescente parezca más brillante (más saturado) de lo que podría ser solo por reflexión. ^[18]

Normas

Existen varias reglas generales que se ocupan de la fluorescencia. Cada una de las siguientes reglas tiene excepciones, pero son pautas útiles para comprender la fluorescencia (estas reglas no se aplican necesariamente a la absorción de dos fotones ).

El gobierno de Kasha

La regla de Kasha establece que la luminiscencia (fluorescencia o fosforescencia) de una molécula se emitirá sólo desde el estado excitado más bajo de su multiplicidad dada. ^[19] La regla de Vavilov (una extensión lógica de la regla de Kasha, llamada así regla de Kasha-Vavilov) dicta que el rendimiento cuántico de la luminiscencia es independiente de la longitud de onda de la radiación excitante y es proporcional a la absorbancia de la longitud de onda excitada. ^[20] La regla de Kasha no siempre se aplica y es violada por moléculas simples, un ejemplo de ello es el azuleno. ^[21] Una afirmación algo más fiable, aunque todavía con excepciones, sería que el espectro de fluorescencia muestra muy poca dependencia de la longitud de onda de la radiación excitante. ^[22]

Regla de la imagen reflejada

El tinte fluorescente, rodamina 6G , se usa comúnmente en aplicaciones como rotuladores resaltadores , láseres de tinte y detección de fugas en automóviles. El perfil de absorción es un espejo del perfil de emisión.

Para muchos fluoróforos, el espectro de absorción es una imagen especular del espectro de emisión. ^{[13] (págs. 6–8)} Esto se conoce como la regla de la imagen especular y está relacionada con el principio de Franck-Condon que establece que las transiciones electrónicas son verticales, es decir, cambios de energía sin que cambie la distancia, como se puede representar con una línea vertical en Diagrama de Jablonski. Esto significa que el núcleo no se mueve y los niveles de vibración del estado excitado se parecen a los niveles de vibración del estado fundamental.

cambio de combustible

En general, la luz fluorescente emitida tiene una longitud de onda más larga y menor energía que la luz absorbida. ^{[13] (págs. 6–7)} Este fenómeno, conocido como desplazamiento de Stokes , se debe a la pérdida de energía entre el momento en que se absorbe un fotón y el momento en que se emite uno nuevo. Las causas y la magnitud del cambio de Stokes pueden ser complejas y dependen del fluoróforo y su entorno. Sin embargo, existen algunas causas comunes. Con frecuencia se debe a una desintegración no radiativa del nivel de energía vibratoria más bajo del estado excitado. Otro factor es que la emisión de fluorescencia frecuentemente deja al fluoróforo en un nivel vibratorio más alto del estado fundamental.

En naturaleza

Coral fluorescente

Hay muchos compuestos naturales que exhiben fluorescencia y tienen varias aplicaciones. Algunos animales de aguas profundas, como el ojo verde , tienen estructuras fluorescentes.

Comparado con la bioluminiscencia y la biofosforescencia.

Fluorescencia

La fluorescencia es el fenómeno de la absorción de radiación electromagnética , típicamente de la luz ultravioleta o visible , por una molécula y la posterior emisión de un fotón de menor energía (menor frecuencia, mayor longitud de onda). Esto hace que la luz que se emite sea de un color diferente al de la luz que se absorbe. La luz estimulante excita un electrón a un estado excitado. Cuando la molécula vuelve al estado fundamental, libera un fotón, que es la emisión fluorescente. La vida útil del estado excitado es corta, por lo que la emisión de luz normalmente sólo es observable cuando la luz absorbente está encendida. La fluorescencia puede ser de cualquier longitud de onda, pero suele ser más significativa cuando los fotones emitidos se encuentran en el espectro visible. Cuando ocurre en un organismo vivo, a veces se le llama biofluorescencia. La fluorescencia no debe confundirse con la bioluminiscencia y la biofosforescencia. ^[23] Los sapos calabaza que viven en el bosque atlántico brasileño son fluorescentes. ^[24]

Bioluminiscencia

La bioluminiscencia se diferencia de la fluorescencia en que es la producción natural de luz mediante reacciones químicas dentro de un organismo, mientras que la fluorescencia es la absorción y reemisión de luz del medio ambiente. ^[23] Las luciérnagas y el rape son dos ejemplos de organismos bioluminiscentes. ^[25] Para aumentar la posible confusión, algunos organismos son bioluminiscentes y fluorescentes, como el pensamiento marino Renilla reniformis , donde la bioluminiscencia sirve como fuente de luz para la fluorescencia. ^[26]

Fosforescencia

La fosforescencia es similar a la fluorescencia en su requisito de longitudes de onda de luz como proveedor de energía de excitación. La diferencia aquí radica en la relativa estabilidad del electrón energizado. A diferencia de la fluorescencia, en la fosforescencia el electrón conserva la estabilidad y emite luz que continúa "brillando en la oscuridad" incluso después de que se haya retirado la fuente de luz estimulante. ^[23] Por ejemplo, las pegatinas que brillan en la oscuridad son fosforescentes, pero no se conocen animales verdaderamente biofosforescentes . ^[27]

Mecanismos

Cromatóforos epidérmicos

Las células pigmentarias que exhiben fluorescencia se denominan cromatóforos fluorescentes y funcionan somáticamente de manera similar a los cromatóforos regulares . Estas células son dendríticas y contienen pigmentos llamados fluorosomas. Estos pigmentos contienen proteínas fluorescentes que se activan mediante iones K+ (potasio), y es su movimiento, agregación y dispersión dentro del cromatóforo fluorescente lo que causa el patrón de fluorescencia dirigida. ^{[28] [29]} Las células fluorescentes están inervadas de la misma manera que otros cromatóforos, como los melanóforos, células pigmentarias que contienen melanina . El sistema nervioso controla los patrones y señales fluorescentes a corto plazo. ^[28] Los cromatóforos fluorescentes se pueden encontrar en la piel (por ejemplo, en peces) justo debajo de la epidermis, entre otros cromatóforos.

