ไบโอโฟตอน (มาจาก ภาษา กรีก βίος แปลว่า "ชีวิต" และ φῶς แปลว่า "แสง") คือโฟตอนของแสงใน ช่วง อัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้ซึ่งผลิตโดยระบบชีวภาพไบโอโฟตอนไม่ได้เกิดจากความร้อน และการปล่อยไบโอโฟตอนในทางเทคนิคแล้วเป็นประเภทหนึ่งของการเรืองแสงทางชีวภาพแม้ว่าโดยทั่วไปแล้วคำว่า "การเรืองแสงทางชีวภาพ" จะสงวนไว้สำหรับ ระบบ ที่มีความสว่าง สูงกว่า (โดยทั่วไปคือระบบที่มีแสงที่ปล่อยออกมาซึ่งมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า โดยใช้กระบวนการทางชีวเคมี เช่นลูซิเฟอริน / ลูซิเฟอเรส ) คำว่าไบโอโฟตอนที่ใช้ในความหมายแคบนี้ไม่ควรสับสนกับสาขาที่กว้างกว่าคือไบโอโฟโตนิกส์ซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ทั่วไปของแสงกับระบบชีวภาพ

โดยทั่วไปเนื้อเยื่อทางชีวภาพจะปล่อยรังสี ที่สังเกตได้ ในความถี่แสงที่มองเห็นได้และรังสีอัลตราไวโอเลตในช่วง 10 ⁻¹⁷ถึง 10 ⁻²³ W/cm ² (ประมาณ 1–1000 โฟตอน/cm ² /วินาที) ^{[ 1 ]}ระดับแสงที่ต่ำนี้มีความเข้มอ่อนกว่าแสงที่มองเห็นได้ซึ่งเกิดจากการเรืองแสงทางชีวภาพมาก แต่สามารถตรวจจับไบโอโฟตอนได้เหนือพื้นหลังของรังสีความร้อนที่ปล่อยออกมาจากเนื้อเยื่อที่อุณหภูมิปกติ^{[ 2 ]}การปล่อยไบโอโฟตอนยังเป็นที่รู้จักในชื่อ "การปล่อยโฟตอนที่อ่อนมาก" (UPE) ^{[ 3 ]}

แม้ว่าจะมีรายงานการตรวจพบไบโอโฟตอนจากหลายกลุ่ม^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}แต่สมมติฐานที่ว่าไบโอโฟตอนดังกล่าวบ่งชี้ถึงสถานะของเนื้อเยื่อทางชีวภาพและอำนวยความสะดวกในการสื่อสารของเซลล์รูปแบบหนึ่งยังคงอยู่ระหว่างการตรวจสอบ^{[ 7 ] [ 8 ]}อเล็กซานเดอร์ กูร์วิทช์ผู้ค้นพบการมีอยู่ของไบโอโฟตอน ได้รับรางวัลสตาลินในปี พ.ศ. 2484 จากผลงานของเขา^{[ 9 ]}

ไบโอโฟตอนอาจถูกตรวจจับได้ด้วยโฟโตมัลติพลายเออร์หรือโดยใช้กล้อง CCD ที่ มีสัญญาณรบกวนต่ำมาก เพื่อสร้างภาพ โดยใช้เวลาเปิดรับแสงโดยทั่วไป 15 นาทีสำหรับวัสดุจากพืช^{[ 10 ] [ 4 ]}หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ถูกใช้เพื่อวัดการปล่อยไบโอโฟตอนจากไข่ปลา^{[ 11 ]}และบางแอปพลิเคชันได้วัดไบโอโฟตอนจากสัตว์และมนุษย์^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} CCD แบบอิเล็กตรอนมัลติพลายเออร์ (EM-CCD) ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการตรวจจับแสงที่อ่อนมาก^{[ 15 ]}ยังถูกใช้เพื่อตรวจจับไบโอลูมิเนสเซนซ์ที่ผลิตโดยเซลล์ยีสต์ในช่วงเริ่มต้นของการเจริญเติบโต^{[ 16 ]}

การแผ่รังสีที่สังเกตได้โดยทั่วไปของเนื้อเยื่อชีวภาพในช่วงความถี่ที่มองเห็นได้และอัลตราไวโอเลตอยู่ในช่วง 10 ⁻¹⁷ถึง 10 ⁻²³ W/cm ²โดยมีจำนวนโฟตอนตั้งแต่ไม่กี่ตัวไปจนถึงเกือบ 1000 โฟตอนต่อ cm ²ต่อวินาทีในช่วง 200 nm ถึง 800 nm ^{[ 1 ]}

โฟโตเอนเซฟาโลกราฟีเป็นเทคนิคใหม่ที่ใช้ในการติดตามการปล่อยไบโอโฟตอนที่อ่อนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มาจากสมองของมนุษย์ การตรวจจับสัญญาณแสงที่อ่อนมากเหล่านี้ทำให้เป็นวิธีการที่ไม่รุกรานสำหรับการศึกษาการทำงานของระบบประสาท^{[ 17 ]}

