表面等離子體共振傳感器

1、表面等離子體共振傳感器程玉培1433591摘要:表面等離子體子共振(SPR)技術是一種簡單、直接的傳感技術。它通過測 量金屬表面附近折射率的變化，來研究物質的性質。表面等離子體子共振傳感器 已經成為生物傳感器研究領域的熱點。關鍵詞表面等離子體子共振傳感器生物分子間相互作用前言生物化學是運用化學的理論和方法研究生命物質的邊緣學科。其任務主要 是了解生物的化學組成、結構及生命過程中各種化學變化。化學的核心是化學鍵， 即分子間的相互作用，而要研究生命過程中的各種化學變化，歸根到底就是要研 究生物分子之間的相互作用。生物分子之間的相互作用是生命現(xiàn)象發(fā)生的基礎， 研究生物分子之間的相互作用可以闡明生物反

2、應的機理，揭示生命現(xiàn)象的本質。 近年來，研究生物分子之間相互作用的技術不斷出現(xiàn)，其中表面等離子體共振 (Surface Plasmon Resonance， SPR)在生物學以及相關領域的研究應用取得了 很大進展，SPR技術可以現(xiàn)場，實時地測定生物分子間的相互作用而無需標記， 可以連續(xù)監(jiān)測吸附和解離過程，并可以進行多種成分相互作用的研究。1表面等離子體共振傳感器概述1.1表面等離子體共振傳感器簡介表面等離子體子共振(surface plasmon resonance , SPR)是一種物理光 學現(xiàn)象。利用光在玻璃界面處發(fā)生全內反射時的消失波，可以引發(fā)金屬表面的自 由電子產生表面等離子體子。在入

3、射角或波長為某一適當值的條件下，表面等離 子體子與消失波的頻率和波數(shù)相等,二者將發(fā)生共振，入射光被吸收，使反射光 能量急劇下降，在反射光譜上出現(xiàn)共振峰(即反射強度最低值)。當緊靠在金屬 薄膜表面的介質折射率不同時，共振峰位置將不同。1.2表面等離子體共振傳感器研究背景及現(xiàn)狀表面等離了體共振效應的發(fā)現(xiàn)可以追溯到上世紀初。關于SPR效應的最早記 載是源于1902年Wood發(fā)現(xiàn)光波通過光柵后，光頻譜出現(xiàn)小區(qū)域內的能量損失現(xiàn) 象。1941年，F(xiàn)ano針對這一現(xiàn)象根據金屬和空氣界面上表面的電磁波理論和邊 界條件進行了詳盡的解釋。1957年，當高能電了通過金屬薄膜時，Ritchie發(fā)現(xiàn) 能量損耗不僅發(fā)生在

4、體積等離了體頻率處，在更低頻率處也發(fā)生了，于是認為這 與金屬薄膜界面特性有關。1958年，Turbader為了觀察SPR現(xiàn)象，對金屬薄膜 采用光的全反射激勵的方法。1960年，Stern和Farrell首次提出了表面等離 了體波(Surface Plasmon Wave, SPW)的概念，并對這種諧振模式產生的條件 進行研究。同年Raether又專門詳盡描述了 SPR共振效應在不同表面上的激勵特 性。1968年，經過多年的研究德國物理學者Otto認為表面等離了體共振效應的 實質就是一種光學全反射的現(xiàn)象，既衰減全反射(ATR)，并據此設計了以棱鏡為 基體的Otto模型同時給出SPR激發(fā)條件。19

5、70年，另一位德國的物理學者 Kretschmann提出一種新的粗糙表面擾動理論，設計了一種新的Kretschmann模 型，與Otto模型相等價。該模型較之Otto模型具有加工更方便、準確度更高的 優(yōu)勢，之后很多學者的改進和應用都在該模型的基礎上進行的。表面等離了體波 傳感器的生產與應用能擁有如此廣闊的前景也是由于該模型的出現(xiàn)。20世紀70年代到80年代，隨著Kretschmann模型的廣泛和深入研究，它 的潛在價值逐漸發(fā)揮出來。棱鏡SPR傳感器作為一個基于此模型的新生產物，具 有靈敏性高、特異性好、免標記的特點。1982年，Nylander和Lieberg首次將 棱鏡SPR傳感器作為化學傳