Las células fluorescentes epidérmicas de los peces también responden a los estímulos hormonales de las hormonas α-MSH y MCH de la misma manera que los melanóforos. Esto sugiere que las células fluorescentes pueden tener cambios de color a lo largo del día que coinciden con su ritmo circadiano . ^[30] Los peces también pueden ser sensibles a las respuestas de estrés inducidas por cortisol a estímulos ambientales, como la interacción con un depredador o la participación en un ritual de apareamiento. ^[28]

filogenética

Orígenes evolutivos

La incidencia de la fluorescencia en el árbol de la vida está muy extendida y se ha estudiado más exhaustivamente en cnidarios y peces. El fenómeno parece haber evolucionado varias veces en múltiples taxones , como los anguilliformes (anguilas), los gobioidei (gobios y cardenales) y los tetradontiformes (peces ballesta), junto con los otros taxones que se analizan más adelante en el artículo. La fluorescencia es muy variable genotípica y fenotípicamente incluso dentro de los ecosistemas, en lo que respecta a las longitudes de onda emitidas, los patrones mostrados y la intensidad de la fluorescencia. Generalmente, las especies que dependen del camuflaje exhiben la mayor diversidad en fluorescencia, probablemente porque el camuflaje puede ser uno de los usos de la fluorescencia. ^[31]

La fluorescencia tiene múltiples orígenes en el árbol de la vida. Este diagrama muestra los orígenes de los actinopterigios (peces con aletas radiadas).

Algunos científicos sospechan que las GFP y las proteínas similares a GFP comenzaron como donantes de electrones activados por la luz. Estos electrones luego se utilizaron para reacciones que requerían energía luminosa. Se cree que las funciones de las proteínas fluorescentes, como la protección contra el sol, la conversión de la luz en diferentes longitudes de onda o la señalización, han evolucionado de forma secundaria. ^[32]

Funciones adaptativas

Actualmente, se sabe relativamente poco sobre la importancia funcional de la fluorescencia y las proteínas fluorescentes. ^[32] Sin embargo, se sospecha que la fluorescencia puede cumplir funciones importantes en la señalización y comunicación, apareamiento , señuelos, camuflaje , protección UV y antioxidante, fotoaclimatación, regulación de dinoflagelados y en la salud de los corales. ^[33]

Acuático

El agua absorbe luz de longitudes de onda largas, por lo que se refleja menos luz de estas longitudes de onda para llegar al ojo. Por lo tanto, los colores cálidos del espectro de luz visual parecen menos vibrantes a mayor profundidad. El agua dispersa luz de longitudes de onda más cortas por encima del violeta, lo que significa que los colores más fríos dominan el campo visual en la zona fótica . La intensidad de la luz disminuye 10 veces con cada 75 m de profundidad, por lo que a profundidades de 75 m, la luz es un 10% más intensa que en la superficie, y es sólo un 1% tan intensa a 150 m como en la superficie. Debido a que el agua filtra las longitudes de onda y la intensidad del agua que alcanza ciertas profundidades, diferentes proteínas, debido a las longitudes de onda e intensidades de luz que son capaces de absorber, se adaptan mejor a diferentes profundidades. En teoría, algunos ojos de pez pueden detectar luz a una profundidad de hasta 1000 m. En estas profundidades de la zona afótica, las únicas fuentes de luz son los propios organismos, que emiten luz a través de reacciones químicas en un proceso llamado bioluminiscencia.

La fluorescencia se define simplemente como la absorción de radiación electromagnética en una longitud de onda y su reemisión en otra longitud de onda de menor energía. ^[31] Así, cualquier tipo de fluorescencia depende de la presencia de fuentes de luz externas. La fluorescencia biológicamente funcional se encuentra en la zona fótica, donde no sólo hay suficiente luz para causar fluorescencia, sino también suficiente luz para que otros organismos la detecten. ^[34] El campo visual en la zona fótica es naturalmente azul, por lo que los colores de fluorescencia se pueden detectar como rojos, naranjas, amarillos y verdes brillantes. El verde es el color más común en el espectro marino, el amarillo el segundo, el naranja el tercero y el rojo el más raro. La fluorescencia puede ocurrir en organismos en la zona afótica como un subproducto de la bioluminiscencia de ese mismo organismo. Parte de la fluorescencia en la zona afótica es simplemente un subproducto de la bioquímica tisular del organismo y no tiene un propósito funcional. Sin embargo, algunos casos de importancia funcional y adaptativa de la fluorescencia en la zona afótica de las profundidades del océano son un área activa de investigación. ^[35]

zona fótica

Pez

Peces marinos fluorescentes

Los peces óseos que viven en aguas poco profundas generalmente tienen buena visión de los colores debido a que viven en un ambiente colorido. Por lo tanto, en los peces de aguas poco profundas, la fluorescencia roja, naranja y verde probablemente sirva como medio de comunicación con sus congéneres , especialmente dada la gran variación fenotípica del fenómeno. ^[31]

