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Probe Design and Chemical Sensing
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Contents 1. Emerging Biomedical Applications of Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy Joseph R. Lakowicz 1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Schemes for Fluorescence Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.5. Conclusion: The Need for Development of New Fluorescence Probes 17 2. Principles of Fluorescent Probe Design for Ion Recognition Bernard Valeur 2.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2. Fluorescent Signaling Receptors of Cations . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3. Fluorescent Signaling Receptors of Anions . . . . . . . . . . . . . . 42 2.4. Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3. Fluorescent Chemosensors for Cations, Anions, and Neutral Analytes Anthony W. Czarnik 3.1. Chelation-Enhanced Fluorescence in 9,10-Bis(TMEDA)anthracene 51 3.2. Chelation-Enhanced Fluorescence of Anthlylazamacrocycle Chemosensors in Aqueous Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3. Chelatoselective Fluorescence Perturbation in an Anthlylazamacrocycle CHEF Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.4. Chelation-Enhanced Fluorescence Detection of Nonmetal Ions . . . . 59 3.5. An Assay for Enzyme-Catalyzed Polyanion Hydrolysis Based on Template-Directed Excimer Formation . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.6. Fluorescence Chemosensing of Carbohydrates . . . . . . . . . . . . . 66 3.7. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4. Design and Applications of Highly Luminescent Transition Metal Complexes J. N. Demas and B. A. DeGraff 4.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2. States of Inorganic Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3. Design Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.4. Temperature Effects on Inorganic Sensors . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.5. Design Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.6. Sensor Design and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.7. Microheterogenous Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.8. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5. Fluorescence Probes Based on Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) States and Other Adiabatic Photoreactions W. Rettig and René Lapouyade 5.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 5.2. Adiabatic Photochemical Reaction Mechanisms or How to Produce Large Stokes Shifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.3. Examples of Polarity Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.4. Examples of Free Volume Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5.5. How to Construct Proton- and Ion-Sensitive Analytical Probes: Principles and General Scheme of Use . . . . . . . . . . . . . . . . 125 5.6. pH Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 5.7. Ion Complexing Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5.8. Basic Ideas for Future Developments . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 6. Red and Near-Infrared Fluorometry Richard B. Thompson 6.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 6.2. Background and Rationale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 6.3. Excitation Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 6.4. Detectors and Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 6.5. Infrared Fluorophores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 6.6. Scattering, Absorbance, and Interfering Fluorescence . . . . . . . . . 175 6.7. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 7. Near-Infrared Fluorescence Probes Guillermo A. Casay, Dana B. Shealy, and Gabor Patonay 7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 7.2. NIR Optical Probe Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 7.2.1. Light Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 7.3. Optical Fiber Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 7.4. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 8. Fluorescence Spectroscopy in Turbid Media and Tissues Dieter Oelkrug 8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 8.2. Basic Photometric Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 8.3. Experimental Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 8.4. Model Calculations . . . . . . . . . . . . . 233 8.5. Determination of Scattering and Absorption Coefficients . . . . . 243 8.6. Quantitative Fluorescence Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 9. Real-Time Chemical Sensing EmployingLuminescenceTechniques J. Ricardo Alcala 9.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 9.2. Basic Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 9.3. Continuous Wave Luminescence Sensing . . . . . . . . 263 9.4. Time-Resolved Luminescence Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 9.5. Real-Time Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 9.6. Example: An Oxygen Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 9.7. Example: A Temperature Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 9.8. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 10. Lifetime-Based Sensing Henryk Szmacinski and Joseph R. Lakowicz 10.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 10.2. Requirements of a Fluorescent Indicator . . . . . . . . . . . . . . . 299 10.3. Molecular Mechanisms for Fluorescence Lifetime-Based Sensing 301 10.4. Measurement of Fluorescence Lifetimes . . . . . . . . . . . . . . . 304 10.5. Sensing Based on Probe–Analyte Recognition . . . . . . . . . . . . 307 10.6. Sensing Based on Collisional Quenching of Fluorescence . . . . . . 317 10.7. Sensing Based on Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 10.8. Summary and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 11. Fiber Optic Fluorescence Thermometry K. T. V. Grattan and Z. Y. Zhang 11.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 11.2. Fluorescence-Based Fiber Optic Thermometry . . . . . . . . . . . . 338 11.3. Solid-State Materials for Fluorescence Thermometry . . . . . . . . 351 11.4. Discussion and Cross-Comparison of Experimental Devices . . . . . 370 12. Instrumentation for Red/Near-Infrared Fluorescence David J. S. Birch and Graham Hungerford 12.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 12.2. Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 12.3. Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 12.4. Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 12.5. Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 13. Application of Fluorescence Sensing to Bioreactors Govind Rao, Shabbir B. Bambot, Simon C. W. Kwong, Henryk Szmacinski, Jeffrey Sipior, Raja Holavanahali, and Gary Carter 13.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 13.2. Dissolved Oxygen Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 13.3. pH Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 13.4. pCO2 Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 13.5. Glucose Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 13.6. Off-Gas Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 13.7. Biomass Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424 13.8. Culture Fluorescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424 13.9. Other Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 13.10. The Future . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 14. Principles of Fluorescence Immunoassay Alvydas J. Ozinskas 14.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 14.2. Fluorescence Immunoassay Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 14.3. Fluorescence Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456 14.4. Immunoassays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 14.5. Fluorescence Immunoassay Applications . . . . . . . . . . . . . . . 460 14.6. Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488 [ Last edited by shenyudong on 2007-9-22 at 10:13 ] |
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