表面等离子共振的应用及研究进展

1、整理课件表面等离子共振技术的应用（表面等离子共振技术的应用（SPRSPR）15723663整理课件SPRSPR的检测类型及其特点的检测类型及其特点SPRSPR与其他检测方法的比较与其他检测方法的比较SPRSPR的最新研究进展的最新研究进展一二二SPRSPR在检测中的应用在检测中的应用整理课件第一节第一节SPRSPR在检测中的应在检测中的应用用整理课件一、应用概述一、应用概述 在SPR检测技术中，我们可以根据样品的类型，在金膜上金膜上偶联上羧基端、氨基端和生物素等，然后采用化学方法将生物分子与金膜表面共价连接，形成不同的功能表面功能表面。通入样品后，样品与金膜表面的抗体或抗原特异性结合特异性结合

2、，不同质量的生物分子与金膜表面特异性结合会引起折射率折射率的变化，得到分子间相互作用的特异性信号，从而应用于生物化学分析。 图：受体与配体结合后图：受体与配体结合后 共振角的改变共振角的改变整理课件二、影响检测结果的主要因素二、影响检测结果的主要因素 1、传感芯片的金属膜对金属膜的要求：对金属膜的要求：1）反射率高（在可见光区）2）化学稳定性好3）厚度合适（670nm的红光，金膜最佳厚度为50nm） 综合考虑，相比于Al和Cu，AuAu和Ag更适合做SPR的金属膜。图：共振角随金膜厚度的变化图：共振角随金膜厚度的变化整理课件二、影响检测结果的主要因素二、影响检测结果的主要因素2、传感器芯片的分

3、子膜分子膜制备的主要方法分子膜制备的主要方法：1）金属膜直接吸附法(例一)2）共价连接法（例二）3）单分子复合膜法4）分子印膜技术裸露金属膜的影响：裸露金属膜的影响：首先，蛋白质分子与金属直接结合可能发生变性。其次，裸露的金属表面更易发生非特异性结合。整理课件直接吸附法直接吸附法LB方法制备聚苯乙烯敏感膜工艺示意图方法制备聚苯乙烯敏感膜工艺示意图加去离子水到加去离子水到玻璃容器中玻璃容器中在水面滴加定量的在水面滴加定量的聚苯乙烯氯仿溶液聚苯乙烯氯仿溶液形成聚苯乙烯形成聚苯乙烯薄膜薄膜形成单层分子膜形成单层分子膜静置形成静置形成平静液面平静液面氯仿挥发氯仿挥发利用利用LBLB膜技术膜技术优点优点

4、：操作简单、：操作简单、 重现性好重现性好整理课件金(HS-螯合剂分子-NTA)金属离子(组氨酸支链抗体1)抗原1 共价连接法共价连接法-金属离子的媒介作用金属离子的媒介作用整理课件三、三、SPRSPR检测的应用检测的应用（一）物理学应用物理学应用 若某种物理量物理量会引起特定敏感膜折射率折射率的变化，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湿度传感系统，以及基于氢化无定形硅的热光效应的温度温度传感系统等。（二）化学应用化学应用 引起敏感膜的光学属性（主要是折射率折射率）的变化，进而表面等离子共振条

5、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子的成分、浓度及参与化学反应的特性分、浓度及参与化学反应的特性。整理课件 （三）生物应用（三）生物应用（主要主要） SPR技术可以对生物分子进行识别及定量检测并用于研究生物分子间的相互作用。1 1、生物学检测领域、生物学检测领域：主要通过分子结合作用实现分子 识别及浓度测定2 2、药物领域、药物领域：主要应用与药物与蛋白质之间的相互作 用及药物筛选与新药开发。3 3、食品工业及环境检测：、食品工业及环境检测：主要用于维生素、生物毒素、 细菌及农药残留检测。4 4、蛋白质组学：、蛋白质组学：在天然条件下提供靶蛋白细胞器分布。5 5、临床

6、诊断：、临床诊断：检测生物药剂的可行性，应用于癌症治疗。6 6、遗传分析：、遗传分析：用于检测点突变。整理课件用用SPRSPR可获得的信息可获得的信息1、两个分子之间结合的特异性（例一例一）2、目标分子的浓度（例二例二）3、结合以及解离过程的动力学参数4、结合的强度整理课件目的目的：确定HIV gp41 蛋白与P45蛋白相互作用的位点在竞争抑制实验中，P1短肽对HIV gp41蛋白与蛋白与P45蛋白的蛋白的反应有很强的抑制作用，而对HIV gp41与P62的相互作用几乎没有影响。结果表明：P1短肽上氨基酸的位点与P45相同。结论还可以用短肽蜂毒素进行验证，说明P1与HIV gp41的结合是特异

7、性结合特异性结合。t/s应用一：特异性识别应用一：特异性识别整理课件Figure 2. Detection of small molecules with LSPRs (A) scanning electron microscope (SEM) images of the array pattern of Au nanodisks fabri-cated on a glass substrate, top view. (B) LSPR spectra corresponding to the PGG binding, (inset) the resultingcalibration curve

8、 for PGG.Figure 1. Scheme of the binding process, after AMY (I) and upon PGG binding (II).应用二：测定目标分子的浓度应用二：测定目标分子的浓度目标物浓度与共振角目标物浓度与共振角位移成线性关系位移成线性关系AMY是淀粉酶PGG是黄酰单宁 ACS.NANO.2014.VOL. 8 NO. 8 79587967 整理课件一、一、SPRSPR检及检及SPRSPR检测的类型检测的类型及特点及特点 第二节第二节整理课件SPRSPR检测的主要类型检测的主要类型1、直接检测2、夹心检测3、替代反应4、竞争抑制反应整理课

