Abstract
Over the years fluorescence correlation spectroscopy (FCS) has proven to be a useful technique that has been utilized in several fields of study. Although FCS initially suffered from poor signal-to-noise ratios, the incorporation of confocal microscopy has overcome this drawback and transformed FCS into a sensitive technique with high figures of merit. In addition, tandem methods have evolved to include dual-color cross-correlation, total internal reflection fluorescence correlation, and fluorescence lifetime correlation spectroscopy combined with time-correlated single-photon counting. In this review, we discuss several applications of FSC for biochemical, micro-fluidic, and cellular investigations.
Keywords
Get full access to this article
View all access options for this article.
References
1.
Magde
D.
Elson
E. L.
Webb
W. W.
, Phys. Rev. Lett. 29 , 705 (1972 ).
2.
Elson
E. L.
Magde
D.
, Biopolymers 13 , 1 (1974 ).
3.
Magde
D.
Elson
E.
Webb
W.W.
, Biopolymers 4 , 29 (1974 ).
4.
Rigler
R.
Mets
U.
Widengren
J.
Kask
P.
, Eur. Biophys. J. Biophys. 22 , 169 (1993 ).
5.
Gösch
M.
Blom
H.
Holm
J.
Heino
T.
Rigler
R.
, Anal. Chem. 72 , 3260 (2000 ).
6.
Kunst
B. H.
Schots
A.
Visser
A. J. W. G.
, Anal. Chem. 74 , 5350 (2002 ).
7.
Widengren
J.
Rigler
R.
, J. Fluoresc. 7 , 211 (1996 ).
8.
Magde
D.
Elson
E. L.
Webb
W. W.
, Biopolymers 13 , 29 (1974 ).
9.
Eigen
M.
Rigler
R.
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91 , 5740 (1994 ).
10.
Thompson
N. L.
, in Topics in Fluorescence Spectroscopy ,
Lakowicz
J. R.
, Ed. (Plenum Press , New York , 1991 ), vol. 1 , p. 337 .
11.
Kinjo
M.
Rigler
R.
, Nucleic Acids Res. 23 , 1795 (1995 ).
12.
Schwille
P.
Oehlenschlager
F.
Walter
N. G.
, Biochemistry 35 , 10182 (1996 ).
13.
Schuler
J.
Frank
J.
Trier
U.
Schafer-Korting
M.
Saenger
W. A.
, Biochemistry 38 , 8402 (1999 ).
14.
Wohland
T.
Friedrich
K.
Hovius
R.
Vogel
H.
, Biochemistry 38 , 8671 (1999 ).
15.
Margeat
E.
Poujol
N.
Boulahtouf
A.
Chen
Y.
Muller
J. D.
Gratton
E.
Cavailles
V.
Royer
C. A.
, J. Mol. Biol. 306 , 433 (2001 ).
16.
Chen
Y.
Munteanu
A. C.
Huang
Y. F.
Phillips
J.
Zhu
Z.
Mavros
M.
Tan
W. H.
, Chem. Eur. J. 15 , 5327 (2009 ).
17.
De Santo
I.
Causa
F.
Netti
P. A.
, Anal. Chem. 82 , 997 (2010 ).
18.
Liu
K.
Tian
Y.
Burrows
S. M.
Reif
R. D.
Pappas
D.
, Anal. Chim. Acta 651 , 85 (2009 ).
19.
Park
H. Y.
Qiu
X. Y.
Rhoades
E.
Korlach
J.
Kwok
L. W.
Zipfel
W. R.
Webb
W. W.
Pollack
L.
, Anal. Chem. 78 , 4465 (2006 ).
20.
Enderlein
J.
Gregor
I.
Patra
D.
Fitter
J.
, Curr. Pharm. Biotechnol. 5 , 155 (2004 ).
21.
Marrocco
M.
, Appl. Opt. 43 , 5251 (2004 ).
22.
Nishimura
G.
Kinjo
M.
, Anal. Chem. 76 , 1963 (2004 ).
23.
Hac
A. E.
Seeger
H. M.
Fidorra
M.
Heimburg
T.
, Biophys. J. 88 , 317 (2005 ).
24.
Lee
W.
Lee
Y. I.
Lee
J.