6、感器用于氣體的檢測。1983年，作為生物傳感器瑞 典學者Liedberg首次成功檢測了 IgG蛋白質與其抗原的相互作用的反應過程錯誤！ 未找到引用源。1987年，Cullen等人首先將光柵激發(fā)表面等離子體技術應用于傳感。1990 年，瑞典的Biacore AB公司開發(fā)出第一款商用化SPR儀器。1993年，美國華盛 頓大學Jorgenson首先提出了在線傳輸式和終端反射式這兩種光纖SPR傳感器。 此后，SPR傳感器的研究和應用開始全面展開，相關的文獻報道每年成倍地增長。 1995年關于SPR研究的文獻只有30多篇，1998年則增長到近300篇，1998至 2000年的二年時間里，應用SPR技術發(fā)

7、表的文章已經超過1500篇，直至目前為 止，利用該技術發(fā)表的文章已經超過了 5000篇，可見SPR傳感器已經成為目前 國際上光化學傳感器研究領域的前沿1。隨著SPR技術在不同領域應用研究的開展，形成了一系列新的熱點方向。光 纖SPR傳感器具有結構靈活、體積小、可集成、可遠程在線實時監(jiān)測、易于實現(xiàn) 分布式傳感等優(yōu)點，在活體探測，野外環(huán)境監(jiān)測等領域的應用具有獨特的優(yōu)勢， 不斷有文獻報道各種新型的光纖SPR傳感器，如通過對光纖進行拉錐、側面拋磨、 出射端幾何結構改造和利用光纖光柵等手段制作而成的光纖SPR傳感器。利用金 屬光柵、納米金屬粒子陣列等金屬微納結構局域表面等離子體共振產生的高場局 域性，可

8、以有效提高SPR傳感器的靈敏度、選擇性、空間分辨率、可集成性，成 為近年來探測傳感領域研究和應用的又一個重要方向。通過將金屬微納結構與傳 統(tǒng)SPR結構結合起來，利用LSPs與SPs的相互作用，可以有效增強探測信號。 另外，將金屬微納結構與光纖、平面波導技術相結合，易于實現(xiàn)集成化，可大大 擴展金屬微納結構表面等離子體共振傳感器的應用范圍?，F(xiàn)代生物技術的研究發(fā) 展，對發(fā)展高通量、多組分、實時快速檢測和分析的需求日益迫切。表面等離子 體共振成像技術（surface plasmon resonance imaging, SPRI）,不僅能有效提 高SPR傳感器的測量速度，還能更為直觀、實時地監(jiān)測分子相

9、互作用動力學過程， 是目前SPR傳感器研究的又一熱點。最新文獻還報道了利用金屬光柵結構制作的 表面等離子體共振成像芯片進行生物分子相互作用檢測的實驗。1.3表面等離子體共振傳感器的原理錯誤! 未找到引用源。1.3.1消逝波從菲涅爾定理（nin。1=n2sin0 2）可以看出，光從光密介質入射到光疏介 質時（nn）就會產生全反射現(xiàn)象。但從波動光學的角度來分析，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稱為消逝波。消逝波在界 面的傳播如圖1-1所示。圖1-1消失波在界面的傳播1.3.2表面等離子體波當金屬受

10、到電磁干擾時，金屬中的電子密度分布就會變得不均勻。設想在某 一區(qū)域電子密度低于平均密度，那么就會形成局部的正電荷過剩。這時由于庫侖 引力作用，會把近鄰的電子吸引到該區(qū)域，而被吸引的電子由于獲得附加的動量， 又會使該區(qū)域聚集過多的負電荷，然而，由于電子間的排斥作用，使電子再度離 開該區(qū)域，從而形成價電子相對于正電荷背景的起伏振蕩。由于庫侖力的長程作 用，這種局部的電子密度振蕩將形成整個電子系統(tǒng)的集體振蕩，并以密度起伏的 波的形式來表現(xiàn)。我們把當金屬表面存在的自由振動的電子與入射光的光子相互 作用時，產生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿ǚQ為表面等離子體波。表面等離 子體波存在于兩種界面附近，在金屬和

11、介質界面產生的表面等離子體波示意圖如 圖1-2所示。Surface plasmon waveMetal圖1-2表面等離子體波1.3.3表面等離子體共振傳感器表面等離子體共振是一種由光入射金屬表面引起的物理光電現(xiàn)象。光在兩相 界面處發(fā)生全內反射時的消逝波，可以引發(fā)金屬表面的自由電子產生表面等離子 體。當消失波和表面等離子體波發(fā)生共振時，全內反射將被破壞，使反射光強度 出現(xiàn)最小值。由此原理所構建的傳感器基本結構如圖1-3所示。該傳感器包括一個鍍有薄金屬鍍層的的玻璃棱鏡，其中金屬層成為棱鏡和絕 緣體之間的界面。利用P偏振光在一定的角度范圍內照射棱鏡，在棱鏡與金屬薄 膜（一般是金或銀）界面處將會發(fā)生全

