表面等離子共振技術

1、表面等離子共振技術表面等離子共振技術05醫(yī)學實驗馬吟醒 朱倩 薛夏沫 黃辰簡介簡介l 表面等離子共振技術(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)是20世紀90年代發(fā)展起來的，應用SPR原理檢測生物傳感芯片(biosensor chip)上配位體與分析物作用的一種新技術。發(fā)展簡史發(fā)展簡史F1902年，Wood在光學實驗中發(fā)現(xiàn)SPR現(xiàn)象F1941年，F(xiàn)ano解釋了SPR現(xiàn)象F1971年，Kretschmann為SPR傳感器結構奠定了基礎F1983年，Liedberg將SPR用于IgG與其抗原的反應測定F1987年，Knoll等人開始SPR成像研究F199

2、0年，Biacore AB公司開發(fā)出首臺商品化SPR儀器SPR用途簡介用途簡介實時分析，簡便快捷地監(jiān)測DNA與蛋白質之間、蛋白質分子之間以及藥物蛋白質、核酸核酸、抗原抗體、受體配體等等生物分子之間的相互作用，在生命科學、醫(yī)療檢測、藥物篩選、食品檢測、環(huán)境監(jiān)測、毒品檢測、法醫(yī)鑒定等領域具有廣泛的應用需求。表面等離子共振原理表面等離子共振原理l1. 消逝波l2. 等離子波l3. SPR的光學原理1.消逝波l當光從光密介質入射到光疏介質時（n1n2）就會有全反射現(xiàn)象的產生。n1 sin1 = n2 sin2菲涅爾定理：菲涅爾定理：密疏密疏1.消逝波這表示沿X軸方向傳播而振幅衰減的一個波，這就是消逝波

3、。全反射的光波會透過光疏介質約為光波波長的一個深度，再沿界面流動約半個波長再返回光密介質。光的總能量沒有發(fā)生改變。透入光疏介質的光波成為消逝波。 界面疏密2.等離子波 等離子體 等離子體通常是指由密度相當高的自由正、負電荷組成的氣體，其中正、負帶電粒子數(shù)目幾乎相等。 金屬表面等離子波 把金屬的價電子看成是均勻正電荷背景下運動的電子氣體，這實際上也是一種等離子體。由于電磁振蕩形成了等離子波。3.SPR光學原理3.SPR光學原理l 我們在前面提到光在棱鏡與金屬膜表面上發(fā)生全反射現(xiàn)象時，會形成消逝波進入到光疏介質中，而在介質（假設為金屬介質）中又存在一定的等離子波。當兩波相遇時可能會發(fā)生共振。3.S

4、PR光學原理l 當消逝波與表面等離子波發(fā)生共振時，檢測到的反射光強會大幅度地減弱。能量從光子轉移到表面等離子，入射光的大部分能量被表面等離子波吸收，使得反射光的能量急劇減少。3.SPR光學原理l可以從反射光強的響應曲線看到一個最小的尖峰，此時對應的入射光波長為共振波長，對應的入射角為SPR角。SPR角隨金表面折射率變化而變化，而折射率的變化又與金表面結合的分子質量成正比。這就是SPR對物質結合檢測的基本原理。SPR的響應模式的響應模式n1 sin1 = n2 sin2因為因為 sin2 = 1 所以所以 sin1 = n2/n1SPR的檢測模式的檢測模式直接檢測直接檢測：適用于大分子（1000

5、 Da）SPR的檢測模式的檢測模式 抑制模式抑制模式： 將待測小分子固定在傳感器表面，在樣品中加入過量對應大分子。Biacore 3000Krestschmann棱鏡型Otto棱鏡型光纖在線傳輸式光纖終端反射式光柵型金屬膜分子敏感膜金膜金膜(實線實線) 和銀膜和銀膜(虛線虛線) SPR 光譜理論值光譜理論值l 黃辰90513125若某種物理量會引起特定敏感膜折射率的變化，就可以采用SPR 傳感技術進行檢測。例如，基于溫度變化引起特定敏感膜的吸濕量變化，并導致其折射率變化，從而利用SPR 傳感技術進行檢測的濕度傳感系統(tǒng)，以及基于氫化無定型硅的熱光效應的溫度傳感系統(tǒng)等。通過檢測共振角或共振波長的變

6、化來檢測待測分子的成分、濃度以及參與化學反應的特性主要用于檢測生物分子的結合作用或者通過生物分子結合作用的檢測來完成特定生物分子的識別及其濃度的測定藥物與蛋白之間的相互作用藥物篩選與新藥開發(fā) SPR技術因其實時效性，高通量，特異性及能在天然狀態(tài)下研究藥物分子與靶點的相互作用，為新藥研發(fā)提供了有力的工具維生素檢測生物毒素檢測細菌和病原菌檢測農、獸藥殘留量檢測生物傳感器的在線分析能力和高靈敏度，微量樣品需求的特點，使得這種儀器成為食品及環(huán)境安全監(jiān)控的理想工具SPR技術因其等優(yōu)勢，廣泛應用與蛋白質檢測和蛋白-蛋白相互作用等蛋白質組學研究，它能在保持蛋白質天然狀態(tài)的情況下實時提供靶蛋白的細胞器分布，結

7、合動力學及濃度變化等功能信息，為蛋白質組研究開辟了全新模式利用生物傳感器，可監(jiān)測和定量測定病人血清中的生物藥劑和抗體滴度的可行性，跟蹤檢測動物模型、人類臨床試驗利用SPRSPR技術在胞外環(huán)境中研究控制基技術在胞外環(huán)境中研究控制基因轉錄、細胞周期、細胞分裂和凋亡的因轉錄、細胞周期、細胞分裂和凋亡的信號傳遞途徑，從而可以準確地設計出信號傳遞途徑，從而可以準確地設計出這些生化作用催化劑的拮抗物，應用于這些生化作用催化劑的拮抗物，應用于癌癥的治療。癌癥的治療。SPR生物傳感器用于遺傳分析是一個嶄新的領域。如用于檢測點突變，用于檢測區(qū)分野生的和經遺傳修飾的大豆基因序列等如今，SPR技術已被廣泛地用來分析生物分子涉及的研究領域包括SPR技術在分子生物學研究領域中應用的范圍非常廣，在研究基因工程中：載體與質粒DNA之間的相互作用，以評價載體效率DNA序列特異性抗體的性質鑒定等方面，SPR技術都發(fā)揮了重要作用SPR技術與其他分析技術的聯(lián)合應用，必將加速分子生物學的研究進展，使我們對生命現(xiàn)象的了解更加深入-Layout and photograph of the microfluidic chip designe