Davis
L. M.
Deininger
P.
Soper
S. A.
, Anal. Chem. 82 , 1401 (2010 ).
25.
Culbertson
M. J.
Williams
J. T. B.
Cheng
W. W. L.
Stults
D. A.
Wiebracht
E. R.
Kasianowicz
J. J.
Burden
D. L.
, Anal. Chem. 79 , 4031 (2007 ).
26.
Arbour
T. J.
Enderlein
J.
, Lab Chip 10 , 1286 (2010 ).
27.
Xiao
Y.
Buschmann
V.
Weston
K. D.
, Anal. Chem. 77 , 36 (2005 ).
28.
Ruan
Q. Q.
Cheng
M. A.
Levi
M.
Gratton
E.
Mantulin
W. W.
, Biophys. J. 87 , 1260 (2004 ).
29.
Gielen
E.
Smisdom
N.
De Clercq
B.
Vandeven
M.
Gijsbers
R.
Debyser
Z.
Rigo
J. M.
Hofkens
J.
Engelborghs
Y.
Ameloot
M.
, J. Fluoresc. 18 , 813 (2008 ).
30.
Kapusta
P.
Wahl
M.
Benda
A.
Hof
M.
Enderlein
J.
, J. Fluoresc. 17 , 43 (2007 ).
31.
Wennmalm
S.
Thyberg
P.
Xu
L.
Widengren
J.
, Anal. Chem. 81 , 9209 (2009 ).
32.
Brister
P. C.
Kuricheti
K. K.
Buschmann
V.
Weston
K. D.
, Lab Chip 5 , 785 (2005 ).
33.
Liu
K.
Pitchimani
R.
Dang
D.
Bayer
K.
Harrington
T.
Pappas
D.
, Langmuir 24 , 5955 (2008 ).
34.
Ball
D. A.
Shen
G. Q.
Davis
L. M.
, Appl. Opt. 46 , 1157 (2007 ).
35.
Liao
D.
Galajda
P.
Riehn
R.
Ilic
R.
Puchalla
J. L.
Yu
H. G.
Craighead
H. G.
Austin
R. H.
, Opt. Exp. 16 , 10077 (2008 ).
36.
Pollack
L.
Tate
M. W.
Finnefrock
A. C.
Kalidas
C.
Trotter
S.
Darnton
N. C.
Lurio
L.
Austin
R. H.
Batt
C. A.
Gruner
S. M.
Mochrie
S. G. J.
, Phys. Rev. Lett. 86 , 4962 (2001 ).
37.
Russell
R.
Millettt
I. S.
Tate
M. W.
Kwok
L. W.
Nakatani
B.
Gruner
S. M.
Mochrie
S. G. J.
Pande
V.
Doniach
S.
Herschlag
D.
Pollack
L.
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 , 4266 (2002 ).
38.
Dittrich
P. S.
Muller
B.
Schwille
P.
, Phys. Chem. Chem. Phys. 6 , 4416 (2004 ).
39.
Michalet
X.
Jaeger
M.
Hertzog
D. E.
Santiago
J.
Bakajin
O.
Weiss
S.
, Biophys. J. 88 , 33A (2005 ).
40.
Tong
P.
Xia
K. Q.
Ackerson
B. J.
, J. Chem. Phys. 98 , 9256 (1993 ).
41.
Xia
K. Q.
Xin
Y. B.
Tong
P.
, J. Opt. Soc. Am. A 12 , 1571 (1995 ).
42.
Schwille
P.
MeyerAlmes
F. J.
Rigler
R.
, Biophys. J. 72 , 1878 (1997 ).
43.
Dittrich
P. S.
Schwille
P.
, Anal. Chem. 74 , 4472 (2002 ).
44.
Vinogradova
O. I.
Koynov
K.
Best
A.
Feuillebois
F.
, Phys. Rev. Lett. 102 , 11 (2009 ).
45.
Dertinger
T.
Pacheco
V.
von der Hocht
I.
Hartmann
R.
Gregor
I.
Enderlein
J.
, ChemPhysChem 8 , 433 (2007 ).
46.
Axelrod
D.
Burghardt
T. P.
Thompson
N. L.
, Annu. Rev. Biophys. Biol. 13 , 247 (1984 ).