12、內反射。將一層薄膜（如生物膜）沉淀在 金屬層上，絕緣物質的折射率會發(fā)生改變。折射率依賴于絕緣物質和沉淀膜的厚 度和密度的大小。折射率發(fā)生變化將會引起響應信號的變化。這就是SPR傳感器 對物質結合檢測的基本原理。SPR的實驗方法一般為首先在傳感片表面固定一個反應物，使其形成分子傳 感膜，然后，含待測物的樣品以恒定的流速通過傳感片，傳感片上分子間相互作 用的情況可由SPR信號的改變反映出來。SPR傳感器檢測原理如圖1-4所示。廢液 樣品| I |計算機| CCD圖1-4 SPR傳感器檢測原理應用于SPR傳感器的傳感芯片有兩個基本特征：首先是傳感芯片玻璃表面覆 蓋有薄薄的金層，這是產生SPR信號所必

13、需的條件，是探測生物分子之間相互作 用的基礎;另外一個特征是，在金層的上面又有一種覆層，這種覆層能夠連接配 體并為所要研究的分子相互作用提供適宜的環(huán)境。為方便起見通常我們把連接在 傳感芯片上的分子稱為配位體，把待測的分子稱為分析物。傳感芯片表面的金層 和其上的覆層是很穩(wěn)定的，它能夠耐受極端pH和許多中等濃度的有機試劑。一 旦配體被固定在傳感芯片上之后，傳感芯片對于各種試劑和條件的耐受程度就主 要取決于所連配體的性質。1.4 SPR傳感器的技術特點 錯誤！未找到引用源?；赟PR技術研制而成的SPR傳感器，主要用于生物化學領域的研究，特別 是對生物分子相互作用動態(tài)實時過程的研究。在檢測過程中，先

14、將其中一個反應 物（配體）固定于傳感芯片表面，含分析物的樣品溶液以恒定的速率通過傳感芯 片，在傳感芯片上的生物分子間相互作用導致SPR信號的改變，再通過計算機系 統(tǒng)對SPR信號進行實時處理并將整個反應過程顯示出來。與傳統(tǒng)的生化分析方法相比，SPR傳感器具有以下技術特點：（1）待測物不需純化。由于生物分子的相互作用具有很強的反應特異性（或 稱專一性），當待測溶液流經傳感芯片表面時，只有能與傳感芯片表面的配體分 子相互配對的分子才被選擇性的結合，其它的分子則不被結合而隨著流動相離開 傳感區(qū)域。利用SPR傳感技術分析生物樣品，可直接將待測溶液注入流通池（或 稱反應池），而不需要對待測溶液進行預處理和

15、純化。許多生物樣品如血清、組 織培養(yǎng)液、細胞或細胞抽提液等均不需要預先作任何純化處理。（2）樣品無需標記。在現(xiàn)有的各種生物組織分析方法中，大多數(shù)分析方法 需要對樣品進行標記。如酶聯(lián)免疫吸附試驗、放射免疫法、免疫熒光技術。這些 分析方法基本都是通過標記物質產生的信號系統(tǒng)變化來確定物質的種類和數(shù)量。 標記一般需要引入放射性兀素或熒光物質，可能對生物分子活性有相當?shù)挠绊懀?而且標記手段通常比較復雜。SPR方法則不需要對樣品進行標記，可直接檢測樣 品生化指標的變化。因為當待測溶液流經傳感層時，只要樣品分子與配體分子發(fā) 生了相互作用，就可以引起傳感層的折射率變化，導致SPR光譜發(fā)生變化，通過 對SPR光

