ในชีววิทยาโมเลกุลและเทคโนโลยีชีวภาพแท็กเรืองแสงหรือที่รู้จักกันในชื่อสีย้อมเรืองแสงฉลากเรืองแสงหรือโพรบเรืองแสงคือโมเลกุลที่ติดอยู่ทางเคมีเพื่อช่วยในการตรวจจับโมเลกุลชีวภาพเช่น โปรตีน แอนติบอดี หรือกรดอะมิโนโดยทั่วไป การติดแท็กหรือฉลากเรือง แสงจะใช้สารอนุพันธ์ที่ทำปฏิกิริยาได้ของโมเลกุลเรืองแสงที่เรียกว่าฟ ลูออโรฟอร์ ฟลู ออโรฟอร์จะจับกับบริเวณหรือหมู่ฟังก์ชัน เฉพาะ บนโมเลกุลเป้าหมายอย่างเลือกสรร และสามารถติดได้ทั้งทางเคมีหรือทางชีวภาพ^{[ 1 ]} เทคนิคการติดฉลากต่างๆ เช่น การติดฉลากด้วยเอนไซม์การติดฉลากโปรตีนและการติดฉลากทางพันธุกรรม ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเอทิเดียมโบรไมด์ฟลูออเรสซีนและโปรตีนเรืองแสงสีเขียวเป็นแท็กที่ใช้กันทั่วไป โมเลกุลที่ติดฉลากบ่อยที่สุดคือแอนติบอดี โปรตีน กรดอะมิโน และเปปไทด์ ซึ่งจะใช้เป็นโพรบเฉพาะสำหรับการตรวจจับเป้าหมายที่เฉพาะเจาะจง^{[ 2 ]}

การพัฒนาวิธีการตรวจจับและระบุโมเลกุลชีวภาพได้รับแรงผลักดันจากความสามารถในการปรับปรุงการศึกษาโครงสร้างโมเลกุลและปฏิสัมพันธ์ ก่อนการติดฉลากด้วยฟลูออเรสเซนต์ไอโซโทปรังสีถูกใช้เพื่อตรวจจับและระบุสารประกอบโมเลกุล ตั้งแต่นั้นมา วิธีการที่ปลอดภัยกว่าได้รับการพัฒนาขึ้นโดยใช้สีย้อมฟลูออเรสเซนต์หรือโปรตีนฟลูออเรสเซนต์เป็นแท็กหรือโพรบเพื่อติดฉลากและระบุโมเลกุลชีวภาพ^{[ 3 ]} แม้ว่าการติดแท็กฟลูออเรสเซนต์ในเรื่องนี้เพิ่งถูกนำมาใช้เมื่อไม่นานมานี้ แต่การค้นพบฟลูออเรสเซนต์มีมานานกว่านั้นมาก

เซอร์ จอร์จ สโตกส์ได้พัฒนากฎของสโตกส์เกี่ยวกับการเรืองแสงในปี พ.ศ. 2495 ซึ่งระบุว่าความยาวคลื่นของการปล่อยแสงเรืองแสงนั้นมากกว่าความยาวคลื่นของรังสีที่กระตุ้น ริชาร์ด เมเยอร์ จึงได้บัญญัติศัพท์ ว่า ฟลูออโรฟอร์ในปี พ.ศ. 2440 เพื่ออธิบายกลุ่มทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเรืองแสง ตั้งแต่นั้นมาฟลูออเรสซีนถูกสร้างขึ้นเป็นสีย้อมเรืองแสงโดยอดอล์ฟ ฟอน เบเยอร์ ในปี พ.ศ. 2414 และวิธีการย้อมสีได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ร่วมกับการพัฒนากล้องจุลทรรศน์เรืองแสงในปี พ.ศ. 2454 ^{[ 4 ]}

