Fluoresceina

Ben Valsler

W tym tygodniu, co parkiet nocnego klubu ma wspólnego z laboratorium biologicznym? Kat Arney wyjaśnia…

Kat Arney

W zimnym świetle dnia fluoresceina nie wygląda jak wiele – po prostu nudny pomarańczowo-czerwony proszek. Ale jak imprezowe zwierzę, którego prawdziwe barwy ujawniają się dopiero po kilku drinkach i obrotach na parkiecie nocnego klubu, rozpuść ją w alkoholu lub wodzie i umieść pod lampą ultrafioletową, a fluoresceina ożyje, świecąc niesamowitym zielonym odcieniem.

Cząsteczka organiczna zbudowana wyłącznie z węgla, tlenu i wodoru, jej fluorescencyjne właściwości wynikają z faktu, że składa się z czterech sześciokątnych pierścieni węgla połączonych razem. Światło ultrafioletowe powoduje nadmierne wzbudzenie elektronów w tych pierścieniach węglowych, które zaczynają tańczyć – tak jak nasz kochający dyskoteki imprezowicz – uwalniając nadmiar energii w postaci światła.

Podobna w swoich właściwościach do naturalnie występujących cząsteczek fluorescencyjnych wytwarzanych przez niektóre gatunki bakterii, fluoresceina została po raz pierwszy sztucznie zsyntetyzowana przez nagrodzonego Noblem niemieckiego chemika i czarodzieja barwników Adolfa von Baeyera w 1871 roku. Od tego czasu jest ona szeroko stosowana we wszystkich rodzajach zastosowań, od badań laboratoryjnych po opiekę zdrowotną, od pól naftowych po ratownictwo lotnicze i morskie.

W rzeczywistości, jeśli jesteś użytkownikiem soczewek kontaktowych, prawdopodobnie miałeś fluoresceinę – lub przynajmniej jej sól, fluoresceinę sodową – włożoną do oczu, gdy idziesz na kontrolę do optyka, zwykle przez delikatne dotknięcie kawałka bibuły nasączonej tym środkiem do oka. To, czego szukają, to drobne rysy na powierzchni gałki ocznej. A ponieważ fluoresceina gromadzi się w tych śladach, są one widoczne jako zielone ślady, gdy widzimy je w niebieskim świetle (UV nie jest tu używane, ponieważ jest zbyt szkodliwe dla wzroku).

Inne zastosowania medyczne obejmują wykorzystanie wstrzyknięć fluoresceiny do krwiobiegu w celu śledzenia naczyń krwionośnych – technika znana jako angiogram fluoresceinowy, po raz pierwszy opracowana w 1959 r. przez parę amerykańskich studentów medycyny, Harolda Novotnego i Davida Alvisa. Pracowali oni nad sposobem fotografowania naczyń krwionośnych znajdujących się w tylnej części oka i zauważyli, że ich aparat wyłapuje lekką fluorescencję związków krystalicznych, z których zbudowana jest soczewka. Uznając, że umieszczenie fluorescencyjnego barwnika we krwi będzie dobrym sposobem na uwydatnienie delikatnej sieci naczyń, zaczęli testować różne kombinacje barwników i filtrów, aż wylądowali na tych, które do dziś są używane na całym świecie.

Co więcej, fluoresceina jest wysoce społecznym związkiem chemicznym, łatwo przyłączającym się do innych cząsteczek biologicznych, takich jak przeciwciała lub elementy składowe DNA. I to właśnie z powodu tej właściwości stała się ona ukochaną substancją biologów. Wersja fluoresceiny zwana FITC, lub „fitsy”, jak się ją zwykle wymawia, jest powszechnie używana do barwienia całych komórek lub cząsteczek w nich zawartych. Pozwala to badaczom na ich wizualizację przez mikroskop wyposażony w światło UV lub lasery, tworząc skomplikowane obrazy wewnętrznego funkcjonowania komórek. Przeciwciała znakowane FITC lub fluoresceiną są często używane w automatycznych maszynach do sortowania komórek, wraz z innymi fluorescencyjnymi markerami, które świecą różnymi kolorami, w celu oddzielenia komórek o różnych cechach, aby można je było dokładniej zbadać.

To właśnie zdolność fluoresceiny do łatwego rozpuszczania się w wodzie sprawia, że nadaje się ona również do zastosowań na znacznie większą skalę. Ponieważ w promieniach słonecznych znajduje się pewna ilość UV, będzie ona świecić na zielono w zwykłym świetle słonecznym, jak również pod promieniami lampy UV. Używa się go więc do śledzenia przepływu wody w kanalizacji i innych ciekach wodnych, a także do wykrywania wycieków paskudztw, takich jak ścieki. W czasie II wojny światowej nazistowskie samoloty były wyposażone we fluoresceinowe „flary” – małe opakowania substancji chemicznej, która uwalniała się, gdy samolot rozbił się o wodę, ujawniając lokalizację wraku. W latach sześćdziesiątych statki kosmiczne wpadające do oceanu uwalniały fluoresceinę, umożliwiając ratownikom dostrzeżenie statku – i jego astronautów – kołyszących się na falach.

Wreszcie, w latach 60. XX wieku po raz pierwszy użyto stu funtów fluoresceiny do zazielenienia rzeki Chicago z okazji Dnia Świętego Patryka, ale szybko zastąpiono ją bardziej przyjaznymi dla środowiska barwnikami na bazie roślin po kampanii prowadzonej przez ekologów. Może to mniej zabawne, ale na pewno bardziej przyjazne dla lokalnej przyrody.

Ben Valsler

Kat Arney o fluoresceinie, związku, który pomaga nam widzieć i być widzianym. W przyszłym tygodniu spakujcie walizki, jedziemy na wakacje z Emmą Stoye…

Emma Stoye

Jedną z najbardziej irytujących rzeczy związanych z wyjazdem na wakacje – na równi z próbą upchnięcia wszystkiego w bagażu podręcznym lub martwieniem się, gdzie zostawiliście paszport – jest perspektywa bycia nieustannie dręczonym przez robaki. Jeśli tak jak ja masz bladą skórę – nieodparty wabik na muchy, kleszcze i komary – jednym ze standardowych zapachów zagranicznych podróży jest cytrynowy posmak środka odstraszającego owady.

Ben Valsler

Dowiedz się następnym razem, jak Emma unika gryzących robaków. Do tego czasu podrzuć nam linka z sugestiami związków do omówienia, pisząc na Twitterze @chemistryworld. Jestem Ben Valsler i wrócę w przyszłym tygodniu.