16、譜進行分析就可以獲得樣品分子與配體相互作用的情況，進一步分析還 可獲取分子結合的強度和速度、解離的快慢、結合的位點以及樣品的濃度及質量 等重要信息。（3）實時監(jiān)測反應的動態(tài)過程:生物化學、分子生物學和細胞生物學的主要 研究目的地是獲取細胞內兩個分子（特別是蛋白質、核酸等分子）的相互作用情 況。由于細胞內生物分子的相互作用是一個動態(tài)的、連續(xù)過程，而監(jiān)測與分析這 個動態(tài)過程是相當困難的。傳統(tǒng)的分析方法只適合于靜態(tài)檢測，也就是對生物分 子相互作用反應過程中平衡態(tài)進行檢測，而不適合于反應過程的實時動態(tài)監(jiān)測反 應。SPR傳感技術則可以方便地實時動態(tài)監(jiān)測生物分子相互作用的情形。SPR傳 感技術響應迅速，通

17、過計算機實時采集處理，可以同時獲取所需要的化學與生物 信息。（4）靈敏度高、背景干擾小。SPR傳感技術是通過衰減全內反射所產生的 消逝波來激SPR，根據衰減全內反射原理，消逝波的電場在界面處被放大，其電 場強度是入射光的2n/n倍（其中n為棱鏡折射率，n為介質的折射率），因而0202提高了 SPR方法的靈敏度。由于消逝波的有效穿透深度只有200 nm左右，超過 消逝波有效深度的溶液不會干擾測定。（5）響應速度快，檢測時間短。由于與計算機技術相結合，SPR傳感器可 以做到實到采集信號、實時處理數(shù)據，大大縮短了檢測時間，提高了檢測效率。 實踐證明，許多以前采用傳統(tǒng)技術需要數(shù)小時甚至數(shù)天的分析過程，

18、如果采用基 于SPR的生化分析技術在數(shù)分鐘內就可以完成。1 SPR傳感器應用由于SPR技術具有能實時監(jiān)測反應動態(tài)過程、分析樣品不需要純化、生物樣品 無需標記、靈敏度較高、無背景干擾等特點，在生物科學領域應用中取得了長足 進展，目前已成功地研制出各種類型的SPR免疫傳感器。在蛋白質分子相互作 用分析、DNA雜交條件和配體受體相互作用分析、小分子藥物設計等方面人們也 做了大量工作SPR技術也可用于研究核酸間相互作用，實時追蹤核酸反應全過 程，這是其它技術無法比擬的。2.1蛋白質間相互作用基因組測序、生物信息學及分析儀器的迅猛發(fā)展開創(chuàng)了蛋白組學這一領域。 目前為止主要采用二維電泳來分離復雜的蛋白質并

19、采用質譜法鑒定蛋白質。這些 研究獲得了豐富的數(shù)據，同時也給進一步研究蛋白質結構與功能的關系提出了許 多問題。要解決這些問題需要有能研究生物分子識別及相互作用的高特異性方 法。在過去的五年中，SPR-BIA 技術和 MALDI-TOS-MS（matrix assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry）技術己成為公認 的分析蛋白質結構與功能特性的主要手段。Soulages等對蛋白激酶C和類脂化 合物的相互作用進行了詳細的研究，通過分析大量的SPR光譜數(shù)據，得到類脂層 和蛋白質通過兩步鍵合，形成了類脂-蛋白

20、質的大分子化合物的反應機理。Stoop錯誤!未找到引用源。利用SPR技術篩選和定蛋白質結合功能決定簇的氨基酸位點，通過深 入研究血纖維蛋白溶酶原活性抑制劑PAI-I的突變體結構功能區(qū)域，發(fā)現(xiàn)PAI-IE 的3個表面抗原決定簇是其不同生物活性的分子基礎。Salamon等人錯誤!未找到引用源。 對細胞色素C (Cyt C)的作用機理進行了深入地研究，得到了 Cyt C與類脂膜鍵 合的等溫曲線，并計算得到了周圍類脂膜層的厚度、質量等結構參數(shù)信息。在用 SPR進行蛋白質的配體-受體相互作用的研究方面，人們做了大量的工作。Bartley等人完成一個快速鑒定、篩選未知受體和配體。在蛋白質折迭機理的 研究方

21、面，Hartl等人錯誤!未找到引用源。用SPR技術也取得了極有價值的研究成果。在 造血細胞因子白細胞介素11(L-11)和其受體的分子識別模式研究中，Karin錯誤！ 未找到引用源。成功地應用BIA技術證明L-11R的胞外區(qū)D3為介導配體結合活性的主要 功能區(qū)域，而胞外區(qū)D2則在激活配體信號傳導方面起重要作用，為正確理解 L-11/L-11R/gp130分子作用機制提供了必需的數(shù)據。DNA分子間的相互作用實時追蹤DNA反應的全過程，包括基因裝配、DNA合成延伸、內切酶對雙鏈 DNA的特異切割等。Nilsson”等將一個69bp的雙鏈DNA在傳感片上裝配，并在 69bp的DNA裝配并形成單鏈后進