เอทิเดียมโบรไมด์และอนุพันธ์ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1950 ^{[ 4 ]}และในปี 1994 โปรตีนเรืองแสงหรือ FP ได้ถูกนำมาใช้^{[ 5 ]}โปรตีนเรืองแสงสีเขียวหรือ GFP ถูกค้นพบโดยOsamu Shimomuraในช่วงทศวรรษ 1960 และได้รับการพัฒนาเป็นโมเลกุลติดตามโดย Douglas Prasher ในปี 1987 ^{[ 6 ]} FP นำไปสู่ความก้าวหน้าในการถ่ายภาพเซลล์ ที่มีชีวิต ด้วยความสามารถในการติดแท็กบริเวณโปรตีนทางพันธุกรรมอย่างเลือกสรรและสังเกตการทำงานและกลไกของโปรตีน^{[ 5 ]}ด้วยความก้าวหน้านี้ Shimomura จึงได้รับรางวัลโนเบลในปี 2008 ^{[ 7 ]}

มีการพัฒนาวิธีการติดตามโมเลกุลชีวภาพแบบใหม่ รวมถึงการใช้ไบโอเซนเซอร์แบบวัดสี สารประกอบโฟโตโครมิกวัสดุชีวภาพและเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้า การติดฉลากด้วยฟลูออเรสเซนต์ก็เป็นวิธีการทั่วไปเช่นกัน โดยมีการขยายการใช้งานไปสู่การติดฉลากด้วยเอนไซม์ การติดฉลากด้วย สารเคมี การติดฉลาก ด้วยโปรตีนและการติดฉลากด้วยพันธุกรรม^{[ 1 ]}

ปัจจุบันมีวิธีการติดฉลากหลายวิธีสำหรับการติดตามโมเลกุลชีวภาพ วิธีการบางส่วนได้แก่ดังต่อไปนี้

สายพันธุ์ทั่วไปที่ใช้เครื่องหมายไอโซโทป ได้แก่ โปรตีน ในกรณีนี้ กรดอะมิโนที่มีไอโซโทปเสถียรของคาร์บอน ไนโตรเจน หรือไฮโดรเจน จะถูกรวมเข้ากับลำดับโพลีเปปไทด์^{[ 8 ]}จากนั้นโพลีเปปไทด์เหล่านี้จะถูกนำไปวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรเมตรีมวลเนื่องจากไอโซโทปเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่แน่นอนในเปปไทด์ จึงสามารถบอกได้จากกราฟสเปกโทรเมตรีว่าเปปไทด์ใดมีไอโซโทปอยู่ ด้วยวิธีนี้ เราสามารถแยกโปรตีนที่สนใจออกจากโปรตีนอื่นๆ ในกลุ่มได้ สารประกอบไอโซโทปมีบทบาทสำคัญในฐานะโฟโตโครม ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ไบโอเซนเซอร์จะถูกติดเข้ากับสารที่สนใจ โดยปกติแล้ว สารนี้จะไม่สามารถดูดซับแสงได้ แต่ด้วยไบโอเซนเซอร์ ที่ติดอยู่ แสงจะถูกดูดซับและปล่อยออกมาบนเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ [ ^{9 ] นอกจาก}นี้ ไบโอเซนเซอร์ที่เรืองแสงยังสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ไบโอเซนเซอร์เรืองแสงบางชนิดยังมีความสามารถในการเปลี่ยนสีในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง (เช่น จากสีน้ำเงินเป็นสีแดง) นักวิจัยจะสามารถตรวจสอบและรับข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมโดยรอบได้จากสีที่เขาหรือเธอสามารถมองเห็นได้จากโมเลกุลไฮบริดของไบโอเซนเซอร์^{[ 10 ]}

โดยปกติแล้วการทดสอบแบบวัดสีจะใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นของสายพันธุ์หนึ่งเทียบกับอีกสายพันธุ์หนึ่ง^{[ 9 ]}

สารประกอบ โฟโตโครมิกมีความสามารถในการสลับระหว่างสีต่างๆ ได้หลากหลาย ความสามารถในการแสดงสีต่างๆ ขึ้นอยู่กับวิธีการดูดซับแสง ไอโซเมอร์ที่แตกต่างกันของโมเลกุลจะดูดซับความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน ดังนั้นไอโซเมอร์แต่ละชนิดจึงสามารถแสดงสีที่แตกต่างกันได้ตามการดูดซับ ซึ่งรวมถึงสารประกอบที่สามารถเปลี่ยนสถานะด้วยแสงได้ ซึ่งเป็นโปรตีนที่สามารถเปลี่ยนจากสถานะที่ไม่เรืองแสงไปเป็นสถานะเรืองแสงได้เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่กำหนด^{[ 11 ]}

