Прямая и ферментативно-катализируемая хемилюминесценция: расширение возможностей медицинской диагностики и биологического обнаружения

В современных областях, таких как биологическое обнаружение и медицинская диагностика, технология хемилюминесценции играет незаменимую роль благодаря своей высокой чувствительности и специфичности. Хемилюминесценция относится к явлению, при котором вещество поглощает энергию, выделяющуюся в ходе химической реакции, и испускает свет при возвращении из возбужденного состояния в основное. В зависимости от того, требует ли реакция катализа ферментами, ее можно разделить на две категории: прямая хемилюминесценция и ферментативно-катализируемая хемилюминесценция. Далее мы возьмем акридиновый эфир и люминол в качестве примеров, чтобы углубленно изучить принципы и характеристики этих двух типов хемилюминесценции.

1, Прямая хемилюминесценция: на примере реакции акридинового эфира

Основной особенностью прямой хемилюминесценции является то, что люминесцентный продукт непосредственно участвует в химических реакциях и может завершить процесс люминесценции без помощи других катализаторов. Реакция между акридиновым эфиром и перекисью водорода является типичным примером прямой хемилюминесценции.

Акридиновые эфиры - это тип соединений со специальной химической структурой, содержащей акридиновое кольцо в своей молекулярной структуре, что закладывает основу для последующих процессов люминесценции. Когда акридиновый эфир встречается с перекисью водорода в подходящих условиях реакции, быстро происходит химическая реакция. В этом процессе два вещества взаимодействуют друг с другом, образуя новое производное акридинового эфира. Стоит отметить, что эта химическая реакция выделяет определенное количество энергии, которая точно поглощается вновь образованными молекулами производных акридинового эфира.

После поглощения энергии электронное состояние молекул производных акридинового эфира изменяется, переходя из основного состояния с более низкой энергией в возбужденное состояние с более высокой энергией. Однако молекулы в возбужденном состоянии нестабильны и спонтанно возвращаются в состояние с более низкой энергией, более стабильное основное состояние в очень короткий промежуток времени. В процессе возвращения молекул из возбужденного состояния в основное состояние избыточная энергия выделяется в виде светового излучения, что приводит к наблюдаемому явлению хемилюминесценции. На протяжении всего процесса образовавшиеся производные акридинового эфира являются как продуктами реакции, так и люминесцентными материалами, которые испускают световое излучение, что соответствует определению прямой хемилюминесценции, когда люминесцентные продукты непосредственно участвуют в реакции. Этот метод люминесценции обладает преимуществами быстрой скорости реакции и стабильной интенсивности люминесценции и широко применяется в таких областях, как иммуноанализ.

2, Ферментативно-катализируемая хемилюминесценция: на примере реакции люминола

В отличие от прямой хемилюминесценции, ферментативная хемилюминесценция требует катализа специфическими ферментами для бесперебойного протекания и получения светового излучения. Реакция люминесценции люминола является типичным ферментативным хемилюминесцентным процессом.

Сам по себе люминол является стабильным химическим веществом, которое очень медленно реагирует с перекисью водорода в отсутствие катализатора, что делает практически невозможным наблюдение значительных явлений светового излучения. И когда добавляется пероксидаза хрена (HRP) или пероксидаза растений (POD), весь процесс реакции претерпевает фундаментальные изменения. HRP или POD в качестве катализаторов могут значительно снизить энергию активации реакции между люминолом и перекисью водорода, ускоряя ход реакции.

Под каталитическим действием ферментов люминол подвергается окислительно-восстановительной реакции с перекисью водорода, образуя промежуточный продукт в возбужденном состоянии. Промежуточные продукты этого возбужденного состояния также нестабильны и быстро переходят обратно в основное состояние из возбужденного состояния, высвобождая энергию в процессе и генерируя световое излучение. В реакции люминесценции люминола ферменты (HRP или POD) не принимают непосредственного участия в конечном процессе светового излучения. Их основная роль заключается в катализе протекания химических реакций и создании условий для процесса люминесценции. Именно благодаря решающей характеристике ферментативного катализа реакция люминесценции люминола классифицируется как ферментативная хемилюминесценция. Ферментативная хемилюминесценция обладает характеристиками чрезвычайно высокой чувствительности и способностью регулировать интенсивность люминесценции путем контроля количества фермента. Она играет важную роль в обнаружении следовых веществ, маркировке биомолекул и других областях.

3, Сравнение и прикладное значение двух типов хемилюминесценции

Хотя существуют различия в принципах люминесценции между прямой хемилюминесценцией (например, реакция акридинового эфира) и ферментативной хемилюминесценцией (например, реакция люминола), обе они основаны на основном механизме химической реакции, высвобождающей энергию и преобразующей ее в световое излучение. Прямая хемилюминесценция не требует участия ферментов, а процесс реакции относительно прост и быстр, что делает ее подходящей для сценариев, требующих высокой скорости обнаружения; Ферментативная хемилюминесценция, с каталитическим эффектом ферментов, значительно повышает чувствительность реакции и больше подходит для обнаружения следовых веществ.

В практических приложениях исследователи будут выбирать подходящий тип хемилюминесценции в соответствии с различными требованиями обнаружения. Например, в клинической диагностике прямая хемилюминесценция может использоваться для быстрого обнаружения таких показателей, как вирусные антигены, обеспечивая своевременную основу для ранней диагностики заболеваний; Ферментативно-катализируемая хемилюминесценция может использоваться для обнаружения следовых биомолекул, таких как опухолевые маркеры, помогая в раннем скрининге и мониторинге рака. С непрерывным развитием технологий два типа хемилюминесцентных технологий также постоянно оптимизируются и внедряются инновации, предоставляя более эффективные и точные решения для работы по обнаружению в различных областях.

Компания Hubei Xindesheng Materials Co., Ltd. имеет многолетний опыт производства и исследований и разработок реагентов для хемилюминесценции. Было вложено много усилий в исследования и разработку акридиновых эфиров и люминола. В настоящее время продукция компании продается более чем в 100 странах, и большинство из них получили положительные отзывы и повторные закупки. Качество продукции отличное, а цены со скидкой. Если вы заинтересованы в получении дополнительной информации, вы можете позвонить нам для консультации. Desheng приветствует ваш звонок.