22、一步進行引物主導的合成。Jordan等人用SPR 表征了金膜表面DNA的雜交吸附及DNA表面上鏈親和素的固定，用SPR監(jiān)測了在 金膜表面單鏈DNA和生物素標記的寡核苷酸互補序列的雜交反應，表面固定DNA 的絕對覆蓋量為3 X 1012分子/cm2。Okahata等人成功地研究了固定在SPR傳感 器表面的10-30個堿基的寡核苷酸與互補DNA雜交反應的動力學，得到的結果與 石英晶微天平的結果一致。Corn等人也詳細報道了用SPR技術研究DNA雜交反 應及測定DNA序列的結果。DNA與蛋白質相互作用DNA與蛋白質之間的相互作用，特別是反應動力學的研究一直沒有簡便快捷 的方法。以前需要用同位素標記，

23、并且無法測定動力學常數(shù)。若采用SPR技術， 將含乳糖操縱子的DNA片段偶聯(lián)于傳感片表面上，使不同濃度的抑制蛋白流經傳 感片表面，從SPR譜就可以精確地計算出反應的動力學常數(shù)和結合親和力10。 Babic等11利用BIAcore儀器研究大腸桿菌的DNA修復機理。在大腸桿菌中，大 約有10種不同的蛋白質參與了修復過程。他們的研究表明，Muts蛋白在結合錯 配區(qū)以啟動修復時，與單鏈DNA結合松散，與同源雙鏈DNA結合與解離迅速。通 過比較Muts與8種可能的堿基錯配序列的相互作用，證明Muts與DNA的結合是 堿基特異性的，對G-G錯配的親和力最大。ETS1癌基因蛋白能和一些基因的DNA 調控區(qū)結合

24、，從而調節(jié)這些基因的表達12。以前的研究已確定能和ETS1結合的 DNA序列。利用BIAcore儀器，F(xiàn)isher博士等m揭示了 ETS1蛋白和偶聯(lián)在傳感 片上結合ETS1的DNA的結合，并用合成的含37個氨基酸的多肽K37N (從蛋白 質序列363-400)，證明了 ETS1蛋白的結合區(qū)域。2.4抗體-抗原分子相互作用免疫反應是抗體與相應抗原之間一種選擇性的特異結合反應。在抗體分子上 有其相應抗原的特異結合部位，該部位是與抗原形狀相對應的分子空間。由于這 種特異性結合，決定了免疫反應是一種高靈敏度、高選擇性的反應。通過SPR 技術進行免疫分析，可以識別抗原的種類、測定抗原的濃度、獲得抗原-抗

25、體結 合的動力學常數(shù)?？乖?抗體親和力和結合過程中的動態(tài)參數(shù)不僅可研究結構與 功能的關系，對選擇不同抗體用于不同用途，如治療、檢測、診斷等都具有非常 實用的價值。SPR技術用于化學、生物化學傳感器領域研究誕生的第一個傳感器就是免疫 傳感器。1983年，Liedberg錯誤!未找到引用源。等人將IgG抗體吸附在金膜上，從而發(fā) 現(xiàn)了一種靈敏、簡便地檢測IgG的方法。Vandernoot14等人用SPR法測定人抗 IgG，己獲得定量檢測下限低達2X 10-12mol的結果。Hutchinsons等人表征了部 分牛胚胎中的碳水化合物，結果表明，在1.4g的牛胚胎中，用SPR免疫傳感器 可鑒別N-低聚糖

26、和O-低聚糖Seversu6等人將凝膠顆粒加入到免疫反應體系中， 從而增強測定抗原的靈敏度，此法稱為增強SPR阻滯測試(Enhanced Surface Plasmon Resonance Inhibition Test, ESPRIT。Indykw等利用生物傳感器分 析技術進行非內源性R-蛋白結合測試，自動檢測出牛奶、肉類、肝臟等一系列 食物中的維生素B12的含量。Rassooly18使用Biacore 3000生物傳感器快速檢 測出了食物中葡萄球菌腸毒素B(SEB)的濃度。Bergwerffw等使用SPR，利用抗 體的結合檢測大腸桿菌，檢測限為107cfu/ml，具有100%的特異性。Me