9、件一、直接检测一、直接检测 Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d检测的对象：适用于检测生物大分子检测的对象：适用于检测生物大分子整理课件二、夹心检测二、夹心检测 Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d检测的对象：分析物在传感器表面的响应小检测的对象：分析物在传感器表面的响应小整理课件Schematic representation of sandwich DNA detection assayvia AuNP-mediated SPR signal amplific

10、ation. The SPR measurements were carried out by injecting the oligonucleotide functionalized AuNPs into the flow cell housing sensors covered with various duplexes or capture probes. The intermediatedextran layer reduces the nonspecific adsorption of AuNPs, improving detection sensitivity.夹心检测实例夹心检测

11、实例The AuNP-tagged surface demonstrated a 10-fold increase in angle shift concomi -tant with a 1000-fold improvement in sensitivity and a 10 pM detection li-mit for the target 24-mer oligonucleotideChem. Rev. DOI:10.1021/cr20011782012, 112, 27392779结果：灵敏度结果：灵敏度提高提高10001000倍，倍，检测限达到检测限达到10pM10pM整理课件三、

12、替代反应三、替代反应检测的对象：分析物的分子质量相对较小。检测的对象：分析物的分子质量相对较小。整理课件四、竞争抑制反应四、竞争抑制反应 Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d检测的对象：抗体不能或不适合固定到传感器的表面，检测的对象：抗体不能或不适合固定到传感器的表面，而抗原可以固定到抗体的表面。既可以用于检测抗原，而抗原可以固定到抗体的表面。既可以用于检测抗原，也可以用于检测抗体。也可以用于检测抗体。整理课件三三SPRSPR技术与其他技术与其他检测方法的比较检测方法的比较整理课件SPR技术的优点技术的优点一、一、SPRSPR技

13、术与传统检测方法的比较技术与传统检测方法的比较1 1、可进行实时检测、可进行实时检测2 2、无需样品标记、无需样品标记3 3、样品用量少、样品用量少4 4、应用范围广、应用范围广5 5、样品不需前处理、样品不需前处理6 6、能测量浑浊甚至不透、能测量浑浊甚至不透 明样品明样品1 1、灵敏度和检测限有待、灵敏度和检测限有待提高提高2 2、对分子量小于、对分子量小于10001000的的物质检测结果还未达到物质检测结果还未达到理想水平。理想水平。3 3、SPRSPR设备昂贵，便携设备昂贵，便携性差，系统性差，系统稳定稳定等问题。等问题。SPR技术的不足技术的不足整理课件二、二、SPRSPR技术与非标

14、记方法的比较技术与非标记方法的比较酶联免疫吸附法（ELISA）是目前最为广泛的免疫分析方法。 结论结论相比于相比于ELISAELISA技术，技术，SPRSPR的灵敏度提高的灵敏度提高了两个数量级了两个数量级不同稀释条件下兔抗人不同稀释条件下兔抗人IgG抗血清的抗血清的SPR生物传感器检测的（生物传感器检测的（B）结果）结果不同稀释条件下兔抗人不同稀释条件下兔抗人IgG抗血抗血清的清的ELISA结果如（结果如（A）图）图BA整理课件四四SPRSPR技术应用的最技术应用的最新进展新进展整理课件（一）、（一）、SPRSPR技术的最近三项重大突破技术的最近三项重大突破1、光纤SPR和波导SPR （fi

15、ber- and waveguide-SPR）2、硅材料的SPR （SPR on silicon material）3、多分析物SPR系统 （multi-analyte SPR system）整理课件（二）提高（二）提高SPRSPR检测灵敏度的方法检测灵敏度的方法1、纳米技术的应用纳米技术的应用 （1）以纳米粒子为载体，夹心法测定（例一例一） （2）对金属膜进行修饰（例二例二）2、采用新型的检测方法采用新型的检测方法 光声光谱（PSA），光热偏转光谱（PDS）、反射干涉光谱、Ellipsometric Microscopy 和电化学方法等。整理课件Cancer Biomarker Detect

16、ion in Serum Samples Using Surface Plasmon Resonance and Quartz Crystal Microbalance Sensors with Nanoparticle Signal AmplificationFigure 1. Schematic representation of the PSA sandwich assay using PSA detection antibody-modified Au nanoparticles. Anal. Chem. 2012,84,58985904DOI:10.1021/ac300278p |提

17、高分辨率的方法：金纳米粒子的应用提高分辨率的方法：金纳米粒子的应用整理课件Noncovalently Functionalized Monolayer Graphene for Sensitivity Enhancement of Surface Plasmon Resonance ImmunosensorsJ. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 28002803 DOI: 10.1021/ja511512m (A) electropolymerization of a polypyrrole-NTA 提高灵敏度的方法：用单层石墨烯修饰金属膜提高灵敏度的方法：用单层石墨烯修饰金属膜非共价非共价键结合键结合整理课件单层石墨烯独特的功能使其可以显著提高表面等离子激元的传播常数，从而提高SPR的灵敏度。(B) stacking of pyrene-NTA followed by electropolymerization for the reinforcement of the layer.(C) Rea