Der Unterschied zwischen Biofluoreszenz und Biolumineszenz

Die Menschen waren schon immer von lichtproduzierenden Organismen fasziniert. Biofluoreszenz und Biolumineszenz sind zwei natürlich vorkommende Phänomene, die der Mensch bei bestimmten Lebewesen beobachten kann, die sich so entwickelt haben, dass sie Licht erzeugen oder aussenden. Auch wenn diese Fähigkeiten auf den ersten Blick sehr ähnlich erscheinen, haben Biofluoreszenz und Biolumineszenz einzigartige Eigenschaften, die sie voneinander unterscheiden. In diesem Beitrag werden wir diese Unterschiede erörtern.

Was ist Biofluoreszenz? 

Bei der Biofluoreszenz handelt es sich nicht um eine chemische Reaktion. Biofluoreszierende Pflanzen und Organismen absorbieren Licht mit niedriger Wellenlänge oder schwaches Licht und senden dann Licht mit hoher Wellenlänge aus, das die Lebewesen vor einem dunklen Hintergrund leuchten lässt. Biofluoreszierende Organismen geben kein Licht aus ihrer Energiequelle ab, und es handelt sich auch nicht um eine chemische Reaktion. Das ausgestrahlte Licht hat eine völlig andere Farbe als das absorbierte - meist grün, rot oder orange.

Beispiele für Biofluoreszenz sind Meeresorganismen wie Korallen, Quallen und eine Vielzahl von Fischen, die diese Fähigkeit zur Kommunikation, Tarnung oder Paarung nutzen. Aber auch viele andere Funktionen können dieses Phänomen erklären.

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Wie man Biofluoreszenz misst

Ein Fluoreszenzspektrophotometer (Fluorometer, Fluorospektrometer oder Fluoreszenzspektrometer) erfasst das von einer Probe bei verschiedenen Wellenlängen emittierte Fluoreszenzlicht. Das Spektrometer verwendet eine Photonenquelle, z. B. einen Laser, eine Xenonlampe oder eine LED, um ultraviolettes oder sichtbares Licht zu emittieren. Das Licht wird über einen Monochromator geleitet, der eine bestimmte Wellenlänge auswählt. Je nach Wellenlänge tritt das Licht in einem bestimmten Winkel aus. Das Spektrometer lenkt die monochromatische Wellenlänge auf die Probe. Die Probe erzeugt eine Wellenlänge, die an den Detektor weitergeleitet wird. 

Der Detektor wird häufig in einem Winkel von 90 Grad zur Lichtquelle positioniert, um Interferenzen durch das übertragene Anregungslicht zu vermeiden. Photonen werden emittiert und treffen auf einen Photodetektor. Eine an den Detektor angeschlossene Computersoftware erstellt eine grafische Darstellung der Wellenlängen, die die Probe absorbiert. Das Emissionsspektrum zeigt, welche Wellenlängen die Proben emittieren. Die verwendete Maßeinheit ist die relative Fluoreszenzeinheit (RFU). 

Fluorometer können über mehrere Kanäle verfügen, um verschiedenfarbige Fluoreszenzsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen zu überwachen, z. B. grün und blau oder ultraviolett und blau. Fluorometer können auch ein breites Spektrum von Probengrößen aufnehmen, wobei einige extrem kleine Probengrößen verwenden, um teures Probenmaterial zu sparen.

Was ist Biolumineszenz? 

Im Gegensatz zur Biofluoreszenz, bei der ein Organismus bei Anregung durch eine externe Lichtquelle Licht aussendet, entsteht Biolumineszenz durch eine chemische oder biologische Reaktion im Körper. Sie ist vergleichbar mit der Reaktion, die man beim Zerbrechen eines Leuchtstabs beobachten kann. Bei dieser Reaktion entsteht nur sehr wenig Wärme.

Die Beispiele für Biofluoreszenz sind so vielfältig wie die Lebewesen, die Licht aussenden können. Glühwürmchen zum Beispiel nutzen Biofluoreszenz, um miteinander zu kommunizieren. Tiefseekreaturen, wie z. B. Seeteufel, nutzen diese Fähigkeit, um Nahrung zu finden und Beute anzulocken oder nachzuahmen. Andere Organismen setzen eine biolumineszente Flüssigkeit frei, um sich zu verteidigen. Die Biolumineszenz ist ein schwierigeres Phänomen als die Biofluoreszenz, da die meisten Tiere ihre Leuchtkraft verlieren, wenn sie aufgrund von Schäden oder Stress gefangen werden.

Wie man Biolumineszenz misst 

Licht besteht aus Milliarden von winzigen Energiepaketen, den so genannten Photonen. Ein Luminometer überwacht die von biolumineszenten Prozessen freigesetzten Photonen. Luminometer sind einfache und erschwingliche Geräte zur Messung der Lichtleistung von Proben. Die Lichtausbeute wird durch Integration oder Messung der Fläche unter der Lichtemissionskurve der chemischen Reaktion während eines bestimmten Zeitraums berechnet. Alle Luminometer verfügen über eine Probenkammer, einen Detektor, eine Signalverarbeitungstechnik und eine Signalausgabeanzeige.

Beginnen Sie damit, eine Lumineszenzreaktion in der Mikroplatte zu erzeugen. Die Mikroplatte kommt in eine lichtdichte Lesekammer, und ein Photomultiplier-Röhrchen erfasst das Licht aus jeder Vertiefung. Die Photonen werden in der Photomultiplier-Röhre (PMT) in Elektronen umgewandelt, und der dabei entstehende Strom ist proportional zur Lichtmenge. Das Signal wird mit relativen Lichteinheiten (RLU) quantifiziert.

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