Muchos peces que exhiben fluorescencia, como tiburones , peces lagarto , peces escorpión , lábridos y peces planos , también poseen filtros intraoculares amarillos. ^[36] Los filtros intraoculares amarillos en las lentes y la córnea de ciertos peces funcionan como filtros de paso largo. Estos filtros permiten a la especie visualizar y potencialmente explotar la fluorescencia, para mejorar el contraste visual y los patrones que no son visibles para otros peces y depredadores que carecen de esta especialización visual. ^[31] Los peces que poseen los filtros intraoculares amarillos necesarios para visualizar la fluorescencia potencialmente explotan una señal luminosa de sus miembros. Los patrones fluorescentes eran especialmente prominentes en peces con patrones crípticos que poseían un camuflaje complejo. Muchos de estos linajes también poseen filtros intraoculares de paso largo amarillos que podrían permitir la visualización de dichos patrones. ^[36]

Otro uso adaptativo de la fluorescencia es generar luz naranja y roja a partir de la luz azul ambiental de la zona fótica para ayudar a la visión. La luz roja sólo se puede ver a distancias cortas debido a la atenuación de las longitudes de onda de la luz roja por el agua. ^[37] Muchas especies de peces que emiten fluorescencia son pequeñas, viven en grupos o bentónicas/afóticas y tienen patrones llamativos. Este patrón es causado por tejido fluorescente y es visible para otros miembros de la especie; sin embargo, el patrón es invisible en otros espectros visuales. Estos patrones fluorescentes intraespecíficos también coinciden con la señalización intraespecies. Los patrones presentes en los anillos oculares para indicar la direccionalidad de la mirada de un individuo y a lo largo de las aletas para indicar la direccionalidad del movimiento de un individuo. ^[37] La ​​investigación actual sospecha que esta fluorescencia roja se utiliza para la comunicación privada entre miembros de la misma especie. ^{[28] [31] [37]} Debido a la prominencia de la luz azul en las profundidades del océano, la luz roja y la luz de longitudes de onda más largas se confunden, y muchos peces depredadores de arrecife tienen poca o ninguna sensibilidad a la luz en estas longitudes de onda. Los peces como el pez hada, que han desarrollado sensibilidad visual a longitudes de onda más largas, son capaces de mostrar señales fluorescentes rojas que dan un alto contraste con el entorno azul y son visibles para sus congéneres en rangos cortos, pero son relativamente invisibles para otros peces comunes que tienen una sensibilidad visual reducida. sensibilidades a longitudes de onda largas. Por tanto, la fluorescencia se puede utilizar como señalización adaptativa y comunicación entre especies en peces de arrecife. ^{[37] [38]}

Además, se sugiere que los tejidos fluorescentes que rodean los ojos de un organismo se utilicen para convertir la luz azul de la zona fótica o la bioluminiscencia verde en la zona afótica en luz roja para ayudar a la visión. ^[37]

tiburones

Se describió un nuevo fluoróforo en dos especies de tiburones, en los que se debía a un grupo no descrito de metabolitos de molécula pequeña de triptófano-quinurenina bromados. ^[39]

Coral

La fluorescencia cumple una amplia variedad de funciones en los corales. Las proteínas fluorescentes en los corales pueden contribuir a la fotosíntesis al convertir longitudes de onda de luz que de otro modo serían inutilizables en longitudes para las cuales las algas simbióticas del coral pueden realizar la fotosíntesis . ^[40] Además, las proteínas pueden fluctuar en número a medida que hay más o menos luz disponible como medio de fotoaclimatación. ^[41] De manera similar, estas proteínas fluorescentes pueden poseer capacidades antioxidantes para eliminar los radicales de oxígeno producidos por la fotosíntesis. ^[42] Finalmente, a través de la modulación de la fotosíntesis, las proteínas fluorescentes también pueden servir como un medio para regular la actividad de los simbiontes de algas fotosintéticas del coral. ^[43]

Cefalópodos

Alloteuthis subulata y Loligo vulgaris , dos tipos de calamares casi transparentes, tienen manchas fluorescentes sobre los ojos. Estos puntos reflejan la luz incidente, que puede servir como medio de camuflaje, pero también para señalar a otros calamares con fines de escolarización. ^[44]

Medusa

Aequoria victoria , medusa biofluorescente conocida por GFP

Otro ejemplo bien estudiado de fluorescencia en el océano es el hidrozoo Aequorea victoria . Esta medusa vive en la zona fótica frente a la costa oeste de América del Norte y fue identificada como portadora de la proteína verde fluorescente (GFP) por Osamu Shimomura . El gen de estas proteínas verdes fluorescentes ha sido aislado y es científicamente significativo porque se usa ampliamente en estudios genéticos para indicar la expresión de otros genes. ^[45]

camarón mantis

Varias especies de camarón mantis , que son crustáceos estomatópodos , incluida Lysiosquillina glabriuscula , tienen marcas fluorescentes amarillas a lo largo de sus escamas antenales y caparazón (caparazón) que los machos presentan durante las exhibiciones de amenaza a los depredadores y otros machos. La exhibición implica levantar la cabeza y el tórax, extender los llamativos apéndices y otros maxilípedos, y extender lateralmente las prominentes escamas antenales ovaladas, lo que hace que el animal parezca más grande y acentúa sus marcas amarillas fluorescentes. Además, a medida que aumenta la profundidad, la fluorescencia de la mantis representa una mayor parte de la luz visible disponible. Durante los rituales de apareamiento, el camarón mantis emite fluorescencia activamente, y la longitud de onda de esta fluorescencia coincide con las longitudes de onda detectadas por los pigmentos de sus ojos. ^[46]

zona afótica

Sifonóforos

Siphonophorae es un orden de animales marinos del filo Hydrozoa que consiste en un medusoide especializado y un pólipo zooide . Algunos sifonóforos, incluido el género Erenna, que viven en la zona afótica entre profundidades de 1600 my 2300 m, exhiben fluorescencia de amarillo a rojo en los fotóforos de su tentilla en forma de tentáculo . Esta fluorescencia se produce como subproducto de la bioluminiscencia de estos mismos fotóforos. Los sifonóforos exhiben fluorescencia en un patrón parpadeante que se utiliza como señuelo para atraer presas. ^[47]