47.
Huang
P.
Guasto
J. S.
Breuer
K. S.
, J. Fluid Mech. 566 , 447 (2006 ).
48.
Bouzigues
C. I.
Tabeling
P.
Bocquet
L.
, Phys. Rev. Lett. 101 , 11 (2008 ).
49.
Hassler
K.
Leutenegger
M.
Rigler
P.
Rao
R.
Rigler
R.
Gosch
M.
Lasser
T.
, Opt. Exp. 13 , 7415 (2005 ).
50.
Ries
J.
Petrov
E. P.
Schwille
P.
, Biophys. J. 95 , 390 (2008 ).
51.
Yordanov
S.
Best
A.
Butt
H. J.
Koynov
K.
, Opt. Exp. 17 , 21149 (2009 ).
52.
Gennerich
A.
Schild
D.
, Biophys. J. 79 , 3294 (2000 ).
53.
Milon
S.
Hovius
R.
Vogel
H.
Wohland
T.
, Chem. Phys. 288 , 171 (2003 ).
54.
Sanguigno
L.
De Santo
I.
Causa
F.
Netti
P.
, Anal. Chem. 82 , 9663 (2010 ).
55.
Kim
S. A.
Heinze
K. G.
Schwille
P.
, Nature Methods 4 , 11 (2007 ).
56.
Bacia
K.
Schwille
P.
, Nature Protocols 2 , 11 (2007 ).
57.
Mutze
J.
Petraseck
Z.
Schwille
P.
, J. Fluorescence 17 , 6 (2007 ).
58.
Kim
S. A.
Heinze
K. G.
Waxham
M. N.
Schwille
P.
, Biophys. J. 88 , 6 (2005 ).
59.
Chiantia
S.
Ries
J.
Schwille
P.
, Biochem. Biophys. Acta-Biomembr. 1788 , 1 (2009 ).
60.
Kohl
T.
Haustein
E.
Schwille
P.
, Biophys. J. 89 , 4 (2005 ).
61.
Heinze
K. G.
Rarbach
M.
Jahnz
M.
Schwille
P.
, Biophys. J. 83 , 3 (2002 ).
62.
Dittrich
P. S.
Schwille
P.
, Anal. Chem. 74 , 17 (2002 ).
63.
Chen
J.
Irudayaraj
J.
, Anal. Chem. 82 , 15 (2010 ).
64.
Woodburn
J. R.
, Pharmacol. Ther. 82 , 241 (1999 ).
65.
Pappas
D.
, Practical Cell Analysis (John Wiley and Sons , New York , 2010 ).
66.
Savatier
J.
Jalaguier
S.
Ferguson
M. L.
Cavailles
V.
Royer
C. A.
, Biochemistry 49 , 4 (2010 ).
67.
Blom
H.
Kastrup
L.
Eggeling
C.
, Pharm. Biotechnol. 7 , 51 (2006 ).
68.
Leutenegger
M.
Lasser
T.
, Opt. Exp. 16 , 8519 (2006 ).
69.
Starr
T. E.
Thompson
N. L.
, J. Phys. Chem. 106 , 2365 (2002 ).
70.
Leutenegger
M.
Blom
H.
Widengren
J.
Eggeling
C.
Gosch
M.
Leitgeb
R. A.
Lasser
T.
, J. Biomed. Opt. 11 , 040502 (2006 ).
71.
Oshugi
Y.
Saito
K.
Tamura
M.
Kinjo
M.
, Biophys J. 91 , 3456 (2006 ).
72.
Hui
Y. Y.
Zhang
B.
Chang
Y.
Chang
C.
Chang
H.
Hsu
J.
Chang
K.
Chang
F.
, Opt. Exp. 18 , 6 (2010 ).
73.
Wells
N. P.
Lessard
G. A.
Goodwin
P. M.
Phipps
M. E.
Cutler
P. J.
Lidke
D. S.
Wilson
B. S.
Werner
J. H.
, Nano Lett. 10 , 4657 (2010 ).
74.
Martinez
M. M.
Reif
R. D.
Pappas
D.
, Anal. Bioanal. Chem. 396 , 1177 (2010 ).