การกระตุ้นทางเคมีผ่านความเครียดออกซิเดชันโดยสารออกซิเจนที่ว่องไวหรือการเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ (เช่นเพอร์ออกซิเดส ไลโปออกซิเจเนส ) เป็นเหตุการณ์ทั่วไปในสภาพแวดล้อม ของโมเลกุล ชีวภาพ^{[ 18 ]}ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถนำไปสู่การก่อตัวของ สปีชีส์ที่ถูกกระตุ้น แบบทริปเล็ตซึ่งจะปล่อยโฟตอนเมื่อกลับสู่ระดับพลังงาน ที่ต่ำกว่า ในกระบวนการที่คล้ายคลึงกับฟอสฟอเรสเซนซ์การศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าการปล่อยไบโอโฟตอนสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการลดสารต้านอนุมูลอิสระ ในเนื้อเยื่อที่ทำการทดสอบ ^{[ 19 ]}หรือโดยการเพิ่มสารอนุพันธ์คาร์บอนิล^{[ 20 ]}แสดงให้เห็นว่าการปล่อยสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่ม ROS ( สารออกซิเจนที่ว่องไว ) ^{[ 21 ]}

การถ่ายภาพไบโอโฟตอนจากใบไม้ถูกนำมาใช้เป็นวิธีการทดสอบการตอบสนองของยีน R ^{[ 10 ]}ยีนเหล่านี้และโปรตีนที่เกี่ยวข้องมีหน้าที่ใน การจดจำ เชื้อโรคและการกระตุ้นเครือข่ายการส่งสัญญาณป้องกันซึ่งนำไปสู่การตอบสนองแบบไวเกิน^{[ 22 ]} ซึ่งเป็นหนึ่งในกลไกการต้านทานของพืชต่อการติดเชื้อ จากเชื้อโรค โดยเกี่ยวข้องกับการสร้างอนุมูลอิสระออกซิเจน (ROS) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการส่งสัญญาณหรือเป็นสารพิษที่นำไปสู่การตายของเซลล์^{[ 23 ]}

นอกจากนี้ยังพบไบโอโฟตอนในรากของพืชที่ได้รับความเครียด ในเซลล์ที่แข็งแรง ความเข้มข้นของ ROS จะลดลงเหลือน้อยที่สุดโดยระบบสารต้านอนุมูลอิสระทางชีวภาพ อย่างไรก็ตาม ความร้อนช็อกและความเครียดอื่นๆ จะเปลี่ยนสมดุลระหว่างความเครียดจากออกซิเดชันและกิจกรรมต้านอนุมูลอิสระ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วจะกระตุ้นการปล่อยไบโอโฟตอนโดย ROS ^{[ 24 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1920 นักเอ็มบริโอวิทยาชาวรัสเซียAlexander Gurwitschรายงานการปล่อยโฟตอนที่ "อ่อนมาก" จากเนื้อเยื่อที่มีชีวิตในช่วงสเปกตรัม UV เขาตั้งชื่อรังสีเหล่านี้ว่า "รังสีไมโทเจเนติก" เพราะการทดลองของเขาทำให้เขามั่นใจว่ารังสีเหล่านี้มีผลกระตุ้นต่อการแบ่งเซลล์^{[ 25 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1970 Fritz-Albert Poppและกลุ่มวิจัยของเขาที่มหาวิทยาลัย Marburg ( เยอรมนี ) แสดงให้เห็นว่าการกระจายสเปกตรัมของการปล่อยแสงนั้นครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง ตั้งแต่ 200 ถึง 750 นาโนเมตร^{[ 26 ]} งานของ Popp เกี่ยวกับคุณสมบัติทางสถิติของการปล่อยไบโอโฟตอน โดยเฉพาะข้ออ้างเกี่ยวกับความสอดคล้องกันนั้น ถูกวิพากษ์วิจารณ์ว่าขาดความเข้มงวดทางวิทยาศาสตร์^{[ 2 ]}

กลไกไบโอโฟตอนหนึ่งมุ่งเน้นไปที่เซลล์ที่ได้รับบาดเจ็บซึ่งอยู่ภายใต้ความเครียดออกซิเดชัน ในระดับสูง ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงหนึ่งแหล่ง และสามารถถือได้ว่าเป็น "สัญญาณความทุกข์" หรือกระบวนการทางเคมีพื้นฐาน แต่กลไกนี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ ความยากลำบากในการแยกแยะผลกระทบของไบโอโฟตอนที่คาดการณ์ไว้ท่ามกลางปฏิสัมพันธ์ทางเคมีอื่นๆ มากมายระหว่างเซลล์ ทำให้ยากที่จะสร้างสมมติฐานที่สามารถทดสอบได้บทความวิจารณ์ใน ปี 2010 ได้กล่าวถึงทฤษฎีต่างๆ ที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับการส่งสัญญาณประเภทนี้^{[ 27 ]}

สมมติฐานการสื่อสารของเซลล์โดยไบโอโฟตอนถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างมากเนื่องจากไม่สามารถอธิบายได้ว่าเซลล์จะตรวจจับสัญญาณโฟตอนที่มีความแรงน้อยกว่าแสงพื้นหลังตามธรรมชาติหลายลำดับได้อย่างไร^{[ 28 ]}

การตรวจสอบการปล่อยโฟตอนที่อ่อนมากนำเสนอแนวทางต้นทุนต่ำและไม่ต้องใช้ฉลากสำหรับการติดตามการแทรกแซงทางเภสัชวิทยาและการบำบัดด้วยยาในโรคต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองของ ROS ^{[ 29 ] [ 30 ]}

• การเรืองแสงทางเคมี
• ลูมิโนฟอร์
• การเรืองแสง

• Bischof M. "บรรณานุกรมเกี่ยวกับการวิจัยไบโอโฟตอนและหัวข้อที่เกี่ยวข้อง"สถาบันชีวฟิสิกส์นานาชาติเก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 25 มกราคม 2553
• Hyland GJ. "พื้นฐานของความสอดคล้องในชีววิทยา" . Biophotonik . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2004-05-19.