La fluorescence est la capacité d'une substance à émettre de la lumière dans le spectre visible. Elle résulte généralement de l'absorption d'un rayonnement électromagnétique qui peut ou non se situer dans le spectre visible.
La microscopie à fluorescence utilise la capacité de certaines molécules à devenir fluorescentes lorsqu'elles absorbent une source de rayonnement électromagnétique, généralement la lumière ultraviolette. Il existe quelques substances naturelles qui se comportent de cette manière, par exemple la vitamine A. La principale utilisation de la microscopie de fluorescence est l'application de composés extrinsèques aux cellules, qui consistent en une molécule aux propriétés fluorescentes liée à une molécule spécifique d'un composant cellulaire donné. Cette dernière est généralement un anticorps.
Par ailleurs, des molécules lipophiles aux propriétés fluorescentes peuvent être piégées à l'intérieur des cellules par des réactions métaboliques. Un exemple est le fura-2, un ester qui est converti en acide dans la cellule ; cette molécule change son spectre de fluorescence en présence de calcium. Cette molécule modifie son spectre de fluorescence en présence de calcium. Elle a donc été utilisée pour surveiller le flux de calcium libre au cours d'événements tels que la signalisation des messagers secondaires.
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