โมเลกุลอินทรีย์ที่ใช้เป็นโฟโตโครมที่พบได้บ่อยที่สุดคือไดอาริลอีเทน [ ^{12 ] ตัวอย่าง} อื่นๆ ของโปรตีนที่สามารถเปลี่ยนสถานะด้วยแสงได้ ได้แก่ PADRON-C, rs-FastLIME-s และ bs-DRONPA-s ซึ่งสามารถใช้ในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพื่อสังเกตการเคลื่อนที่ของเซลล์ไปยังสภาพแวดล้อมต่างๆ^{[ 11 ]}

วัสดุชีวภาพเรืองแสงเป็นวิธีการหนึ่งในการใช้ปัจจัยภายนอกเพื่อสังเกตเส้นทางได้ชัดเจนยิ่งขึ้น วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการติดฉลากเรืองแสงให้กับโมเลกุลเปปไทด์ที่จะเปลี่ยนแปลงเส้นทางธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต เมื่อเปปไทด์นี้ถูกแทรกเข้าไปในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต มันสามารถกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างออกไปได้ วิธีนี้สามารถนำมาใช้ได้ เช่น ในการรักษาผู้ป่วยแล้วจึงสังเกตผลลัพธ์ของการรักษาได้อย่างชัดเจน^{[ 13 ]}

เซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าสามารถใช้สำหรับการตรวจจับโมเลกุลชีวภาพแบบไม่ต้องใช้ฉลาก เซนเซอร์เหล่านี้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงและวัดกระแสระหว่างอิเล็กโทรดโลหะที่ตรวจสอบกับอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารวิเคราะห์เป้าหมาย จากนั้นจะใช้ศักย์ไฟฟ้าที่ทราบค่ากับอิเล็กโทรดจากกระแสป้อนกลับ และสามารถวัดกระแสที่เกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น เทคนิคหนึ่งที่ใช้การตรวจจับทางเคมีไฟฟ้า ได้แก่ การค่อยๆ เพิ่มแรงดันไฟฟ้า ทำให้สารเคมีที่อิเล็กโทรดถูกออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์ พล็อตกระแสเซลล์เทียบกับแรงดันไฟฟ้าสามารถระบุปริมาณของสารเคมีที่ถูกใช้หรือผลิตที่อิเล็กโทรดได้ในที่สุด^{[ 14 ]}แท็กเรืองแสงสามารถใช้ร่วมกับเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าเพื่อความสะดวกในการตรวจจับในระบบ ชีวภาพ

ในบรรดาวิธีการติดฉลากโมเลกุลชีวภาพต่างๆ ฉลากเรืองแสงมีข้อดีตรงที่มีความไวสูงแม้ในความเข้มข้นต่ำและไม่ทำลายการพับและการทำงานของโมเลกุลเป้าหมาย^{[ 1 ]}

โปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP)เป็นโปรตีนเรืองแสงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจากแมงกะพรุนAequorea victoriaซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการติดแท็กโปรตีนที่สนใจ GFP ปล่อยโฟตอนในช่วงสีเขียวของสเปกตรัมแสงเมื่อถูกกระตุ้นด้วยการดูดซับแสง โครโมฟอร์ประกอบด้วยไตรเปป ไทด์ที่ถูกออกซิได ซ์ -Ser^65-Tyr^66-Gly^67 ซึ่งอยู่ในโครงสร้าง β barrel GFP เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและต้องการเพียงออกซิเจนโมเลกุลเท่านั้น GFP ได้รับการดัดแปลงโดยการเปลี่ยนความยาวคลื่นของแสงที่ดูดซับเพื่อให้มีสีเรืองแสงอื่นๆ YFP หรือโปรตีนเรืองแสงสีเหลือง BFP หรือโปรตีนเรืองแสงสีน้ำเงินและ CFP หรือโปรตีนเรืองแสงสีฟ้าเป็นตัวอย่างของ GFP รูปแบบต่างๆ รูปแบบเหล่านี้ผลิตขึ้นโดยวิศวกรรมพันธุกรรมของยีน GFP ^{[ 15 ]}