Pez dragón

El pez dragón depredador de aguas profundas Malacosteus niger , el género estrechamente relacionado Aristostomias y la especie Pachystomias microdon utilizan pigmentos accesorios rojos fluorescentes para convertir la luz azul emitida por su propia bioluminiscencia en luz roja de fotóforos suborbitales . Esta luminiscencia roja es invisible para otros animales, lo que permite que estos peces dragón tengan luz adicional en las profundidades oscuras del océano sin atraer ni señalar a los depredadores. ^[48]

Terrestre

anfibios

Rana arborícola de lunares fluorescente bajo luz ultravioleta

La fluorescencia está muy extendida entre los anfibios y se ha documentado en varias familias de ranas , salamandras y cecilias , pero su extensión varía mucho. ^[49]

Se descubrió involuntariamente que la rana arbórea de lunares ( Hypsiboas punctatus ), que se encuentra ampliamente en América del Sur, era el primer anfibio fluorescente en 2017. La fluorescencia se atribuyó a un nuevo compuesto que se encuentra en la linfa y las glándulas de la piel. ^[50] El principal compuesto fluorescente es Hyloin-L1 y proporciona un brillo azul verdoso cuando se expone a luz violeta o ultravioleta . Los científicos detrás del descubrimiento sugirieron que la fluorescencia se puede utilizar para la comunicación. Especularon que la fluorescencia posiblemente esté relativamente extendida entre las ranas. ^[51] Sólo unos meses más tarde, se descubrió la fluorescencia en el Hypsiboas atlanticus, estrechamente relacionado . Debido a que está relacionado con las secreciones de las glándulas de la piel, también pueden dejar marcas fluorescentes en las superficies donde han estado. ^[52]

En 2019, se descubrió que otras dos ranas, el diminuto sapo calabaza ( Brachycephalus ephippium ) y el sapo calabaza rojo ( B. pitanga ) del sureste de Brasil, tenían esqueletos naturalmente fluorescentes, que son visibles a través de su piel cuando se exponen a la luz ultravioleta. ^{[53] [54]} Inicialmente se especuló que la fluorescencia complementaba sus colores ya aposemáticos (son tóxicos) o que estaba relacionada con la elección de pareja ( reconocimiento de especies o determinación de la aptitud de una pareja potencial), ^[53] pero estudios posteriores indican que la primera explicación es poco probable, ya que los intentos de depredación de los sapos no parecen verse afectados por la presencia o ausencia de fluorescencia. ^[55]

En 2020 se confirmó que la fluorescencia verde o amarilla está muy extendida no sólo en ranas adultas que se exponen a luz azul o ultravioleta, sino también entre renacuajos , salamandras y cecilias. La extensión varía mucho según la especie; en algunos es muy distintivo y en otros apenas perceptible. Puede basarse en la pigmentación de su piel, sus mucosas o sus huesos. ^[49]

mariposas

Las mariposas cola de golondrina ( Papilio ) tienen sistemas complejos para emitir luz fluorescente. Sus alas contienen cristales infundidos con pigmentos que proporcionan luz fluorescente dirigida. Estos cristales funcionan mejor para producir luz fluorescente cuando absorben el resplandor de la luz azul cielo (longitud de onda de aproximadamente 420 nm). Las longitudes de onda de luz que las mariposas ven mejor corresponden a la absorbancia de los cristales en las alas de la mariposa. Es probable que esto funcione para mejorar la capacidad de señalización. ^[56]

loros

Los loros tienen un plumaje fluorescente que puede utilizarse para señalar a su pareja. Un estudio que utilizó experimentos de elección de pareja en periquitos ( Melopsittacus undulates ) encontró un apoyo convincente para la señalización sexual fluorescente, ya que tanto los machos como las hembras prefieren significativamente las aves con el estímulo experimental fluorescente. Este estudio sugiere que el plumaje fluorescente de los loros no es simplemente un subproducto de la pigmentación , sino una señal sexual adaptada. Teniendo en cuenta las complejidades de las vías que producen los pigmentos fluorescentes, puede haber costos importantes involucrados. Por lo tanto, los individuos que exhiben una fuerte fluorescencia pueden ser indicadores honestos de una alta calidad individual, ya que pueden hacer frente a los costos asociados. ^[57]

Arácnidos

Escorpión fluorescente

Las arañas emiten fluorescencia bajo la luz ultravioleta y poseen una enorme diversidad de fluoróforos. Andrews, Reed y Masta señalaron que las arañas son el único grupo conocido en el que la fluorescencia está "taxonómicamente extendida, expresada de forma variable, evolutivamente lábil y probablemente bajo selección y potencialmente de importancia ecológica para la señalización intraespecífica e interespecífica". ^[58] Demostraron que la fluorescencia evolucionó varias veces en los taxones de arañas, con nuevos fluoróforos evolucionando durante la diversificación de las arañas.

