表面等离子共振技术

表面等离子共振技术目前一页\总数七十六页\编于十一点简介表面等离子共振技术(SurfacePlasmonResonancetechnology，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(biosensorchip)上配位体与分析物作用的一种新技术。目前二页\总数七十六页\编于十一点发展简史1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象1941年，Fano解释了SPR现象1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定1987年，Knoll等人开始SPR成像研究1990年，BiacoreAB公司开发出首台商品化SPR仪器目前三页\总数七十六页\编于十一点SPR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。目前四页\总数七十六页\编于十一点表面等离子共振原理1.消逝波2.等离子波3.SPR的光学原理目前五页\总数七十六页\编于十一点1.消逝波当光从光密介质入射到光疏介质时（n1>n2）就会有全反射现象的产生。n1sinθ1=n2sinθ2菲涅尔定理：密疏密疏目前六页\总数七十六页\编于十一点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。界面疏密目前七页\总数七十六页\编于十一点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。目前八页\总数七十六页\编于十一点3.SPR光学原理目前九页\总数七十六页\编于十一点3.SPR光学原理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。目前十页\总数七十六页\编于十一点3.SPR光学原理当消逝波与表面等离子波发生共振时，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。目前十一页\总数七十六页\编于十一点3.SPR光学原理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。目前十二页\总数七十六页\编于十一点SPR的响应模式n1sinθ1=n2sinθ2因为sinθ2=1

所以sinθ1=n2/n1目前十三页\总数七十六页\编于十一点SPR的检测模式直接检测：适用于大分子（>1000Da）目前十四页\总数七十六页\编于十一点SPR的检测模式

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。目前十五页\总数七十六页\编于十一点SPR仪的结构及工作原理朱倩90513126目前十六页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000BiacoreControl工作仪器目前十七页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000工作仪器核心部件：传感器芯片液体处理系统光学系统其他：

LED状态指示器温度控制系统目前十八页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000核心部件目前十九页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000的光学系统目前二十页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000传感器基本结构光波导耦合器件金属膜分子敏感膜目前二十一页\总数七十六页\编于十一点目前二十二页\总数七十六页\编于十一点传感芯片——光波导耦合器件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目前二十三页\总数七十六页\编于十一点棱镜型装置工作原理(a)Otto型(b)Kretschmann型目前二十四页\总数七十六页\编于十一点光纤型光波导耦合器在线传输式SPR光纤传感器目前二十五页\总数七十六页\编于十一点光纤型光波导耦合器终端反射式SPR光纤传感器目前二十六页\总数七十六页\编于十一点光栅型光波导耦合器目前二十七页\总数七十六页\编于十一点光源He2Ne激光器LED白炽灯——卤钨灯目前二十八页\总数七十六页\编于十一点传感芯片——金属膜反射率高化学稳定性好厚度合适目前二十九页\总数七十六页\编于十一点金属材料的选择1、可见光范围内反射率较高：Ag、Al、Au、Cu2、化学稳定性好Ag、Al、Au、CuAg、Au目前三十页\总数七十六页\编于十一点Ag膜、Au膜的比较

金膜(实线)和银膜(虚线)SPR光谱理论值恒定波长,反射系数与入射角度关系波长:1和2为750nm,3为600nm,4为500nm恒定入射角度,反射系数与波长关系入射角度:1为80Ü,2为70Ü,3为72Ü,4为6815Ü,5为6515Ü目前三十一页\总数七十六页\编于十一点金属膜厚度对SPR谱的影响λ=63218nm介质为水(n=1.333)棱镜折射率为1.51550nm目前三十二页\总数七十六页\编于十一点传感芯片——分子敏感膜成膜方法：金属膜直接吸附法共价连接法（生物素-亲和素、葡聚糖凝胶、水凝胶、高分子膜、多肽等）单分子复合膜法分子印膜技术目前三十三页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000液体处理系统目前三十四页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000的LED状态指示器