โพรบเรืองแสงสังเคราะห์ยังสามารถใช้เป็นฉลากเรืองแสงได้อีกด้วย ข้อดีของฉลากเหล่านี้ ได้แก่ ขนาดที่เล็กกว่าและมีสีที่หลากหลายกว่า สามารถใช้ติดแท็กโปรตีนที่สนใจได้อย่างเลือกสรรมากขึ้นด้วยวิธีการต่างๆ รวมถึงการติดฉลากโดยอาศัยการจดจำทางเคมี เช่น การใช้แท็กเปปไทด์ที่จับโลหะ และการติดฉลากโดยอาศัยการจดจำทางชีวภาพโดยใช้ปฏิกิริยาเอนไซม์^{[ 16 ]} อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีช่วงความยาวคลื่นการกระตุ้นและการปล่อยแสงที่หลากหลาย รวมถึงความเสถียรที่ดีกว่า แต่โพรบสังเคราะห์มักเป็นพิษต่อเซลล์ ดังนั้นโดยทั่วไปจึงไม่ได้ใช้ในการศึกษาการถ่ายภาพเซลล์^{[ 1 ]}

ฉลากเรืองแสงสามารถไฮบริดกับ mRNA เพื่อช่วยในการมองเห็นปฏิสัมพันธ์และกิจกรรม เช่น การกำหนดตำแหน่งของ mRNA สายแอนติเซนส์ที่ติดฉลากด้วยโพรบเรืองแสงจะติดอยู่กับสาย mRNA เส้นเดียว จากนั้นสามารถมองเห็นได้ในระหว่างการพัฒนาของเซลล์เพื่อดูการเคลื่อนที่ของ mRNA ภายในเซลล์^{[ 17 ]}

ฟลูออโรเจนคือลิแกนด์ (ลิแกนด์ฟลูออโรเจนิก) ซึ่งตัวมันเองไม่เรืองแสง แต่เมื่อถูกจับโดยโปรตีนหรือโครงสร้าง RNA ที่เฉพาะเจาะจงก็จะเรืองแสง^{[ 18 ]}

ตัวอย่างเช่นFAST เป็น โปรตีนสีเหลืองที่ไวต่อแสงชนิดหนึ่ง ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อจับกับสารเคมีเลียนแบบโครโมฟอร์ไตรเปปไทด์ GFP ^{[ 19 ]} ใน ทำนองเดียวกัน แอพทาเมอร์ ของผักโขมเป็นลำดับ RNA ที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม ซึ่งสามารถจับกับสารเคมีเลียนแบบโครโมฟอร์ GFP ได้ จึงทำให้โมเลกุล RNA ที่มีลำดับดังกล่าวเรืองแสงได้แบบมีเงื่อนไขและย้อนกลับได้^{[ 20 ]}

การติดฉลากด้วยฟลูออเรสเซนต์เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องลักษณะที่ไม่ทำลายและมีความไวสูง ทำให้เป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการติดฉลากและติดตามโมเลกุลชีวภาพ^{[ 1 ]} สามารถใช้เทคนิคการติดฉลากด้วยฟลูออเรสเซนต์ได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับลักษณะของเป้าหมาย

ในการติดฉลากด้วยเอนไซม์ ขั้นแรกจะสร้างโครงสร้าง DNA โดยใช้ยีนและ DNA ของโปรตีนเรืองแสง^{[ 21 ]}หลังจากการถอดรหัส จะได้ RNA ลูกผสม + เรืองแสง วัตถุที่สนใจจะถูกติดเข้ากับเอนไซม์ที่สามารถจดจำ DNA ลูกผสมนี้ได้ โดยปกติจะใช้ฟลูออเรสซีนเป็นฟลูออโรฟอร์

การติดฉลากทางเคมีหรือการใช้แท็กทางเคมีใช้ประโยชน์จากการโต้ตอบระหว่างโมเลกุลขนาดเล็กกับลำดับกรดอะมิโนทางพันธุกรรมที่เฉพาะเจาะจง^{[ 22 ]} บางครั้งการติดฉลากทางเคมีถูกใช้เป็นทางเลือกแทน GFP โปรตีนสังเคราะห์ที่ทำหน้าที่เป็นโพรบเรืองแสงมีขนาดเล็กกว่า GFP ดังนั้นจึงสามารถทำหน้าที่เป็นโพรบในสถานการณ์ที่หลากหลายกว่า นอกจากนี้ยังให้สีและคุณสมบัติทางเคมีแสงที่หลากหลายกว่า^{[ 23 ]} ด้วยความก้าวหน้าล่าสุดในการติดฉลากทางเคมี แท็กทางเคมีจึงเป็นที่นิยมมากกว่าโปรตีนเรืองแสงเนื่องจากข้อจำกัดทางสถาปัตยกรรมและขนาดของ β-barrel ที่เป็นลักษณะเฉพาะของโปรตีนเรืองแสง การเปลี่ยนแปลงของโปรตีนเรืองแสงจะนำไปสู่การสูญเสียคุณสมบัติการเรืองแสง^{[ 22 ]}