En algunas arañas, las señales ultravioleta son importantes para las interacciones depredador-presa, la comunicación intraespecífica y la combinación de camuflaje con flores fluorescentes. Los diferentes contextos ecológicos podrían favorecer la inhibición o la mejora de la expresión de la fluorescencia, dependiendo de si la fluorescencia ayuda a las arañas a ser crípticas o las hace más llamativas para los depredadores. Por lo tanto, la selección natural podría estar actuando sobre la expresión de fluorescencia entre especies de arañas. ^[58]

Los escorpiones también son fluorescentes, en su caso debido a la presencia de beta carbolina en sus cutículas. ^[59]

Ornitorrinco

En 2020 se informó fluorescencia en varios especímenes de ornitorrinco . ^[60]

Plantas

Muchas plantas son fluorescentes debido a la presencia de clorofila , que es probablemente la molécula fluorescente más ampliamente distribuida y produce una emisión roja en una variedad de longitudes de onda de excitación. ^[61] Este atributo de la clorofila es comúnmente utilizado por los ecologistas para medir la eficiencia fotosintética. ^[62]

La flor de Mirabilis jalapa contiene betacianinas violetas fluorescentes y betaxantinas amarillas fluorescentes. Bajo luz blanca, las partes de la flor que contienen solo betaxantinas aparecen amarillas, pero en áreas donde están presentes tanto betaxantinas como betacianinas, la fluorescencia visible de la flor se desvanece debido a mecanismos internos de filtrado de luz. Anteriormente se sugirió que la fluorescencia desempeñaba un papel en la atracción de los polinizadores ; sin embargo, más tarde se descubrió que la señal visual de la fluorescencia es insignificante en comparación con la señal visual de la luz reflejada por la flor. ^[63]

Abiótico

Gemología, mineralogía y geología.

Fluorescencia de aragonito

Collar de diamantes en bruto bajo luz ultravioleta (arriba) y luz normal (abajo)

Las piedras preciosas y los minerales pueden tener una fluorescencia distintiva o pueden fluorescer de manera diferente bajo luz ultravioleta de onda corta, ultravioleta de onda larga, luz visible o rayos X.

Muchos tipos de calcita y ámbar emitirán fluorescencia bajo la luz ultravioleta de onda corta, la radiación ultravioleta de onda larga y la luz visible. Los rubíes , las esmeraldas y los diamantes exhiben fluorescencia roja bajo luz ultravioleta de onda larga, luz azul y, a veces, verde; Los diamantes también emiten luz bajo radiación de rayos X.

La fluorescencia en los minerales es causada por una amplia gama de activadores . En algunos casos, la concentración del activador debe restringirse por debajo de cierto nivel, para evitar que se apague la emisión fluorescente. Además, el mineral debe estar libre de impurezas como hierro o cobre , para evitar que se apague una posible fluorescencia. El manganeso divalente , en concentraciones de hasta varios por ciento, es responsable de la fluorescencia roja o naranja de la calcita , la fluorescencia verde de la willemita , la fluorescencia amarilla de la esperita y la fluorescencia naranja de la wollastonita y la clinohedrita . Uranio hexavalente , en forma de catión uranilo ( UO²⁺
₂), fluoresce en todas las concentraciones en un color amarillo verdoso y es la causa de la fluorescencia de minerales como la autunita o la andersonita y, en bajas concentraciones, es la causa de la fluorescencia de materiales como algunas muestras de ópalo hialita . El cromo trivalente en baja concentración es la fuente de la fluorescencia roja del rubí . El europio divalente es la fuente de la fluorescencia azul, cuando se observa en el mineral fluorita . Los lantánidos trivalentes como el terbio y el disprosio son los principales activadores de la fluorescencia de color amarillo cremoso exhibida por la variedad ittrofluorita del mineral fluorita y contribuyen a la fluorescencia naranja del circón . La powellita (molibdato de calcio) y la scheelita (tungstato de calcio) tienen fluorescencia intrínseca en amarillo y azul, respectivamente. Cuando están presentes juntos en solución sólida , la energía se transfiere del tungsteno de mayor energía al molibdeno de menor energía , de modo que niveles bastante bajos de molibdeno son suficientes para provocar una emisión amarilla de scheelita , en lugar de azul. La esfalerita con bajo contenido de hierro (sulfuro de zinc) presenta fluorescencia y fosforescencia en una variedad de colores, influenciada por la presencia de diversas trazas de impurezas.

El petróleo crudo ( petróleo ) emite fluorescencia en una variedad de colores, desde el marrón opaco para los petróleos pesados ​​y los alquitranes hasta el amarillo brillante y el blanco azulado para los petróleos y condensados ​​muy ligeros. Este fenómeno se utiliza en la perforación de exploración petrolera para identificar cantidades muy pequeñas de petróleo en recortes de perforación y muestras de núcleos.

Los ácidos húmicos y fúlvicos producidos por la degradación de la materia orgánica del suelo ( humus ) también pueden fluorescer debido a la presencia de ciclos aromáticos en sus complejas estructuras moleculares . ^[64] Las sustancias húmicas disueltas en las aguas subterráneas pueden detectarse y caracterizarse mediante espectrofluorimetría . ^{[65] [66] [67]}

Líquidos orgánicos

Las moléculas orgánicas que se encuentran naturalmente en la cerveza, como el triptófano , la tirosina y la fenilalanina , emiten fluorescencia en verde, desde 500 nm (azul claro) hasta 600 nm (amarillo ámbar) cuando se iluminan con una luz láser de 450 nm (azul intenso). ^[68]

Las soluciones orgánicas (a base de carbono), como el antraceno o el estilbeno , disueltas en benceno o tolueno , fluorescen con irradiación ultravioleta o de rayos gamma . Los tiempos de caída de esta fluorescencia son del orden de nanosegundos, ya que la duración de la luz depende de la vida útil de los estados excitados del material fluorescente, en este caso antraceno o estilbeno. ^[69]

El centelleo se define como un destello de luz producido en un material transparente por el paso de una partícula (un electrón, una partícula alfa, un ion o un fotón de alta energía). El estilbeno y sus derivados se utilizan en contadores de centelleo para detectar dichas partículas. El estilbeno es también uno de los medios de ganancia utilizados en los láseres de tinte .

