荧光入门介绍

荧光在显微镜中有着广泛的应用，是观察特定分子分布的重要工具。细胞中的绝大多数分子并不会发出荧光，因此必须用荧光分子即所谓的荧光素进行标记。对于感兴趣的分子可以直接标记（例如，用DAPI标记DNA），或者使用可与特异性抗体偶联的荧光素进行免疫染色。免疫染色时通常必须对细胞进行固定。

荧光显微镜还可对活细胞或组织进行延时成像。为此，对于感兴趣的蛋白质可以使用基因编码的荧光分子进行标记，如GFP（绿色荧光蛋白）。对于感兴趣的分子（如Ca2+）还可以使用可逆结合的合成染料（如fura-2）或转基因天然蛋白质（如GFP衍生物）进行标记。

图1：当特定波长（激发波长）的光照射到分子上（例如照射到荧光团中）时，光子会被分子的电子吸收。然后，电子从它们的基态(S0)提升到更高的能级，即激发态(S1’)。这个过程被称为激发(1)。激发态寿命很短(通常为10-9/-10-8秒)，在此期间电子的一些能量会丢失(2)。当电子离开激发态(S1)返回基态(3)时，它们会失去在激发过程中获得的剩余能量。荧光团的获得的能量会以光子形式释放，释放的光子波长以比激发光波长更长，从而能量更少。这种现象被称为斯托克斯位移。

图4：小鼠原代海马神经元细胞，蓝色：转染细胞标记；绿色：肌动蛋白，TRITC；红色：GluA Ampa受体单位，Texas Red；灰色：突触小泡蛋白，Cy 5

图5：果蝇幼虫，绿色：RNA结合蛋白，Alexa 488

图6：果蝇，幼虫龄期，绿色：Feb211阳性神经元及其轴突，Alexa 488；红色：CNS纤维部分（即所有轴突），Cy3；蓝色：细胞核，DAPI。感谢德国Eggenstein-Leopoldshafen毒理学与遗传基因研究所，Karlsruhe研究所Christoph Melcher博士提供的图片。

图7：小鼠肾脏切片，绿色：肾小球和肾曲小管，Alexa 488 WGA；红色：F-肌动蛋白（普遍存在于肾小球和刷状缘）；蓝色：细胞核，DAPI

图9：荧光显微镜下获得的分裂中期FISH染色染色体。感谢东京大学前沿科学研究生院人类进化实验室Yumiko Suto博士提供的图片。