การติดฉลากโปรตีนใช้แท็กสั้นๆ เพื่อลดการรบกวนการพับและการทำงานของโปรตีน โลหะทรานซิชันถูกใช้เพื่อเชื่อมโยงสารตกค้างเฉพาะในแท็กกับเป้าหมายเฉพาะไซต์ เช่น ปลาย N ปลาย C หรือไซต์ภายในโปรตีน ตัวอย่างของแท็กที่ใช้สำหรับการติดฉลากโปรตีน ได้แก่ แท็กไบอาร์เซนิก แท็กฮิสติดีน และแท็ก FLAG ^{[ 1 ]}

การไฮบริดไดเซชันแบบ ฟลูออเรสเซนซ์ในแหล่งกำเนิด (FISH) เป็นตัวอย่างของเทคนิคการติดฉลากทางพันธุกรรมที่ใช้โพรบที่มีความจำเพาะต่อตำแหน่งโครโมโซมตามความยาวของโครโมโซม หรือที่รู้จักกันในชื่อการระบายสีโครโมโซมสีย้อมฟลูออเรสเซนซ์หลายชนิดที่มีความยาวคลื่นการกระตุ้นและการปล่อยแสงที่แตกต่างกันจะถูกจับกับโพรบ จากนั้นจึงไฮบริดไดซ์กับโครโมโซม กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์สามารถตรวจจับสีย้อมที่มีอยู่และส่งไปยังคอมพิวเตอร์ที่สามารถเปิดเผยคาริโอไทป์ของเซลล์ได้ เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถเปิดเผยความผิดปกติ เช่น การลบและการเพิ่มจำนวนได้^{[ 24 ]}

เซนเซอร์โมเลกุลขนาดเล็กเป็นศัพท์เฉพาะสำหรับสารเคมีที่ตรวจจับไอออนโลหะ บางชนิด ในสารละลาย^{[ 25 ]}แม้ว่าจะมีหลายประเภท แต่เซนเซอร์โมเลกุลขนาดเล็กส่วนใหญ่ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่จับกับโลหะอย่างเลือกสรร ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน หน่วยย่อยเรือง แสงการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถสังเกตได้ในสเปกตรัม ของเซนเซอร์โมเลกุลขนาดเล็ก ซึ่งสามารถตรวจสอบได้โดยใช้ระบบตรวจจับ เช่นกล้องจุลทรรศน์หรือโฟโตไดโอด [ ^{26 ] มี}โพรบที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย โดยแต่ละโพรบมีค่าคงที่การแตกตัว ที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับโลหะชนิดใดชนิดหนึ่ง คุณสมบัติการเรืองแสงที่แตกต่างกัน และความไวที่แตกต่างกัน พวกมันตรวจสอบกระบวนการทางชีวภาพโดยการตรวจสอบไอออนโลหะที่ความเข้มข้นต่ำในระบบชีวภาพ การตรวจจับทางชีวภาพแบบดั้งเดิมมีประสิทธิภาพน้อยกว่าหรือไม่เหมาะสม^{[ 27 ]}กลไกการตรวจจับส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องในเซนเซอร์โมเลกุลขนาดเล็กเกี่ยวข้องกับการเรืองแสง^{[ 26 ] [ 28 ]}