Atmósfera

La fluorescencia se observa en la atmósfera cuando el aire está bajo un enérgico bombardeo de electrones. En casos como la aurora natural , las explosiones nucleares a gran altitud y los experimentos con cañones de electrones transportados por cohetes, las moléculas y los iones formados tienen una respuesta fluorescente a la luz. ^[70]

Materiales comunes que fluorescen

• La vitamina B2 tiene una fluorescencia amarilla.
• El agua tónica tiene una fluorescencia azul debido a la presencia de quinina .
• La tinta resaltadora suele ser fluorescente debido a la presencia de piranina .
• Los billetes , sellos postales y tarjetas de crédito suelen tener elementos de seguridad fluorescentes.

En tecnología novedosa

En agosto de 2020, los investigadores informaron sobre la creación de los materiales ópticos sólidos fluorescentes más brillantes hasta el momento al permitir la transferencia de propiedades de tintes altamente fluorescentes mediante el aislamiento espacial y electrónico de los tintes mezclando tintes catiónicos con macrociclos de cianoestrellas de unión a aniones . Según un coautor, estos materiales pueden tener aplicaciones en áreas como la captación de energía solar, la bioimagen y los láseres. ^{[71] [72] [73] [74]}

Aplicaciones

Encendiendo

Pintura fluorescente y plástico iluminados por lámparas UV-A ( luz negra ). Pinturas de Beo Beyond.

La lámpara fluorescente común se basa en la fluorescencia. Dentro del tubo de vidrio hay un vacío parcial y una pequeña cantidad de mercurio . Una descarga eléctrica en el tubo hace que los átomos de mercurio emitan principalmente luz ultravioleta. El tubo está revestido con una capa de un material fluorescente, llamado fósforo , que absorbe la luz ultravioleta y reemite luz visible. La iluminación fluorescente es más eficiente energéticamente que los elementos de iluminación incandescentes . Sin embargo, el espectro desigual de las lámparas fluorescentes tradicionales puede hacer que ciertos colores parezcan diferentes de cuando se iluminan con luz incandescente o luz diurna . El espectro de emisión de vapor de mercurio está dominado por una línea UV de onda corta a 254 nm (que proporciona la mayor parte de la energía a los fósforos), acompañada por una emisión de luz visible a 436 nm (azul), 546 nm (verde) y 579 nm ( Amarillo naranja). Estas tres líneas se pueden observar superpuestas al continuo blanco utilizando un espectroscopio manual, para la luz emitida por los habituales tubos fluorescentes blancos. Estas mismas líneas visibles, acompañadas por las líneas de emisión de europio trivalente y terbio trivalente, y acompañadas además por el continuo de emisión de europio divalente en la región azul, comprenden la emisión de luz más discontinua de los modernos sistemas de fósforo tricromático utilizados en muchas lámparas fluorescentes compactas. y lámparas tradicionales donde el objetivo es una mejor reproducción del color. ^[75]

Las luces fluorescentes estuvieron a disposición del público por primera vez en la Exposición Universal de Nueva York de 1939 . Las mejoras desde entonces han sido en gran medida mejores fósforos, una vida más larga, una descarga interna más consistente y formas más fáciles de usar (como lámparas fluorescentes compactas). Algunas lámparas de descarga de alta intensidad (HID) combinan su eficiencia eléctrica aún mayor con una mejora del fósforo para una mejor reproducción del color. ^[76]

Los diodos emisores de luz (LED) blancos estuvieron disponibles a mediados de la década de 1990 como lámparas LED , en las que la luz azul emitida por el semiconductor incide sobre los fósforos depositados en el diminuto chip. La combinación de la luz azul que continúa a través del fósforo y la fluorescencia verde a roja de los fósforos produce una emisión neta de luz blanca. ^[77]

Las barras luminosas a veces utilizan materiales fluorescentes para absorber la luz de la reacción quimioluminiscente y emitir luz de un color diferente. ^[75]

Química analítica

Muchos procedimientos analíticos implican el uso de un fluorómetro , generalmente con una única longitud de onda de excitación y una única longitud de onda de detección. Debido a la sensibilidad que ofrece el método, se pueden medir concentraciones de moléculas fluorescentes tan bajas como 1 parte por billón. ^[78]

Un detector de matriz puede detectar la fluorescencia en varias longitudes de onda para detectar compuestos a partir del flujo de HPLC . Además, las placas de TLC se pueden visualizar si los compuestos o un reactivo colorante son fluorescentes. La fluorescencia es más efectiva cuando hay una proporción mayor de átomos con niveles de energía más bajos en una distribución de Boltzmann . Existe, entonces, una mayor probabilidad de excitación y liberación de fotones por parte de átomos de menor energía, lo que hace que el análisis sea más eficiente.