LED（light-emittingdiode）Ready：亮/灭Error：亮/灭Temperature：稳定/闪烁SensorChip：稳定/闪烁Run：亮/灭目前三十五页\总数七十六页\编于十一点Biacore3000的温度控制系统

目前三十六页\总数七十六页\编于十一点SPR技术的应用黄辰90513125目前三十七页\总数七十六页\编于十一点目前三十八页\总数七十六页\编于十一点物理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。目前三十九页\总数七十六页\编于十一点化学应用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目前四十页\总数七十六页\编于十一点生物学应用目前四十一页\总数七十六页\编于十一点生物学应用目前四十二页\总数七十六页\编于十一点生物学应用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目前四十三页\总数七十六页\编于十一点生物学应用目前四十四页\总数七十六页\编于十一点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、兽药残留量检测食品工业及环境监测领域生物传感器的在线分析能力和高灵敏度，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目前四十五页\总数七十六页\编于十一点生物学应用目前四十六页\总数七十六页\编于十一点生物学应用SPR技术因其高效灵敏、无需额外标记等优势，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目前四十七页\总数七十六页\编于十一点生物学应用目前四十八页\总数七十六页\编于十一点生物学应用利用生物传感器，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、人类临床试验目前四十九页\总数七十六页\编于十一点目前五十页\总数七十六页\编于十一点利用SPR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，应用于癌症的治疗。目前五十一页\总数七十六页\编于十一点生物学应用目前五十二页\总数七十六页\编于十一点生物学应用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目前五十三页\总数七十六页\编于十一点展望未来如今，SPR技术已被广泛地用来分析生物分子目前五十四页\总数七十六页\编于十一点展望未来涉及的研究领域包括目前五十五页\总数七十六页\编于十一点展望未来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目前五十六页\总数七十六页\编于十一点Thanksforyourattention!90513101马吟醒90513126朱倩90513129薛夏沫90513125黄辰Mar19th2008目前五十七页\总数七十六页\编于十一点SPR的特点及发展方向AdvantagesDisadvantagesFutureDevelopmentExamples目前五十八页\总数七十六页\编于十一点MainAdvantages实时监测无需标记样品样品需要极少

检测过程方便快捷，灵敏度较高应用范围广泛-目前五十九页\总数七十六页\编于十一点OtherAdvantages跟踪监控不干扰反应的平衡不需要对样品进行处理能在混浊的甚至不透明的样品中进行

目前六十页\总数七十六页\编于十一点Disadvantages传感曲线经常不符合假一级动力学多价结合多步结合反应空间位阻效应配体或者分析物的不均一扩散速度限制重结合现象目前六十一页\总数七十六页\编于十一点Disadvantages检测成本易用性稳定性检测效率目前六十二页\总数七十六页\编于十一点改进与发展Development增强稳定性提高检测灵敏度实现多通道检测联用装置微型化降低成本目前六十三页\总数七十六页\编于十一点稳定性生物分子&金属薄膜结合+一层SAM(self-assemblesmonolayer)

自组装单分子层在金属薄膜层上覆盖羧甲基葡聚糖凝胶

notonlybutalso目前六十四页\总数七十六页\编于十一点微流控多通道SPR检测目前六十五页\总数七十六页\编于十一点SPRImagingLayoutandphotographofthemicrofluidicchipdesignedforcouplingwithSPRimagingsystem

目前六十六页\总数七十六页\编于十一点联用MALDI-TOF质谱法结合“二维”

SPR—可对相互作用进行定量分析

MALDI-TOF—提供定性分析的详细结果目前六十七页\总数七十六页\编于十一点RP-HPLC高效液相层析技术用于SPR技术中研究溶细胞肽与抗微生物肽和细胞膜磷脂的相互作用情况，以了解肽的构想及溶解活性。目前六十八页\总数七十六页\编于十一点电化学与SPR联用

为固液表面发生的各种电化学现象和过程提供有价值的信息电诱导分子吸附/脱附，