27、din20等 將SPR與免疫化學技術相結合檢測E.Coli O157:H7，采用夾心法增強響應信號， 檢測限為106cfu/ml。SPR免疫傳感器還被成功地運用于性激素球蛋白21和梅毒 22的鑒別。Attridge等人將熒光標記與SPR相結合，成功地制備了測定血清中人絨毛 膜促性腺素(hCG)含量的SPR熒光免疫傳感器。Ravanat等人研制出了一步檢測 血漿中S蛋白抗原的SPR免疫傳感器。Corr等人的工作集中在目前免疫學研究 的熱點一T細胞的抗原識別，文獻報道了采用動力學方法研究了免疫抗原AK和 抗體之間的相互作用機理，并提出了數(shù)學模型。2.5藥物篩選及鑒定SPR技術在藥物篩選，藥物分子靶

28、點鑒定及先導藥物化合物的結構優(yōu)化方面 有著廣泛的應用。當前發(fā)展中的藥物篩選生物傳感器的測試包括兩方面內容，一 是從文庫中篩選與靶蛋白結合的化合物；二是進行一般的吸收、分布、代謝和排 泄 (ADME )試驗。SPR傳感技術與常規(guī)的免疫分析技術，如酶聯(lián)免疫吸附分析 (ELISA)和放射免疫分析(RIA)相比，其優(yōu)越性不僅在于該方法不需要標記，而且 測定是在實時條件下進行的，可以監(jiān)測反應的整個過程，并且可以使用未經提純 的混合物進行測定。篩選過程實際上就是測定是否有物質分子可以與傳感表面上 的靶分子結合，因此選擇合適的靶分子和實驗條件對粗體混合物進行分析，只要 觀察到傳感信號的增加，就證明在樣品中存

29、在目標分子。結合其它的分離和鑒定 方法，可以對目標物進行性質和結構鑒定。這樣做的好處是可以免去對一些不含 有靶分子結合物的樣品的進一步分離檢測，避免了繁瑣的分析工作。Myszka等將Fc的片段特異性抗體固定在傳感片表面，未經提純的雜交瘤細 胞培養(yǎng)上清液加入其上，抗體就被捕獲到傳感片上。這種方法可以從未知濃度的 抗體培養(yǎng)液中純化和定量抗體。由于是通過Fc部分將抗體捕獲，抗原結合部位 具有較均一的朝向，并且具有相對獨立的結合性質，避免了交聯(lián)反應的影響。 Markgren等利用SPR生物傳感技術研究了 HIV-1蛋白酶抑制劑與蛋白酶結合的 動力學性質與抑制劑結構之間的關系。SPR技術也應用到了抗癌膚

30、類藥物的研發(fā) 中，利用SPR技術可以動力分析顯示類肽與原癌基因人類表皮生長因子受體2 基因(HER2)的親和力結合強弱。2.6臨床診斷作為傳統(tǒng)的臨床監(jiān)控裝置的一種補充儀器，SPR光學生物傳感器發(fā)揮了越來 越大的作用。利用生物傳感器鑒定和評價潛在的疫苗組分，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，人類臨床試驗和多 種臺式應用中的生物反應物。Van Regenmortel利用生物傳感器鑒定和評價潛在 的疫苗組分。Ohlson等證明了運用生物傳感器監(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，這項研究展示了生物傳感器獨特地適用于監(jiān)控微弱 的相互作用(10-

31、1000 mol/l)，而且能夠在無需膜表面再生的情況下連續(xù)地工 作。生物傳感器提供了一種在線讀取病人血清中的特異分析物水平的方法，也可 用來跟蹤檢測動物模型、人類臨床試驗和多種臺式應用中的生物反應物。2.7食物檢測與環(huán)境監(jiān)控食品、乳品工業(yè)和環(huán)境保護工程中的質量控制、污染物檢測、濃度分析是生 物傳感器飛速擴大的應用領域之一。例如，生物傳感器已經用于測定食物中營養(yǎng)物和抗生素的水平，食品中的細菌和真菌污染量，以及空氣或水傳播的毒素，殺 蟲劑和除草劑Indyk等利用生物傳感器分析技術進行非內源性R蛋白結合測試， 自動檢測出牛奶、肉類、肝臟等一系列食物中的維生素B12的含量。Rasooly使 用Bia

