表面等离子共振技术

1、表面等离子共振技术表面等离子共振技术简介简介l 表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。发展简史发展简史F1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象F1941年，Fano解释了SPR现象F1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础F1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定F1987年，Knoll等人开始SPR成像研究F1990年，Biacore AB公司开发出首

2、台商品化SPR仪器SPR用途简介用途简介实时分析，简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分子之间以及药物蛋白质、核酸核酸、抗原抗体、受体配体等等生物分子之间的相互作用，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。表面等离子共振原理表面等离子共振原理l1. 消逝波l2. 等离子波l3. SPR的光学原理1.消逝波l当光从光密介质入射到光疏介质时（n1n2）就会有全反射现象的产生。n1 sin1 = n2 sin2菲涅尔定理：菲涅尔定理：密疏密疏1.消逝波这表示沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波，这就是消逝波。全反射的光波会透过光疏介质约为光波波

3、长的一个深度，再沿界面流动约半个波长再返回光密介质。光的总能量没有发生改变。透入光疏介质的光波成为消逝波。 界面疏密2.等离子波 等离子体 等离子体通常是指由密度相当高的自由正、负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目几乎相等。 金属表面等离子波 把金属的价电子看成是均匀正电荷背景下运动的电子气体，这实际上也是一种等离子体。由于电磁振荡形成了等离子波。3.SPR光学原理3.SPR光学原理l 我们在前面提到光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子波。当两波相遇时可能会发生共振。3.SPR光学原理l 当消逝波与表面等离子波

4、发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少。3.SPR光学原理l可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角为SPR角。SPR角随金表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。这就是SPR对物质结合检测的基本原理。SPR的响应模式的响应模式n1 sin1 = n2 sin2因为因为 sin2 = 1 所以所以 sin1 = n2/n1SPR的检测模式的检测模式直接检测直接检测：适用于大分子（1000 Da）SPR的检测模式的检测模式 抑

5、制模式抑制模式： 将待测小分子固定在传感器表面，在样品中加入过量对应大分子。Krestschmann棱镜型Otto棱镜型光纤在线传输式光纤终端反射式光栅型金属膜分子敏感膜金膜金膜(实线实线) 和银膜和银膜(虚线虚线) SPR 光谱理论值光谱理论值l 黄辰90513125物理学应用化学应用生物学应用若某种物理量会引起特定敏感膜折射率的变化，就可以采用SPR 传感技术进行检测。例如，基于温度变化引起特定敏感膜的吸湿量变化，并导致其折射率变化，从而利用SPR 传感技术进行检测的湿度传感系统，以及基于氢化无定型硅的热光效应的温度传感系统等。待测分子与被敏感膜有选择性地化学吸附或与敏感膜中的特定分子发生

6、化学反应引起敏感膜的光学属性(主要是折射率)的变化表面等离子共振条件的变化通过检测共振角或共振波长的变化来检测待测分子的成分、浓度以及参与化学反应的特性生物学检测领域药物领域蛋白质组学领域临床诊断领域遗传分析领域生物学检测领域生物学检测主要用于检测生物分子的结合作用或者通过生物分子结合作用的检测来完成特定生物分子的识别及其浓度的测定生物学检测领域药物领域药物与蛋白之间的相互作用药物筛选与新药开发 SPR技术因其实时效性，高通量，特异性及能在天然状态下研究药物分子与靶点的相互作用，为新药研发提供了有力的工具维生素检测生物毒素检测细菌和病原菌检测农、兽药残留量检测生物传感器的在线分析能力和高灵敏度

7、，微量样品需求的特点，使得这种仪器成为食品及环境安全监控的理想工具生物学检测领域药物领域蛋白质组学领域蛋白质组学SPR技术因其等优势，广泛应用与蛋白质检测和蛋白-蛋白相互作用等蛋白质组学研究，它能在保持蛋白质天然状态的情况下实时提供靶蛋白的细胞器分布，结合动力学及浓度变化等功能信息，为蛋白质组研究开辟了全新模式生物学检测领域药物领域蛋白质组学领域临床诊断领域临床诊断利用生物传感器，可监测和定量测定病人血清中的生物药剂和抗体滴度的可行性，跟踪检测动物模型、人类临床试验利用SPRSPR技术在胞外环境中研究控制基技术在胞外环境中研究控制基因转录、细胞周期、细胞分裂和凋亡的因转录、细胞周期、细胞分裂和

8、凋亡的信号传递途径，从而可以准确地设计出信号传递途径，从而可以准确地设计出这些生化作用催化剂的拮抗物，应用于这些生化作用催化剂的拮抗物，应用于癌症的治疗。癌症的治疗。生物学检测领域药物领域蛋白质组学领域临床诊断领域遗传分析领域遗传分析SPR生物传感器用于遗传分析是一个崭新的领域。如用于检测点突变，用于检测区分野生的和经遗传修饰的大豆基因序列等如今，SPR技术已被广泛地用来分析生物分子蛋白质蛋白质- -蛋白质蛋白质药物药物- -蛋蛋白质白质蛋白质蛋白质- -核酸核酸核酸核酸- -核核酸酸结合位点结合位点和反应物和反应物浓度浓度涉及的研究领域包括免疫识别免疫识别信号传导信号传导药物筛选药物筛选抗体定性抗体定性蛋白质构象变化蛋白质构象变化SPR技术在分子生物学研究领域中应用的范围非常广，在研究基因工程中：载体与质粒DNA之间的相互作用，以评价载体效率DNA序列特异性抗体的性质鉴定等方面，SPR技术都发挥了重要作用SPR技术与其他分析技术的联合应用，必将加速分子生物学的研究进展，使我们对生命现象的了解更加深入-Layout and photograph of the microfluid