Espectroscopia

Por lo general, la configuración de un ensayo de fluorescencia implica una fuente de luz, que puede emitir muchas longitudes de onda de luz diferentes. En general, se requiere una única longitud de onda para un análisis adecuado, por lo que, para filtrar selectivamente la luz, se pasa a través de un monocromador de excitación y luego esa longitud de onda elegida se pasa a través de la celda de muestra. Después de la absorción y reemisión de la energía, pueden surgir muchas longitudes de onda debido al cambio de Stokes y varias transiciones electrónicas . Para separarlos y analizarlos, la radiación fluorescente pasa a través de un monocromador de emisión y es observada selectivamente por un detector. ^[79]

Láseres

La cavidad interna de un láser de colorante sintonizado a 589 nm. El rayo verde de un láser Nd:YAG de frecuencia duplicada hace que la solución de tinte emita fluorescencia en amarillo, creando un rayo entre la serie de espejos.

Los láseres suelen utilizar la fluorescencia de ciertos materiales como medio activo, como el brillo rojo producido por un rubí (zafiro de cromo), el infrarrojo del zafiro de titanio o la gama ilimitada de colores producida por tintes orgánicos . Estos materiales normalmente emiten fluorescencia a través de un proceso llamado emisión espontánea , en el que la luz se emite en todas direcciones y, a menudo, en muchas líneas espectrales discretas a la vez. En muchos láseres, el medio fluorescente se "bombea" exponiéndolo a una fuente de luz intensa, creando una inversión de población , lo que significa que una mayor cantidad de sus átomos pasan a un estado excitado (alta energía) en lugar de al estado fundamental (baja energía). Cuando esto ocurre, la fluorescencia espontánea puede inducir a los otros átomos a emitir sus fotones en la misma dirección y en la misma longitud de onda, creando una emisión estimulada . Cuando una parte de la fluorescencia espontánea queda atrapada entre dos espejos, se puede estimular casi toda la fluorescencia del medio para que se emita a lo largo de la misma línea, produciendo un rayo láser. ^[80]

Bioquímica y medicina.

Células endoteliales bajo el microscopio con tres canales separados que marcan componentes celulares específicos

La fluorescencia en las ciencias biológicas se utiliza generalmente como una forma no destructiva de seguimiento o análisis de moléculas biológicas mediante la emisión fluorescente a una frecuencia específica donde no hay fondo de la luz de excitación, ya que relativamente pocos componentes celulares son naturalmente fluorescentes ( llamado intrínseco o autofluorescencia ). De hecho, una proteína u otro componente se puede "marcar" con un fluoróforo extrínseco , un tinte fluorescente que puede ser una pequeña molécula, una proteína o un punto cuántico, encontrando un gran uso en muchas aplicaciones biológicas. ^{[13] (pág.  XXVI )}

La cuantificación de un colorante se realiza con un espectrofluorómetro y encuentra aplicaciones adicionales en:

Microscopía

• Cuando se escanea la intensidad de la fluorescencia a través de un plano, se obtiene una microscopía de fluorescencia de tejidos, células o estructuras subcelulares, lo que se logra marcando un anticuerpo con un fluoróforo y permitiendo que el anticuerpo encuentre su antígeno objetivo dentro de la muestra. El etiquetado de múltiples anticuerpos con diferentes fluoróforos permite la visualización de múltiples objetivos dentro de una sola imagen (múltiples canales). Los microarrays de ADN son una variante de esto.
• Inmunología: Primero se prepara un anticuerpo teniendo unido un grupo químico fluorescente, y los sitios (p. ej., en una muestra microscópica) donde se ha unido el anticuerpo se pueden ver, e incluso cuantificar, mediante la fluorescencia.
• FLIM ( microscopía de imágenes de fluorescencia durante la vida útil ) se puede utilizar para detectar ciertas interacciones biomoleculares que se manifiestan influyendo en la vida útil de la fluorescencia.
• Biología celular y molecular: detección de colocalización mediante anticuerpos marcados con fluorescencia para la detección selectiva de los antígenos de interés mediante software especializado como ImageJ.