• การดับการเรืองแสงพาราแมกเนติกคือการอนุญาตให้มีสถานะอิเล็กตรอนใหม่เมื่อผูกอะตอมโลหะพาราแมกเนติก^{[ 26 ]}
• การถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่เหนี่ยวนำด้วยแสง (PET)คือการปิดกั้นสถานะพลังงาน ที่ต่ำกว่า เนื่องจากการจับตัวของอะตอมโลหะ^{[ 26 ]}
• การถ่ายโอนประจุที่เกิดจากแสง (PCT)การปรับเปลี่ยนระดับพลังงานในเชิงซ้อนโดยการถ่ายโอนประจุภายในระบบไพคอนจูเกต^{[ 26 ]}
• การถ่ายโอนพลังงานเรโซแนนซ์ฟลูออเรสเซนซ์ (FRET) [ ^{26 ]}การถ่ายโอนเอ็กซิตอนจากผู้ให้ไปยังผู้รับ ซึ่งปรับเปลี่ยนสเปกตรัม^การปล่อยแสง^{[ 26 ] [ 29 ]}
• การก่อตัวของเอ็กไซเมอร์/เอ็กไซเพล็กซ์คือการก่อตัวของสถานะที่เป็นไฮบริดของสถานะพื้นฐานและสถานะกระตุ้น ซึ่งมีคุณสมบัติเรืองแสงแบบใหม่^{[ 26 ]}
• เคโมโดซิเมเตอร์คือ คอมเพล็กซ์ที่เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับไม่ได้กับสปีชีส์อื่นเมื่อจับกับโลหะเพื่อสร้างสารประกอบใหม่ที่มีสเปกตรัมเรืองแสงแบบใหม่^{[ 26 ]}

ฟลูออโรฟอร์มีความสำคัญต่อการวัดเหตุการณ์การจับโลหะบางอย่าง และโดยอ้อมต่อความเข้มข้นของโลหะ มีหลายประเภท แต่ละประเภทมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันซึ่งทำให้ได้เปรียบในการใช้งานที่แตกต่างกัน บางชนิดทำงานเป็นเซนเซอร์โลหะขนาดเล็กได้ด้วยตัวเอง ในขณะที่บางชนิดต้องรวมตัวกับหน่วยย่อยที่สามารถคีเลตหรือจับไอออนโลหะได้ตัวอย่างเช่นโรดามีน จะเกิดการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างเมื่อจับกับไอออนโลหะ ในการทำเช่นนั้น มันจะเปลี่ยนจาก รูปแบบ สไปโรไซคลิก ที่ไม่มีสีและไม่เรืองแสง ไปเป็นรูปแบบไซคลิกเปิดสีชมพูที่เรืองแสงได้^{[ 26 ] [ 30 ]} เซนเซอร์ที่ใช้ ควินอลีนได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อสร้าง สารประกอบ เรืองแสงกับ Cd(II) และสารประกอบเรืองแสงกับ Zn(II) มีสมมติฐานว่ามันทำงานโดยการเปลี่ยนสถานะเรืองแสงต่ำสุดจาก n– π * เป็นπ – π * เมื่อประสานกับโลหะ^{[ 26 ] [ 31 ] [ 32 ]} เมื่อ กลุ่ม แดนซิล DNS จับกับโลหะ มันจะสูญเสีย ไฮโดรเจน ซัลโฟนาไมด์ทำให้เกิดการดับแสงฟลูออเรสเซนซ์ผ่านกลไก PET หรือ PET ย้อนกลับ ซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนไปยังหรือจากโลหะที่จับอยู่^{[ 33 ]}

