蛍光のプロセス

一部の分子は光エネルギーの吸収を介してより高いエネルギー状態に励起することができ、これを励起状態と呼びます。励起状態のエネルギーは長い時間持続できず、「減衰」または減少し、結果、光エネルギーを放出します。このプロセスを蛍光と呼びます。「蛍光を発する」とは、このプロセスを介して光を放出することです。蛍光色素分子は、蛍光を発することができる分子です。蛍光分子の例として、Invitrogen™ Alexa Fluor™ 色素、DAPIまたはInvitrogen™ MitoTracker™ Redのような構造的染色、および緑色蛍光タンパク質があります。

基底状態の蛍光色素分子は、比較的低エネルギーで、安定した構造をしており、蛍光を発しません。外部光源からの光が蛍光色素分子に当たると、その分子は光エネルギーを吸収します。吸収されたエネルギーが十分であれば、分子は励起状態と呼ばれる高エネルギー状態に達します。このプロセスは「励起」として知られています。

外部光源の波長やエネルギーにより、蛍光色素分子が達することができる励起状態やエネルギーレベルがいくつかあります。蛍光色素分子は高エネルギー構造では不安定なため、最終的に半安定的な最低エネルギーの励起状態になります。蛍光色素分子が励起状態にある時間の長さを励起寿命と呼び、10^-15秒～10^-9 秒の非常に短い時間しか持続しません。

次に、蛍光色素分子は半安定励起状態から基底状態に戻って再配列され、過剰エネルギーが放出され、光として放射されます。放出された光は、吸収された光よりも低エネルギーであるため、より長い波長をしています。これは、放出される光の色が吸収された光の色と異なることを意味します。光の放出により、蛍光色素分子は基底状態に戻ります。蛍光色素分子は再び光エネルギーを吸収し、全プロセスを繰り返します。 

周期的な蛍光プロセスのまとめ：

ステップ1.光エネルギーの吸収による蛍光色素分子の励起。

ステップ２.エネルギー損失を伴う短い励起寿命。

ステップ３.光を放出し、蛍光色素分子は基底状態へ戻る。

放出される光エネルギーは、吸収される光エネルギーよりも常に長い波長です。ステップ2に示すように、エネルギーが短い励起寿命中に失われるためです。