Otras técnicas

• FRET ( transferencia de energía por resonancia de Förster , también conocida como transferencia de energía por resonancia de fluorescencia ) se utiliza para estudiar interacciones de proteínas, detectar secuencias de ácidos nucleicos específicas y usarse como biosensores, mientras que la vida útil de la fluorescencia (FLIM) puede brindar una capa adicional de información.
• Biotecnología: se están estudiando biosensores que utilizan fluorescencia como posibles biosensores fluorescentes de glucosa .
• Secuenciación automatizada de ADN por el método de terminación de cadena ; cada una de las cuatro bases terminales de cadena diferentes tiene su propia etiqueta fluorescente específica. A medida que se separan las moléculas de ADN marcadas, una fuente de luz ultravioleta excita la etiqueta fluorescente y la identidad de la base que termina la molécula se identifica mediante la longitud de onda de la luz emitida.
• FACS ( clasificación de células activadas por fluorescencia ). Una de varias técnicas importantes de clasificación de células utilizadas en la separación de diferentes líneas celulares (especialmente aquellas aisladas de tejidos animales).
• Detección de ADN: el compuesto bromuro de etidio , en solución acuosa, tiene muy poca fluorescencia, ya que se apaga con agua. La fluorescencia del bromuro de etidio aumenta enormemente después de que se une al ADN, por lo que este compuesto es muy útil para visualizar la ubicación de fragmentos de ADN en la electroforesis en gel de agarosa . El etidio intercalado se encuentra en un entorno hidrófobo cuando se encuentra entre los pares de bases del ADN, protegido de la extinción por agua que está excluida del entorno local del etidio intercalado. El bromuro de etidio puede ser cancerígeno; podría decirse que una alternativa más segura es el tinte SYBR Green .
• FIGS ( cirugía guiada por imágenes de fluorescencia ) es una técnica de imágenes médicas que utiliza fluorescencia para detectar estructuras correctamente etiquetadas durante la cirugía.
• La fluorescencia intravascular es una técnica de imágenes médicas basada en catéter que utiliza fluorescencia para detectar características de alto riesgo de aterosclerosis y dispositivos de stent vascular no cicatrizados. ^[81] La autofluorescencia de placas se ha utilizado en un estudio realizado por primera vez en humanos en arterias coronarias en combinación con tomografía de coherencia óptica . ^[82] También se han utilizado agentes moleculares para detectar características específicas, como la acumulación de fibrina en el stent y la actividad enzimática relacionada con la inflamación de las arterias. ^[83]
• "SAFI (imágenes de fluorescencia alterada de especies) una técnica de imágenes en electrocinética y microfluidos ". ^[84] Utiliza colorantes no electromigratorios cuya fluorescencia se apaga fácilmente mediante la migración de especies químicas de interés. Los colorantes generalmente se siembran en todas partes del flujo y se observa directamente la extinción diferencial de su fluorescencia por parte de los analitos.
• Ensayos basados ​​en fluorescencia para detectar sustancias químicas tóxicas . Los ensayos ópticos consisten en una mezcla de tintes fluorescentes sensibles al medio ambiente y células de piel humana que generan patrones de espectros de fluorescencia. ^[85] Este enfoque puede reducir la necesidad de animales de laboratorio en la investigación biomédica y la industria farmacéutica.
• Detección de márgenes óseos: los especímenes teñidos con alizarina y ciertos fósiles se pueden iluminar con luces fluorescentes para ver estructuras anatómicas, incluidos los márgenes óseos. ^[86]

forense

Las huellas dactilares se pueden visualizar con compuestos fluorescentes como la ninhidrina o el DFO ( 1,8-diazafluoren-9-ona ). La sangre y otras sustancias a veces se detectan mediante reactivos fluorescentes, como la fluoresceína . Las fibras y otros materiales que pueden encontrarse en la ciencia forense o relacionados con diversos objetos de colección , a veces son fluorescentes.

Pruebas no destructivas

La inspección con penetrantes fluorescentes se utiliza para encontrar grietas y otros defectos en la superficie de una pieza. El rastreo de tintes , que utiliza tintes fluorescentes, se utiliza para encontrar fugas en sistemas de plomería de líquidos y gases.

Señalización

Los colores fluorescentes se utilizan con frecuencia en la señalización , especialmente en las señales de tráfico. Los colores fluorescentes son generalmente reconocibles a distancias más largas que sus contrapartes no fluorescentes, siendo particularmente notable el naranja fluorescente. ^[87] Esta propiedad ha llevado a su uso frecuente en señales y etiquetas de seguridad.

Abrillantadores ópticos

Los compuestos fluorescentes se utilizan a menudo para mejorar la apariencia de telas y papeles, provocando un efecto "blanqueador". Una superficie blanca tratada con un blanqueador óptico puede emitir más luz visible que la que incide sobre ella, haciéndola parecer más brillante. La luz azul emitida por el abrillantador compensa la disminución del azul del material tratado y cambia el tono del amarillo o marrón al blanco. Los blanqueadores ópticos se utilizan en detergentes para ropa, papel de alto brillo, cosméticos, ropa de alta visibilidad y más.

Ver también

• Los filtros de línea atómica de absorción-reemisión utilizan el fenómeno de la fluorescencia para filtrar la luz de forma extremadamente eficaz.
• Luz negra
• pintura de luz negra
• Fotometría de fibra
• Etiqueta activadora de fluorescencia y desplazamiento de absorción
• Espectroscopia de correlación de fluorescencia.
• Cirugía guiada por imágenes de fluorescencia
• Fluorescencia en plantas
• Espectroscopia de fluorescencia
• Lámpara fluorescente
• Disco multicapa fluorescente
• fluorómetro
• Ropa de alta visibilidad
• Fluorómetro integrado
• Fluorescencia inducida por láser
• Lista de fuentes de luz
• Arte microbiano , utilizando bacterias fluorescentes
• Efecto Mössbauer , fluorescencia resonante de rayos gamma
• Los diodos emisores de luz orgánicos pueden ser fluorescentes.
• Fosforescencia
• Termometría de fósforo , el uso de la fosforescencia para medir la temperatura.
• Espectroscopia
• Absorción de dos fotones
• Espectroscopia vibrónica
• fluorescencia de rayos X

Notas a pie de página

1. Haüy (1822) ^[6] simplemente repite la observación de Clarke sobre los colores de la muestra de fluorita que Clarke había examinado. Haüy llama fluorita chaux fluatée :

   "... violeta por reflexión, et verde por transparencia au Derbyshire."

   [ (el color de la fluorita es) violeta por reflexión y verdoso por transmisión en Derbyshire (especímenes) ] ^{[6] (p512)}

2. Stokes (1852), páginas 472–473. ^[10] En una nota a pie de página en la página 473, Stokes reconoce que en 1843, AE Becquerel había observado que el sulfato ácido de quinina absorbe fuertemente la radiación ultravioleta (es decir, la radiación solar más allá de la línea H de Fraunhofer  en el espectro solar). Ver referencia. ^[11]

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Otras lecturas

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enlaces externos

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