มีการรายงานเกี่ยวกับเซนเซอร์โมเลกุลขนาดเล็กสำหรับสังกะสี^{[ 28 ]} ตัวอย่างหนึ่งคือ "ZX1" ซึ่งเป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่จับสังกะสีไดพิโคลิลามีน (DPA) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับสังกะสีมากกว่าชนิดอื่นๆ ที่พบในสารละลาย เช่น Ca และ Mg ^{[ 34 ] [ 35 ]} GFZnP OMe เป็นเซนเซอร์ Zn2+ เรืองแสงแบบ GFP อีกทางเลือกหนึ่งที่ได้รับการตีพิมพ์สำหรับการใช้งานในกล้องจุลทรรศน์แบบสองโฟตอนและการใช้งานทางชีววิทยาและกล้องจุลทรรศน์ที่เกี่ยวข้อง ประกอบด้วยโครงสร้าง 8-เมทอกซีควิโนลีน มีคุณสมบัติทางโฟโตฟิสิกส์ที่ยอดเยี่ยม รวมถึงการเพิ่มความเรืองแสง 37 เท่า โดยมี l(ex) = 440 nm และ l(em) = 505 nm พื้นที่หน้าตัดสองโฟตอนสูงถึง 73 GM ที่ 880 nm ^{[ 36 ]} GFZnP BIPY มีส่วนประกอบคีเลต 2,2'-ไบไพริดีน มีประสิทธิภาพในช่วง pH ที่เกี่ยวข้องทางสรีรวิทยา และมีการรายงานคุณลักษณะทางโฟโตฟิสิกส์ที่ยอดเยี่ยม รวมถึงการเพิ่มความเรืองแสงถึง 53 เท่า โดยมีค่าสูงสุดของการกระตุ้นและการปล่อยแสงที่ 422 นาโนเมตรและ 492 นาโนเมตร ตามลำดับ มีการรายงานค่าภาคตัดขวางสองโฟตอนสูงถึง 3.0 GM ที่ 840 นาโนเมตร รวมถึงการเลือกไอออนโลหะที่ยอดเยี่ยม การทดลอง ในหลอดทดลองกับเซลล์เพาะเลี้ยง HEK 293 ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการใช้งาน^{[ 37 ]}

สำหรับทองแดง เซนเซอร์ CTAP-1 แสดงการตอบสนองในย่าน UV เมื่อ Cu(I) จับกับโมทีฟ azatetrathiacrown ซึ่งจะกระตุ้น สีย้อมที่มีฐานเป็น ไพราโซลีนที่ติดอยู่^{[ 27 ] [ 28 ]}ใน Coppersensor-1 (CS1) โมทีฟที่อุดมไป ด้วยไทโออีเทอร์จะจับกับ Cu(I) ทำให้เกิดการกระตุ้นสีย้อมโบรอนไดไพร์โรมีเทน ( BODIPY ) ในย่านแสงที่มองเห็นได้^{[ 27 ] [ 28 ]}

เซนเซอร์ เหล็ก ประกอบด้วย Pryrene-TEMPO ซึ่งการจับตัวของเหล็กกับTEMPOจะทำให้การเรืองแสงของไพรีนดับลงเมื่อไม่มี Fe(II) จับอยู่ อย่างไรก็ตาม เมื่อจับกันแล้ว TEMPO จะถูกรีดิวซ์และไพรีนจะกลับมาเรืองแสงอีกครั้ง โพรบนี้มีข้อจำกัดตรงที่การตอบสนองที่คล้ายคลึงกันสามารถเกิดขึ้นได้จากอนุมูลอิสระ ที่ไม่พึงประสงค์ และสามารถใช้ได้เฉพาะในสารละลายที่เป็นกรดเท่านั้น^{[ 28 ] [ 38 ]}ระบบการจับ Fe(II) ของ DansSQ ประกอบด้วยกลุ่ม Dansyl ที่จับกับสไตริลควิโนลีนและทำงานโดยการขัดขวางการถ่ายโอนประจุภายในโมเลกุล มีข้อจำกัดตรงที่ละลายได้เฉพาะในอะซีโตไนไตรล์ใน_H2O 10% เท่านั้น ^{[ 28 ]}

เซนเซอร์ โคบอลต์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ประโยชน์จากการแตกพันธะ CO โดย Co(II) ในโพรบเรืองแสงที่เรียกว่า Cobalt Probe 1 (CP1) ^{[ 39 ]}

สามารถมองเห็นการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้สำหรับการตรวจจับปรอทในปลา [ ^{40 ] เซนเซอร์}ปรอทบางชนิด (MS) เป็นสารประกอบของฟลูออเรสซีนและแนฟโทฟลูออเรสซีน โพรบ MS1 เพิ่มการปล่อยแสงเมื่อจับกับ Hg(II) ในขณะที่ยังคงรักษาความสัมพันธ์ที่ดีกับปรอทมากกว่าไอออนโลหะหนักอื่นๆ^{[ 27 ]}เซนเซอร์ S3 ใช้ สารประกอบ BODIPYซึ่งมีการเพิ่มขึ้นของฟลูออเรสเซนซ์อย่างมีนัยสำคัญเมื่อจับกับ Hg(II) ^{[ 27 ] [ 41 ]} MF1 ใช้คี เลเตอร์ ไทโอ อีเทอร์แบบอ่อน สำหรับ Hg(II) ที่จับกับตัวรายงานแซนทีโนนคล้ายฟลูออเรสซีน มีความคมชัดที่ดีเมื่อจับกับปรอทและมีความเลือกสรรที่ดี MF1 มีความไวเพียงพอที่จะเสนอให้ใช้ทดสอบปลาสำหรับระดับปรอทที่เป็นพิษ^{[ 27 ] [ 40 ]}