32、core 3000生物傳感器快速檢測出了食物中葡萄球菌腸毒素B(SEB)的濃 度。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。大氣環(huán)境監(jiān)測中，SO2是酸雨酸霧形成 的主要原因，傳統(tǒng)的檢測方法很復雜，Marty等人將亞細胞類脂類固定在醋酸纖 維膜上，和氧電極制成安培型生物傳感器，可對酸雨和酸霧樣品溶液進行檢測。2 SPR傳感器發(fā)展展望如今，SPR技術己被廣泛地用來分析生物分子如蛋白質-蛋白質，藥物-蛋白 質，蛋白質-核酸，核酸-核酸之間相互作用的反應動力學，結合位點和反應物濃 度等信息，所涉及的研究領域包括免疫識別，信號傳導，藥物篩選，

33、抗體定性以 及蛋白質構象變化等。SPR技術在分子生物學研究領域中應用的范圍非常廣，在 研究基因工程載體與質粒DNA之間的相互作用，以及評價載體效率，DNA序列特 異性抗體的性質鑒定等方面發(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。近幾十年來，發(fā)展生命科學的重要性已經越來越引起全世界人們的重視。世 界大多數(shù)國家都將發(fā)展生命科學作為科技發(fā)展的優(yōu)先領域，而與分析儀器的研究 是與生命科學研究最為相關研究領域，因而也成為了人們研究的重點和熱點。生 命技術、食品和藥物分析，環(huán)境監(jiān)測等一些與人類生存發(fā)展密切相關的重要領域 都急需大量簡便

34、、快速、高靈敏度的檢測儀器。已獲得各類研究產物的具體信息。 由于SPR傳感技術所具備的一些特點，正好可以滿足大多數(shù)檢測的需要，可對蛋 白質、核酸等生物大分子的組織、結構和功能間的關系的研究提供大量有價值的 數(shù)據。因此，將SPR技術作為一種研究各類生物分子間或其他大分子間相互作用 的有利的分析系統(tǒng)，必將隨著生命科學的迅速發(fā)展而得到更多的發(fā)展空間和取得 更多的研究價值。參考文獻金冶光.波長檢測型SPR分析儀的研制與應用D.長春：吉林大學,2012.林開群.表面等離子體共振傳感器的新現(xiàn)象、新方法及其溫度特性研究D. 合肥：中國科學技術大學,2009.陶磊.納米粒子的制備及其在波長檢測型表面等離子體共

35、振傳感器中的應用 研究D.長春：吉林大學,2009.J.L. Soulages,乙 Salamon, M. Wells, G Tollin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1995, 92: 5650.D. Bartley, Nature, 1994, 368: 558.P. Nilsson, B. Persson, M. Uhlen, Anal. Biochem., 1995, 224: 400.C.E. Jordan, A.G Frutos, A.J. Thiel, R.M. Cron, Anal. Chem., 1997, 69, 4939.Y. Okahata

36、, M. Kawase, K. Nikura, F. Ohtake, H. Furusawa, Y. Ebara, Anal. Chem., 1998, 70, 1288.A.G. Frutos, R.M. Corn, Anal. Chem. News & Features, 1998, 7, 449.牟穎，張寒琦，金欽漢.現(xiàn)代科學儀器J, 2001, 2, 27.I. Babic, S.E. Andrew, E.R. Jiril, Mutation Res, 1996, 372, 87.I.C. Ho, N.K.L. Gottschalk, Science, 1990, 250, 814.R

37、.J. Fisher, A.D. Baxevanis, G. Mavrothalassitis, BIAsympoisum, 1992, 2, 44.V.A. Vandernoot, E. P. C. Lai, Spear., 1991, 6: 28.A.M. Hutchinson, Anal. Biochem., 1994, 220: 303.A. Severs, R. Schasfoort, Biosens. Bioelectron, 1991, 6: 201.Indyk H E,Persson B S,Caselunghe M C,et a1.Determination of vitam

38、in B12 in milk products and selected foods by optical biosensor protein-binding assay :method comparison.J AOAC Int, 2002, 85(1): 72-81.Rasooly A.Surface plasmon analysis of sraphylococcal enterotoxin B in food.J Food Prot,2001 64(1):37-43.Bergwerff, A.A., G.C.A.M. Bokken, R.J. Corbee, and F.V Knapen. 2003. Immunochemical detection of salmonella group B, D and E using an optical surface plasmon resonance biosensor. FEMS microbiology letters. 222:75-82.Medina,