แท็กเคมีได้รับการปรับแต่งสำหรับเทคโนโลยีการถ่ายภาพมากกว่าโปรตีนเรืองแสง เนื่องจากแท็กเคมีสามารถระบุตำแหน่งของโฟโตเซนซิไทเซอร์ให้ใกล้กับโปรตีนเป้าหมายมากขึ้น^{[ 42 ]}จากนั้นโปรตีนสามารถติดฉลากและตรวจจับได้ด้วยการถ่ายภาพ เช่นกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงพิเศษการถ่ายภาพCa ²⁺การตรวจจับ pH การตรวจจับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ การปิดใช้งานด้วยแสงโดยใช้โครโมฟอร์ และกล้องจุลทรรศน์แสงหลายโฟตอน การศึกษาการถ่ายภาพ ในร่างกายในสัตว์มีชีวิตได้ดำเนินการเป็นครั้งแรกโดยใช้ โปรตีน โมโนเมอร์ที่ได้มาจากแบคทีเรียฮาโลอัลเคนดีฮาโลจีเนสที่รู้จักกันในชื่อ Halo-tag ^{[ 22 ] [ 43 ]} Halo-tag เชื่อมต่อกับลิแกนด์ด้วยพันธะโค วาเลนต์ และช่วยให้การแสดงออกของโปรตีนที่ละลายได้ดีขึ้น^{[ 43 ]}

แม้ว่าสีย้อมเรืองแสงอาจไม่มีความไวเท่ากับโพรบกัมมันตรังสี แต่ก็สามารถแสดงกิจกรรมแบบเรียลไทม์ของโมเลกุลที่ทำงานได้^{[ 44 ]}ยิ่งไปกว่านั้น รังสีและการจัดการที่เหมาะสมก็ไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไป

ด้วยการพัฒนาการติดแท็กด้วยฟลูออเรสเซนต์กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ทำให้สามารถมองเห็นโปรตีนเฉพาะในภาพเซลล์ทั้งแบบคงที่และแบบมีชีวิตได้ การระบุตำแหน่งของโปรตีนเฉพาะนำไปสู่แนวคิดที่สำคัญในชีววิทยาของเซลล์ เช่น หน้าที่ของกลุ่มโปรตีนที่แตกต่างกันในเยื่อหุ้มเซลล์และออร์แกเนลล์ ในการถ่ายภาพเซลล์ที่มีชีวิต แท็กฟลูออเรสเซนต์ช่วยให้สามารถตรวจสอบการเคลื่อนไหวของโปรตีนและการโต้ตอบของพวกมันได้^{[ 24 ]}

ความก้าวหน้าล่าสุดในวิธีการที่เกี่ยวข้องกับแท็กเรืองแสงทำให้สามารถมองเห็นmRNAและตำแหน่งของมันภายในสิ่งมีชีวิตต่างๆ ได้ การถ่ายภาพเซลล์ที่มีชีวิตของ RNA สามารถทำได้โดยการนำ RNA ที่สังเคราะห์ขึ้นซึ่งเชื่อมต่อทางเคมีกับแท็กเรืองแสงเข้าไปในเซลล์ที่มีชีวิตโดยการฉีดไมโคร เทคนิคนี้ใช้เพื่อแสดงให้เห็นว่าoskar mRNA ใน ตัวอ่อนของแมลง หวี่มีตำแหน่งอยู่ที่ บริเวณ ด้านหลังของโอโอไซต์^{[ 17 ]}

• การวัดความเร็วด้วยการติดแท็กโมเลกุล
• เครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์สำหรับการวัดกรดนิวคลีอิก
• แท็กโปรตีน

• ^{[ 45 ]}
• ^{[ 46 ]}

^{[ 47 ]}